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1、5 8焊接2 0 0 5(9)预热对紫铜厚板T I G 焊接工艺性的影响哈尔滨工程大学机电工程学院(1 5 0 0 0 1)闰久春崔西会李庆芬哈尔滨建成集团公司(1 5 0 0 3 0)李学军孔庆伟杨国锋郝贵生摘要系统地研究了紫铜厚板G 焊时，预热对焊接接头微观形貌组织的影响、力学性能的改善及其带来的其它问题。分析发现，预热虽然可以减小焊接接头结晶裂纹的倾向，提高接头拉伸强度，但是高温预热却使得焊件表面氧化严重，焊接试板变形大，且母材、热影响区和焊缝晶粒严重长大。关键词：T l G 焊预热紫铜厚板结晶裂纹E F F E(】1 s0 FP】刚班酗J 1 N Go NG A ST I J N G
2、S【E NA R C，E L D D q G、O FT H I C KC o P】P E RP I A r I EH 砒i nE n 舀n e e r i n gU n i v e r s i t yY 粕J i 删m 岫，C u iX i h I l i，L iQ i I】I 雩谭hH a r b i nJ i a n c h e n gC o L t d L ix l l e j 岫，K o I l gQ i J I g w e i，I I I gG l 娟哪g，H 帅例s h 蛐gA 换 n 粼t陆t so fp r e h e 撕n go nt h em i c m s t m c t
3、 u r ea r l dm e c h a m c a lp I o p e n i e so fg a st u n 挚t e na r cw e l d e dj o i m sw e r ei n v e s-t i g a t e d T h ep r e h e a t i n gr e d u c e dt l l ec r y s t a lc r a c k s 跏di n c r e a s e dt h et e I l s i l es n g t l lo fw e l d e dj o i n t s，b u t 旆c h l a d e 出ew o r k p i
4、 e c es u r I k e 商d i z e ds 谢o u s l ya n dd i s t o r t e dg r e a ya sw e Ua st h ec r y s t a l l i n eg m i I l sg r o w ns e r i o u s l yi nb a s em e t a l，h e a t 一胡t e dz o n e 锄dw e l d e dr n e 试K e yw o r d s：磐瑕n m 擘；t e I Ia r w e I m n g，呻戗毗I l g，t I l 虚c ko 叩p e rp I a t e，c D 僵i t
5、a Ic r 卸c k0 前言紫铜以其极高的导电性、导热性、优良的可塑性、耐腐蚀性、低温塑性等特点，在制冷设备及导电器材中获得了广泛的应用。但是，由于紫铜导热性好，焊接时热量迅速从加热区传导出去，使母材与填充金属难以熔合，这种现象尤其在厚板焊接时表现得更明显n 2 。采用r 1 1 G 焊时，为了施焊时能形成熔池及补偿焊接时的热输入不足，板厚d 4m m 的紫铜板耵G 焊时均应采取预热措施。胡永旺等分别对4 n 和6m m 的紫铜母材进行了r 1 1 G 预热焊接试验研究b 。申有才研究了1 6m m 厚紫铜母线的焊接，采用火焰预热，焊缝区温度维持在3 5 0 6 0 0，所得接头符合使用要求
