CN103447668B - 一种弥散铜的焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种弥散铜的焊接方法，涉及金属焊接技术领域，本发明通过在弥散铜与对焊材料的端部分别加工焊接坡口，然后在焊接坡口上堆焊过渡层和填充层，大大提高了生产效率高，降低了生产成本，本发明具有工艺简单、焊接热影响区小，无Al₂O₃漂浮、团聚现象和焊接接头强度高等特点，本发明可实现多种形状的弥散铜与弥散铜或弥散铜与异种金属材料之间进行连接，具有广泛的应用前景。

Description

一种弥散铜的焊接方法

【技术领域】

本发明涉及金属焊接技术领域，具体涉及一种弥散铜的焊接方法。

【背景技术】

已知的，弥散铜材料是在铜基体上弥散分布着纳米级氧化铝颗粒增强相，其具有高强度、高导电性以及耐热的特性；由于弥散铜材料中氧化铝陶瓷与铜金属的浸润性差，两种材料的密度差异大，若采用熔焊方法焊接时，氧化铝颗粒在熔焊时易发生团聚、浮于熔池表面等现象，进而易造成焊不上、焊接接头强度低等技术问题。

同时弥散铜材料的连接是大型弥散铜制品开发的难点，发明人经过检索国内的相关资料得出：在国外，弥散铜材料与其它金属的连接一般采用热等静压连接技术或保护气氛炉钎焊连接,但是经过分析发现，在采用热等静压连接技术焊接弥散铜时存在如下缺点：

①连接成本高，生产效率低：热等静压设备昂贵，单次处理费用高，费效比低，热等静压机需几千万元以上的一次性投资，设备成本高。热等静压机在使用时需要进行抽真空后充入惰性气体，然后加热至接近1000℃的高温，再进行长时间后的保温后再降温，连接一次需耗费一天时间，效率低，无法适应连续化的生产需要；

②工件经过长时间的高温处理，力学性能有所降低；

③可连接的工件形状受限：由于热等静压机受工作室空间的限制，无法放置过高、过重、过大的工件，无法处理大的盘圆，因此可连接的工件形状受限；

④能耗高：由于热等静压升温、保温的温度高，时间长，因此能耗高。

在采用保护气氛炉钎焊连接时，由于钎料熔点的限制，焊接后材料无法高温退火，由于设备限制也无法连接大规格弥散铜制品；而针对弥散铜材料的其它焊接技术未见报道和记载在任何书籍和文献中。

【发明内容】

为了克服上述技术的不足，本发明提供了一种弥散铜的焊接方法，本发明通过在弥散铜与对焊材料的端部分别加工焊接坡口，然后在焊接坡口上堆焊过渡层和填充层，大大提高了生产效率高，本发明具有工艺简单、焊接热影响区小，焊接接头强度高等特点，具有广泛的应用前景。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种弥散铜的焊接方法，所述方法包括如下步骤：

第一步、在弥散铜和对焊材料上分别加工焊接坡口,然后将弥散铜和对焊材料浸泡在酸中，取出后清理弥散铜和对焊材料表面的氧化层；

第二步、在上述步骤的基础上，分别在弥散铜和对焊材料上的焊接坡口上堆焊过渡层；

第三步、在第二步的基础上，在弥散铜和对焊材料的过渡层之间焊接填充层，在焊接填充层时从内到外逐层填充，每焊好一层需清除焊层表面的氧化层，清除后再填充第二层，直至填充满；

第四步、在第三步的基础上，填充完成后使弥散铜和对焊材料自然冷却，冷却后将多余部分打磨掉即可。

所述的弥散铜的焊接方法，所述过渡层在堆焊时焊接参数为：

焊接电流270～300A；

氩气流量15～20L/min；

堆焊厚度1～1.5mm。

所述的弥散铜的焊接方法，所述填充层在填充时焊接电压为10～12V，焊接电流为250～260A，焊接速度为0.1～0.2m/min，焊接时控制层间焊接温度不超过300℃。

