H62黄铜与20#钢异种材料对接气焊焊接工艺探究

H62黄铜与20#钢异种材料对接气焊焊接工艺探究摘要:黄铜的机械性能和耐磨性能优异,此种材料与碳钢制成的焊接结构在机械、化工、石油及反应堆行业应用广泛。采用异种金属制造焊接结构,不仅可节约大量的优质贵重材料降低成本,简化制造工艺,而且能保证在不同的工作条件下使用不同的材料,充分发挥不同材料的性能优势。采用氧乙炔焊焊接H62黄铜管与20#管的对接接头,进行了多次焊接工艺试验,探索出与之相适应的焊接工艺。

关键词:H62黄铜与20碳钢焊接缺陷强度气焊

异种材料的焊接性能主要取决于两种材料的晶体结构、物理性能、表面状态等,两种材料的这些差异越大,焊接性越差。两种金属的晶格类型相同,晶格常数、原子半径及其负电性均比较接近时,越容易形成连续固溶体,其焊接性能越好;否则容易形成金属间化合物,使焊缝性能大幅降低。为了改善异种金属焊接性能,对不能形成无限固溶体的异种金属,可在两种被焊金属之间加入过渡层,选择的过渡层金属与两种金属均能形成无限固溶体。熔化温度、线膨胀系数、导热系数和电阻等物理性能影响焊接的热循环过程、结晶条件和接头质量。当异种材料热物理性能的差异较大时会使熔化情况不一致,给焊接造成困难;线膨胀系数相差较大时会造成较大的焊接残余应力和变形,易使焊缝及热影响区产生裂纹。

1 工程状况及国内现状

按照设计惯例氧气管道要安装阻火段,在发生事故时因铜的熔点低以便及时切断火源避免事故扩大造成更大损失。莱钢银山型钢有限公司3#3200m3高炉配套公辅工程氧气管道设计中阻火段设计为黄铜H62,氧气管道材质为20碳钢,黄铜与碳钢对接焊为一体,氧气管道设计压力为3.6MPa,对焊接质量要求极高。

2 黄铜焊接的特点及改进方法

以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜,黄铜用+H表示,如H80、H62、H70等。铜合金在焊接过程中容易产生以下问题。

2.1 难熔合

铜的导热系数大,焊接时大量的热从加热区传导出去,焊接区难以达到熔化温度,使母材与填充金属很难融合。因此焊接时要采用功率大、热量集中的热源,并采取预热措施。

2.2 铜的氧化

铜在温度接近熔点时氧化能力最强生成氧化亚铜。氧化亚铜和铜形成低熔点的共晶分布在铜的晶界上降低了焊接接头的机械性能。

2.3 气孔倾向严重

铜的导热性比较好,焊接熔池凝固速度快,液态熔池中气体上浮的时间短来不及溢出,易造成气孔。预防措施主要有:焊前净化;对焊缝加

强脱氧,加入硅、铝、钛、锰等脱氧元素;焊接时加热,降低冷却速度。

2.4 易产生热裂纹

严格控制焊接材料的氧铅铋硫等有害元素的含量,通过焊丝加入锰、硅、磷等合金元素增强焊缝脱氧能力,选用能获得双相组织的焊丝,使焊缝晶粒细化、晶界增长,使易熔共晶分散不连续。焊接时加强对熔池的保护,采用减小焊接应力的工艺措施,如选用热量集中的热源、焊前预热、选择合理的焊接顺序、焊后缓慢冷却。

2.5 焊接接头性能下降

合金元素蒸发有害杂质侵入,焊缝金属和热影响区组织的增大,使焊接接头的强度、塑性、导电性、耐腐蚀性下降,改善和防止的办法是选择合理的焊接材料,严格控制工艺参数。

3 黄铜焊接方法试验及效果检查

焊接异种材料时,必定会产生一层成分、组织及性能与母材不同的过渡层,过渡层的性能给焊接接头的整体性能带来重大的影响,处理好材料焊接的过渡层对于获得满意的焊接质量至关重要。所以,焊接异种材料时需要采取相应的工艺措施来控制过渡层,以保证接头的性能。针对黄铜及碳钢焊接的特点,焊前进行预热采用大能量p焊接试管:Φ108×5×150mm,铜管12块,碳钢管12块。

焊接方法:氧乙炔焊,试管接头内侧加放衬管。

坡口形式:单面不等度数V型,破口角度α=30°,β=45°(如图1）。

试件焊接之前需进行预热,预热温度为700℃～850℃,层间温度控制在550℃～600℃。焊后热处理温度500℃～600℃,保温时间2ｈ(采用石棉覆盖进行保温)。氧乙炔焊焊接工艺参数、焊后外观、强度检查见表3、表4、表5。

(1)由焊缝拉伸试验结果可以看出,焊缝强度均高于母材标准值,断口位置都发生在母材,表明焊缝强度合格。

(2)对焊缝进行无损探伤,接头内部质量等级达到Ⅱ级以上。

4 结语

(1)由焊接工艺评定试验结果表明,焊缝接头力学性能满足评定标准要求。制定的焊接工艺满足H62黄铜管与20#钢管焊接的要求。

(2)焊接工艺评定试验中所用焊接工艺参数可作为编制莱钢银山型钢有限公司3#3200ｍ3高炉配套公辅工程氧气管道安装阻火段铜管的依据。

参考文献

[1] GB50236-98现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范[S].

[2] 彭友禄.焊接工艺[M].北京:人民交通出版社,2002,4.