6、 4 J。范金友等在焊接1 0m m 厚睨紫铜导电铜排时，预热3 5 0，焊接接头经射线探伤及拉伸试验后表明满足生产需要b J。K R S p i I l e r 认为，对于3 咖厚的工件，预热到5 0 可以达到很好的焊接效果。对于1 9m m 以下的工件，预热温度应在1 5 0 6 0 0 之间 6 j。A n i k 等认为，对壁厚在1 6 咖左右的紫铜板，采用两把焊枪进行双面焊有很大的优越性，可以降低预热温度。对1 2 1 6m m厚的紫铜，预热温度在3 0 0 4 0 0 之间就已经足够了【7J。虽然上述文献对紫铜r 1 1 G 焊进行了一定的研究，但是研究的重点是工程应用，没有对紫铜
7、的焊接工艺性、接头力学性能和微观组织作出深入的分析。为此，本文针对1 0 n 厚紫铜板，采用耵G 焊方法，把不同预热温度下的焊接工艺性及接头微观组织进行了系统的研究，为焊接高质量要求的构件提供了工艺指导。1试验材料及焊接工艺1 1 试验材料本试验所用材料为耶紫铜，工件尺寸1 0 0 一2 5 0m m 1 0m m。试板为对接接头，单V 形坡口，角度为6 0 0，留1 砌钝边。焊接气体为氩气。焊丝选用紫铜焊丝H s 2 0 1，使用c J 3 0 1 焊剂。焊枪钨极直径3 肼n。1 2 焊接工艺试件在组装前将坡口表面及上下表面的油、漆、万方数据焊接2 0 0 5(9)5 9锈、垢等清理干净直至
8、露出金属光泽，并用丙酮清理坡口及坡口附近2 0 以内区域。在进行焊接前，将焊剂C J 3 0 1 均匀地涂于坡口两侧。采用氧丙烷火焰及电弧预热，预热要在坡口3 0H u n 外，防止钎剂熔化。采用N i C r N i S i 热电偶丝测量试板预热温度。本文分另作了预热3 0 0、4 0 0、5 0 0、6 0 0 和7 0 0 的焊接试验。由于试板较厚，试验中采用三道焊。2 试验结果及分析2 1 焊接接头组织形貌预热可以缓解焊接接头的拘束应力，减小焊接裂纹倾向。但是，随着预热温度的提高，也带来一系列的问题。最直观的就是预热温度过高带来的试板处于红炽状态，焊接环境恶劣，操作人员很难持续工作，一
9、般需要两个操作者轮流工作，生产效率低。同时，试板氧化和变形严重。图l 为预热7 0 0 时的焊件表面情况。从图中可以很明显地看到焊完后试板表面有一层黑色的氧化皮，并且这层氧化皮在焊件冷却过程中剥落。而在其它几种预热温度时，焊件焊完后表面只发黑，没有出现厚的氧化皮及剥落现象。图1 预热7 0 0 焊件表面形貌照片图2 所示为焊接接头截面的宏观形貌。从图中可以明显地看出，预热4 0 0 时，接头几乎没有变形。随着预热温度的提高，焊接接头的变形增大。与钢板变形不同，紫铜变形向上凸起呈弓形。这是由于预热时紫铜膨胀，预热温度越高，膨胀量越大，同时冷却时收缩量也越大。而且，由于试扳较厚，采用多道焊，试板底
10、层先冷却收缩导致变形。图3 所示为不同预热温度时母材的微观组织特征。可以看出，预热温度为3 0 0、4 0 0、5 0 0 时，对母材基本没有影响，晶粒平均半径约为5 0 脚。但是预热温度为6 0 0 和7 0 0 时，母材晶粒长大很快，其直(a)预热4 0 0(b)预热5 0 0(c)预热6 0 0(d)预热7 0 0 图2 不同预热温度时焊接接头的变形情况径分别为1 0 0 肿和2 0 0 肛m。母材晶粒过于粗大，将对整个焊件的性能产生不良影响。图4 所示为热影响区微观组织。从图中可以看出，预热4 0 0、5 0 0 和6 0 0 的热影响区晶粒大小差不多，(a)预热3 0 0(b)预热4