所述的弥散铜的焊接方法，所述过渡层的材料为B30的焊丝，所述焊丝直径为φ1.5～φ3mm。

所述的弥散铜的焊接方法，所述填充层的材料为B30的焊丝，所述焊丝直径为φ1.5～φ3mm。

所述的弥散铜的焊接方法，所述弥散铜的成份如下：

Al₂O₃0.2～1.2%；

余量为Cu。

所述的弥散铜的焊接方法，所述对焊材料为弥散铜1或紫铜或白铜或低碳钢中的任意一种。

所述的弥散铜的焊接方法，所述弥散铜的形状为丝材或棒材或板材或管材或盘圆。

所述的弥散铜的焊接方法，所述焊接坡口为带1mm钝边的30°半X型坡口。

所述的弥散铜的焊接方法，所述酸为5～15%的稀硫酸，浸泡时间为20~40min。

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：

本发明所述的一种弥散铜的焊接方法，本发明通过在弥散铜与对焊材料的端部分别加工焊接坡口，然后在焊接坡口上堆焊过渡层和填充层，大大提高了生产效率高，降低了生产成本，本发明具有工艺简单、焊接热影响区小，无Al₂O₃漂浮、团聚现象和焊接接头强度高等特点，本发明可实现多种形状的弥散铜与弥散铜或弥散铜与异种金属材料之间进行连接，具有广泛的应用前景。

【附图说明】

图1是本发明的焊接结构形式示意图；

在图中：1、弥散铜；2、过渡层；3、填充层；4、对焊材料。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；

结合附图1所述的一种弥散铜的焊接方法，所述方法包括如下步骤：

第一步、在弥散铜1和对焊材料4上分别加工焊接坡口，所述焊接坡口为带1mm钝边的30°半X型坡口，当弥散铜1和对焊材料4待焊接面对在一起后，焊接坡口形成30°X型坡口，然后将弥散铜1和对焊材料4浸泡在酸中，所述酸为5～15%的稀硫酸，浸泡时间为20~40min，然后取出后用清水将弥散铜1和对焊材料4的表面洗净后，再用不锈钢丝轮清理弥散铜1和对焊材料4表面的氧化层，其中所述弥散铜1的形状为丝材或棒材或板材或管材或盘圆；进一步，弥散铜1的成份如下：

Al₂O₃0.2～1.2%；

余量为Cu；

更进一步，所述对焊材料4为弥散铜1或紫铜或白铜或低碳钢或能与过渡层2材料对焊的钢种中的任意一种；

第二步、在上述步骤的基础上，分别在弥散铜1和对焊材料4上的焊接坡口上堆焊过渡层2，所述过渡层2在堆焊时焊接参数为：

焊接电流270～300A；

氩气流量15～20L/min；

堆焊厚度1～1.5mm；

其中过渡层2的材料为B30的焊丝，所述焊丝直径为φ1.5～φ3mm；

第三步、在第二步的基础上，在弥散铜1和对焊材料4的过渡层2之间焊接填充层3，在焊接填充层3时从内到外逐层填充，每焊好一层需清除焊层表面的氧化层，清除后再填充第二层，直至填充满，所述填充层3在填充时焊接电压为10～12V，焊接电流为250～260A，焊接速度为0.1～0.2m/min，焊接时控制层间焊接温度不超过300℃，其中填充层3的材料为B30的焊丝，所述焊丝直径为φ1.5～φ3mm；

第四步、在第三步的基础上，填充完成后使弥散铜1和对焊材料4自然冷却，冷却后将多余部分打磨掉即可。

本发明在具体实施过程中，采用钨极氩弧焊进行焊接，其优点为：

氩气是惰性气体，不与金属起化学反应，也不溶于液态金属，合金元素不会烧损，也不容易形成气孔。氩气可形成坚实的氩气隔离层，可获得十分优秀的焊接质量且氩气在弧柱中所产生的正离子，能破坏母材表面的氧化膜，有清理作用。填充焊丝熔后流动性好，对母体金属的润湿性高，工艺性能良好，易获得金属强度高、气密性好的焊缝质量等。

本发明在实际应用中，具体实施方法为：

一、当对焊材料4为弥散铜1时：

在需要连接的弥散铜1的端部分别加工1mm钝边的30°X型坡口，然后在15%的稀硫酸中浸泡30min后，用清水将其表面洗净，再用不锈钢丝轮清理表面的氧化层；清理完全后开始进行焊接，焊接时采用SWE-500氩弧焊机以及φ1.5mm的B30焊丝进行焊接，先在需要连接的弥散铜1和弥散铜1预加工的坡口上采用B30的焊丝堆焊上一层1.5mm厚B30，即形成过渡层2，在堆焊时电流为300A；堆焊后再从内到外逐层填充B30焊丝，每焊好一层用不锈钢丝轮清除氧化层，清除后再填充第二层，直至填充满，即形成填充层3，填充时焊接电压为10V，焊接电流为260A，焊接速度为0.1m/min，焊接时控制层间焊接温度不超过300℃，整个焊接过程采用氩气保护，焊接完成后使工件自然冷却，冷却后将多余金属打磨掉。然后对焊接接头进行拉伸试验，试样在弥散铜1端发生断裂，焊接接头处未发生断裂，试样抗拉强度达到500MPa。

