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T2紫銅與304不銹鋼的氬弧焊接

來源: 發布時間:2021-04-12 次瀏覽

T2紫銅與304不銹鋼焊接以往均采用氣焊方法,由于產品是在高溫下使用,焊接接頭經循環加熱會出現松動現象,造成滲漏及接頭強度降低,部分接頭不能達到使用要求。采用氬弧焊焊接T2紫銅與不銹鋼焊縫,經反復試驗發現,工藝性能良好、操作簡單、焊接質量穩定,大大降低了制造成本,縮短了生產周期,提高了接頭的強度。

宇航興達真空設備制造有限公司承接北京丹普表面技術有限公司真空室工程,此室體冷井部分有1根過渡管,材料為T2紫銅,與室體連接處為304不銹鋼,以往均采用氣焊焊接,氣焊主要以氧乙炔氣體為能源,焊縫母材不熔化,利用低熔點的釬料填充焊縫。焊接時環境惡劣,工藝復雜,外觀質量較差,一般焊工無法完成焊接,T2紫銅管一旦熔化就面臨報廢危險,成本增加,工期延長。鑒于現狀,公司決定以氬弧焊焊接T2紫銅與304不銹鋼為課題進行試驗研究。

1、T2紫銅與304不銹鋼的焊接性分析

T2紫銅和304不銹鋼的化學成分見表1。鐵-銅相圖見圖1,鋼和銅在高溫時的晶格類型、晶格常數和原子半徑非常接近,在液態時無限固溶,固態時有限固溶,不形成金屬間化合物。當鋼向銅擴散時,形成有限溶解度的ε固溶體,1 094時鋼在銅中的溶解度為4%,650℃時為0.2%,溫度再降低,溶解度無明顯變化。這些因素非常有利于鋼與銅之間的焊接。但是在熔點、熱導率和線膨脹系數方面的差異較大,會給兩種材料的焊接帶來困難。銅的熔點是1 083℃,304不銹鋼的熔點是1 450℃,銅的線膨脹系數約比鋼大40%,鋼-銅合金的結晶溫度區間很大,約在300~400℃,加之容易形成(Cu+Cu2O、(Fe+FeS、(Ni+Ni3S)等低熔點共晶,所以鋼與銅焊接時容易產生熱裂紋。焊縫中wFe=0.2%~1.1%時,焊縫組織呈粗大的α單相組織,抗裂性很差;隨著含鋼量的增加,焊縫為(α+ε)雙相組織,當wFe=10%~43%時,抗裂性最差,焊接方法及焊接工藝對焊縫影響非常大。

2、焊接性能對比

2.1氣焊特點

以往采用氣焊焊接T2紫銅與304不銹鋼,配以美國Harris-0焊絲(化學成分見表2),以氧乙炔氣體作為能源,焊接時環境惡劣,技術難度高,焊縫成形差,由于氣焊的特點是母材不熔化,接頭靠熔化的焊絲連接,銅焊絲熔點為1 083,而產品使用溫度接近1 083℃,所以先焊好的管子因使用過程中反復加熱會經常出現松動現象,造成滲漏及接頭強度降低,部分接頭根本達不到使用要求,水壓試驗僅承受2.5 MPa的壓力。目前真空室冷井室體304不銹鋼與冷卻水管T2紫銅的焊接大多出現了這個問題,給真空裝置的正常運行帶來隱患。

2.2氬弧焊特點

現采用氬弧焊接,同樣配以美國Harris-0焊絲,100%純氬氣保護。體積很小的焊槍適合任何位置焊接,由于T2紫銅與304不銹鋼導熱系數不同,所以前者比后者散熱快,因此先在T2紫銅一側起弧,塢極電弧以不熔化母材為準,目的是對T2紫銅管進行預熱,待預熱溫度達到600~700時,電弧回拉到焊縫中心開始填充焊絲,鎢極電弧圍繞環管以左焊法施焊。待形成熔池后,向左方向推進,邊推進邊填充焊絲,焊接過程中將2/3的熔池控制在T2紫銅母材上,減少304不銹鋼成分過多地遷移到焊縫,熄弧以后延緩3~5 s斷氣,以防因氣體保護不良,焊縫氧化而產生裂紋影響焊接質量。焊接完工后,按JB/T 4730.52005滲透檢測對焊縫進行表面檢驗,無任何缺陷。水壓試驗達到4.0 MPa壓力,氬弧焊接頭如圖3所示。

3、結論

采用兩種不同焊接方法均可以焊接真空室體冷井部分304不銹鋼與T2紫銅管,而采用氬弧焊接時兩種母材與焊絲液態時無限固溶形成一體,提高了焊接接頭的抗裂性能,其各項檢驗均符合技術要求。


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