11、 0 0(c)预热5 0 0(d)预热6 0 0(e)预热7 0 0 图3 不同预热温度时母材的微观组织 万方数据6 0；焉国E 蕈蕈l j)5 iqi 隧薹薹姜羹；一薹攀蠢越槲黼墨囊蠢羹雾m 薹麴鋈七薹鋈i 蓁一p 句萋蓠释羹鬈褥涵滔霎霄一蓁；懿溯刚驰墅嚣搴奔慝 塞羹；蓑张墅苘!主妄銎；囊囊雾囊i i i 主。|雾爹冀羹盎蓥萎繁醚篇篓熏翌塞；蹩蓁攀预热，霎鬲拍j 觏篓誉珐匿曩墓羹囊般；缎墅鋈绨燮羹赋墅秘譬晶纂囊霉H 态蕈斑氧刻剂霜i 幢囊蓁鋈囊鬟墓薹冀攀囊；薹。霆，囊萋孽囊囊鍪蘸霪錾蠢萎羹蠢雾琶羹需薹鬻薹商堪邀罐羹；臻墼囊蒯型|薹薹一受 宇誉i 鬟茎一萋霉i 萋i 吾；纛蠡赢雾夏时羹静嗽囊蠢
12、霸嚣笥藩掣；掣驯型再襄墅囊罐j 厦为囊警曩蔫j 基g：基蠢霎霎薹霆囊塑一冀琵薷菇涮；羹羹磐奎属鬻薹鬻篓薹冀鏊搿藩蹙翌；冀渐怪霉熊鉴窭薹荐鋈i 需奏孺蒿粕稿蓟瑟銎跫超霪接篓|錾墅；錾堑需拭鎏鋈植霎篷釜鑫篓需希角猫曦蜀毽；渖萎萎娄彰鍪鞑蒌萎蔷冬雾棘弱羹霄羹霄掮羹i 零羹滩羹茬砝是蓁錾耄珲卫癸璧：羹丽i 爵耐嚣醐犁戳酬翼鞋猩瀵型耋霍i 銎羹苗霪霍莉尺；卜二弘躺型砸鍪篓羹霎赫嚣甜讯两翼鬟；新雾杯囊藿缝鍪中的羹i 霞j 蓖鞫；冲冶瞻!篓薪辅-爹鞲醺限翟i提隰薹萋萋甄蔓鋈。邕犁咎塾篓鞑朔唰缫霭童删列戮”￥x 万方数据焊接2 0 0 5(9)6 1足引起焊缝金属冷却过快而导致产生裂纹的。值得注意的是，当预热
13、温度达到7 0 0 时，虽然焊缝中只存在少量微观裂纹，但是焊接试板处于红炽状态，不仅焊接操作困难，而且焊件氧化和变形严重。该焊接工艺在工业生产中应用困难。2 3 焊接接头力学性能每种焊接接头取三个拉伸试样进行拉伸试验，加载速率为5 l l m i n。拉伸试验结果如表1 所示。图7为焊接接头抗拉强度的对比图。对比各组数据可以发现，每种焊接接头中均有强度较低的试件，这是由于焊表1焊接接头的拉伸试验结果山皇、b瑙想霸蝠试件类型图7 不同预热温度焊接接头抗拉强度对比缝中的裂纹所致。预热温度升高，焊接接头中的裂纹减少，断裂主要是由于焊缝中的微裂纹导致。预热至7 0 0 时，微裂纹已不影响接头断裂，这时
14、拉伸试件在热影响区屈服断裂。3 结论(1)1 0n u n 厚紫铜板1 f I G 焊时，预热可以减小焊接接头中的结晶裂纹倾向，但是即使预热至7 0 0，仍不能消除焊接接头中的结晶裂纹。(2)高温预热使得焊接环境恶劣，焊件表面氧化严重。(3)测试结果表明，焊缝中的结晶裂纹使得焊接接头的抗拉强度不稳定。(4)从试验结果可以看出，在紫铜厚板耵G 焊接中采用预热技术，可以很好地解决热输入不足的问题，但是对于结晶裂纹不能彻底消除。因此，预热1 1 G 焊接工艺还不能应用于厚板紫铜重要构件的焊接生产，有必要研究不预热1 f 1 G 焊接技术及相应的控制结晶裂纹的措施。参考文献1 刘长江，唐耀阳，崔西会气
15、轮机冷凝器封头的r 1 1 G 钎焊焊接，2 0 0 5(2)：4 4 4 52 季杰，马学智铜及铜合金的焊接性焊接技术，1 9 9 9(2)：1 3 1 53 胡永旺，刘学明插接母线铜排的r 1 1 G 焊工艺焊接技术，1 9 9 6(5)：1 3 1 44 申有才大界面紫铜母线钨极氩弧焊焊接工艺化工建设工程，2 0 0 1，2 3(4)：2 5 3 45 范金友，刘靖涛，韩廷忠紫铜板的焊接机械工程师，2 0 0 l(1 2)：6 0 6 16s p i u e rKR w e l d i n gc o p p e rb y 山eg 鹅s 1 1 i e l d e da r cp r o
16、c e s s e s M e t a IC o n s t rB 血W e l dJ，1 9 7 0，2(2)：4 5 5 37s a l a l l a d d i nA m k，L I l t z 胁1 M e t a l l o p h y s i c a l 妒0 c e s s e si nt h ew e l d i n go fc o p p e r 锄dc o p p e ra l l o y s w e l d i I l gm e 血c l d s W e l d i I l g 粕dC u t t 咄，1 9 8 8(9)：E 1 3 9 一E 1 4 3(收稿日期2
