紫铜和低碳钢异种金属材料焊接工艺研究

紫铜和低碳钢异种金属材料焊接工艺研

究

摘要:随着经济和科学技术的不断发展，机械制造业对零部件的性能提出更

高的要求。而企业往往追求的是在保证产品质量和生产效率的前提下，追求效益。因此异种金属材料的应用,逐渐受到人们的重视。异种金属材料焊接已渗透到各

个行业,如石油化工、汽车制造、航空航天、船舶等领域。在机械制造业中,钢和

铜的复合零部件的应用,能充分发挥各自性能上的优点,并且可降低生产成本,因

此具有较好的应用前景。铜合金和钢都是生产中常用的材料,铜合金由于其优异

的导电导热性能而在工业生产中得到了广泛的应用,但是为了节约成本,生产中常

常只是在关键部位采用铜合金,而其他部位则采用价格相对低廉的钢材料。如航

空发动机柱塞泵柱塞采用锡青铜与合金钢异种金属连接而成"。铜合金和钢连接，可以充分利用钢的强度和铜的高导电、高热导的特性,也可以降低成本。所以,铜

合金与钢之间的焊接显得尤为重要。

关键词:紫铜;低碳钢;异种材料;钎焊

引言

本课题的研究,就是为了充分利用钢(Q235)和铜(T2 )这两种材料在物理性能、化学性能以及力学性能等方面的优点，实现紫铜与低碳钢的焊接,从而形成重要

的异种金属复合构件。异种金属材料复合构件的最大特点是能够充分发挥各自性

能优点，大大节省贵重金属材料,又可使得构件满足基本使用性能.从而降低生产

成本。而焊接是能够实现异种金属零部件,连接成一个整体部件的最好的方法,所

以异种金属材料焊接质量的好坏，就显得尤为重要。

1铜钢焊接性分析

铜与钢焊接的主要问题是铜与钢的熔点、导热性和力学性能有很大差异,焊

接时加热温度难以控制均匀,容易在焊接接头处产生应力集中，导致各种焊接裂

纹。在焊接过程中，如果工件表面清理不干净或保护不良,容易形成大量气孔”。铜与钢以及铜合金与钢的异种材料多采用熔焊进行焊接。但往往由于两种异种材

料之间物理性能化学成分差别较大,在熔焊时非常容易导致焊接接头部位的金相

组织不均匀、不稳定，或者生成其它的金属间化合物,使焊接效果达不到性能要求,所以需严格控制焊接参数,如焊接速度焊接电流等工艺参数来保证焊接质量”。

目前，钎焊技术是铜与钢异种材料焊接采用较为普遍的办法,本文针对铜与

钢的焊接,选用的是高频感应钎焊进行研究，钎料为银铜钎料303,牌号为

HLAgCu30-25 ,钎剂为102。与其它钎焊方法相比.感应钎焊具有加热速度快,易于

实现局部加热，可实现热量集中,温度易控制,易于实现自动化,而这些特点也使

感应加热更符合目前社会市场的快速,敏捷.低成本的市场要求。为保证较好的钎

焊接头,必须保证钎料分布的均匀性及熔化的同时性。而热量的产生、不同部位

的钎料所得热量、相应温度场的分布等都与高频感应器以及工件的匹配有关。铜

钢钎焊的结果对异种材料焊接接头质量及成形有着重要意义。

2钎焊焊接过程

铜钢高频钎焊时,为保证焊接质量,焊前需对焊件及钎料进行焊前清理工作,

要求钎料和母材表面无残留水分、油污、氧化皮等。可用汽油、丙酮等有机溶剂

清洗焊件与钎料表面,以达到清除油污和灰尘的目的。也可按照焊接生产工艺指

导书中规定的其他方法,进行清理。为防止腐蚀,焊后对钎剂要及时进行清洗采用XG-25A新型高频感应加热设备,焊接参数为:感应线圈输出电流为500A,钎缝间隙0.15mm,保温时间3s ,可得到良好的焊缝质量。

3焊后分析

钎焊采用搭接接头，而接头间隙对焊接质量的影响非常明显,在焊接过程中

保证接头间隙均匀.并且使得间隙内部金属表面粗糙度、清洁度一致,则受热熔化

的液态钎剂或液态钎料在间隙内部的填缝过程中速度-致,填缝均匀整齐,焊接效

果好。而实际焊接时,由于间隙内部的金属表面往往达不到绝对平齐,清洁度难以

保证一致, 因此为了弥补缺陷的产生或者减少缺陷,可以调节感应线圈的输出电流、改变钎缝间隙等工艺措施来改善焊缝成形。对焊接接头进行金相显微分析,

选用的金相腐蚀液为硝酸、三氯化铁和38的硝酸酒精溶液。采用数码金相显微

仪(XJP-6A)把焊接件放大400倍,得到金相组织图。最终得出此工艺参数如下，

高频感应钎焊铜和钢焊接接头组织缺陷较少，焊接效果最佳"。

4结语

综上所述,紫铜与低碳钢的物理性能和化学成分差异很大,紫铜与低碳钢焊接时，若采用常规的熔焊方法时，易产生热应力,使焊缝发生断裂。1.经此次工程

实践表明，异种金属的焊接宜采用氩弧焊，焊前应将母材及熔焊金属进行认真的

清理，如有可能最好使用化学清理的方法，且清理至使用过程的时间不宜过长。2.对于两种物理性能差异较大的金属焊接，必须进行预热处理，预热的温度以热

导性较大的一方为准，但两者施焊时的温差不宜过大。3.实际施焊时，应尽量

采用平焊，管件焊接宜选2点方位焊接，焊枪应稍偏向热导性较大一方，短弧焊。同时合金元素烧损严重、易蒸发,且在焊缝中能够产生锡、铅等元素的偏析。但

采用钎焊,不会出现熔焊时易产生的裂纹、气孔和偏析等缺陷问题。但钎焊时易

降低接头的抗腐蚀性能, ,接头强度降低,且使用范围受到一定限制。但只要执行

合理的钎焊工艺，熟练掌握钎焊操作技能,仍能获得满意的紫铜与低碳钢钎焊接头。

参考文献:

[1]丁肖.紫铜和低碳钢异种金属材料焊接工艺研究[J].现代农

机,2020(04):55.

[2]廉杰,宁亮亮.紫铜与低碳钢异种金属材料焊接工艺分析[J].南方农

机,2019,50(17):128.

[3]上官芸娟.紫铜和低碳钢异种材料焊接工艺研究[J].世界有色金

属,2018(07):214-215+217.

[4]傅多智.转炉炼钢高压吹氧枪头紫铜与低碳钢异种金属的焊接工艺[J].安

徽冶金科技职业学院学报,2007(02):4-5+20.