17、0 0 50 41 9)作者简介：闰久春，1 9 6 4 年出生，博士，教授，主要研究方向为新材料特种连接技术。焊接冶金过程控制及数值模拟，承担国家自然科学基金、国家8 6 3 项目多项，获省部级二、三等奖励3 项，发表s c I 论文2 0 余篇。万方数据预热对紫铜厚板TIG焊接工艺性的影响预热对紫铜厚板TIG焊接工艺性的影响作者：闫久春，崔西会，李庆芬，李学军，孔庆伟，杨国锋，郝贵生，Yan Jiuchun，Cui Xihui，Li Qingfen，Li Xuejun，Kong Qingwei，Yang Guofeng，Hao Guisheng作者单位：闫久春,崔西会,李庆芬,Yan Ji
18、uchun,Cui Xihui,Li Qingfen(哈尔滨工程大学机电工程学院,150001)，李学军,孔庆伟,杨国锋,郝贵生,Li Xuejun,Kong Qingwei,Yang Guofeng,HaoGuisheng(哈尔滨建成集团公司,150030)刊名：焊接英文刊名：WELDING&JOINING年，卷(期)：2005(9)被引用次数：1次 参考文献(7条)参考文献(7条)1.刘长江;唐耀阳;崔西会 气轮机冷凝器封头的TIG钎焊期刊论文-焊接 2005(02)2.季杰;马学智 铜及铜合金的焊接性 1999(02)3.胡永旺;刘学明 插接母线铜排的TIG焊工艺 1996(05)4.申
19、有才 大界面紫铜母线钨极氩弧焊焊接工艺期刊论文-化工建设工程 2001(04)5.范金友;刘靖涛;韩廷忠 紫铜板的焊接期刊论文-机械工程师 2001(12)6.Spiller K R Welding copper by the gas shielded arc processes 1970(02)7.Salahaddin Anik;Lutz Dorn Metallophysical processes in the welding of copper and copper alloys-welding methods 1988(09)本文读者也读过(9条)本文读者也读过(9条)1.许志武.闫久
20、春.吕世雄.于捷 铝基复合材料过渡液相扩散焊接接头金相组织期刊论文-焊接2004(4)2.姜兆华.李文旭.闫久春.李益民 微等离子体氧化法制备钛酸钡陶瓷膜期刊论文-材料工程2002(2)3.吴林.闫久春 加入WTO以后中国高等学校焊接技术人才培养的新模式期刊论文-焊接2004(9)4.彭硕.于汉臣.李大成.闫久春.于捷 黄铜堆焊组织期刊论文-焊接2006(2)5.彭硕.于汉臣.李大成.闫久春.于捷 紫铜熔化焊组织特征期刊论文-焊接2006(3)6.黄磊.王浪平.王小峰.闫久春.解志文.陆洋.HUANG Lei.WANG Langping.WANG Xiaofeng.YAN Jiuchun.XIEZhiwen.LU Yang 中心螺线圈式大面积均匀金属等离子体形成方法期刊论文-核技术2009,32(3)7.许志武.闫久春.于捷 铝基复合材料振动液相扩散焊焊接接头金相组织期刊论文-焊接2004(3)8.彭硕.于汉臣.李大成.闫久春 高频感应加热紫铜钎焊接头组织特征期刊论文-焊接2005(11)9.姜兆华.李延平.李文旭.辛世刚.闫久春.李益民 钛表面原位生长钛酸锶钡陶瓷膜期刊论文-稀有金属材料与工程2003,32(10)引证文献(1条)引证文献(1条)1.王生希 镁铜异种金属TIG焊接性的研究学位论文硕士 2006 本文链接：http:/