二、当对焊材料4为紫铜时：

在需要连接的弥散铜1和紫铜的端部分别加工带1mm钝边的30°X型坡口，然后在5%的稀硫酸中浸泡30min后，用清水将其表面洗净，再用不锈钢丝轮清理其表面的氧化层；清理完全后开始进行焊接，在焊接时采用SWE-500氩弧焊机Φ3mm的B30焊丝进行焊接，在焊接时先在弥散铜1和紫铜预加工的坡口上采用B30的焊丝堆焊上一层1mm厚B30，即形成过渡层2，在堆焊时电流为270A，堆焊后再从内到外逐层填充B30金属材料，每焊好一层用不锈钢丝轮清除氧化层，清除后再填充第二层，直至填充满，即形成填充层3，填充时焊接电压为12V，焊接电流为240A，焊接速度为0.1m/min，在焊接时控制层间焊接温度不超过300℃，整个焊接过程采用氩气保护，氩气流量15L/min；焊接完成后使工件自然冷却，冷却后将多余金属打磨掉。对焊接接头进行拉伸试验，试样在紫铜端发生断裂，焊接接头处未发生断裂，抗拉强度达到220MPa。

三、当对焊材料4为白铜时：

在需要连接的弥散铜1与白铜的端部分别加工带1mm钝边的30°的X型坡口，然后在15%的稀硫酸中浸泡30min后，用清水将其表面洗净，再用不锈钢丝轮清理其表面的氧化层；清理完全后开始进行焊接，在焊接时采用SWE-500氩弧焊机Φ1.5mm的B30焊丝进行焊接，在焊接时，先在需要连接的弥散铜1和白铜预加工的坡口上采用B30的焊丝堆焊上一层1.5mm厚B30，即形成过渡层2，堆焊时电流为300A；堆焊后再从内到外逐层填充B30金属，每焊好一层用不锈钢丝轮清除氧化层，清除后再填充第二层，直至填充满，即形成填充层3，填充时焊接电压为10V，焊接电流为260A，焊接速度为0.2m/min，焊接时控制层间焊接温度不超过300℃；整个焊接过程采用氩气保护，氩气流量20L/min，焊接完成后使工件自然冷却，冷却后将多余金属打磨掉，对焊接接头进行拉伸试验，试样在弥散铜端发生断裂，焊接接头处未发生断裂，抗拉强度达到500MPa。

四、当对焊材料4为Q235时：

在需要连接的弥散铜1与Q235的端部分别加工带1mm钝边的30°的X型坡口，然后在10%的稀硫酸中浸泡30min后，用清水将表面洗净，再用不锈钢丝轮清理表面的氧化层，清理完全后开始进行焊接，在焊接时采用SWE-500氩弧焊机Φ2mm的B30焊丝进行焊接，在焊接时，先在需要连接的弥散铜和Q235预加工的坡口上采用B30的焊丝堆焊上一层1mm厚B30，即形成过渡层2，堆焊时电流为300A；堆焊后再从内到外逐层填充B30金属，每焊好一层用不锈钢丝轮清除氧化层，清除后再填充第二层，直至填充满，即形成填充层3，填充时焊接电压为10V，焊接电流为260A，焊接速度为0.15m/min，焊接时控制层间焊接温度不超过300℃；整个焊接过程采用氩气保护，氩气流量为18L/min，焊接完成后使工件自然冷却，冷却后将多余金属打磨掉，对焊接接头进行拉伸试验，试样在Q235端发生断裂，焊接接头处未发生断裂，抗拉强度达到400MPa。

通过本发明的实施，具有如下特点：

1、焊接热影响区小，无Al₂O₃漂浮、团聚现象，焊接接头强度高。被连接的工件力学性能影响小。

②设备要求低，生产效率高

本发明只需采用一般可进行氩弧焊焊机即可实现对弥散铜与异种金属的连接，采用本发明的方法进行焊接的弥散铜1接头，在准备充分的情况下可短时间内完成一次连接工作，较热等静压的生产效率大大提高。

③可连接材料形状不限

采用本发明的焊接方法，可对弥散铜丝材、棒材、板材、管材、盘圆等与异种金属或弥散铜与弥散铜之间进行连接，可广泛应用于各种弥散铜材料的焊接。

④能耗低

采用本发明的焊接方法进行弥散铜与弥散铜、弥散铜与其它金属的连接，整个焊接过程时间短，采用一般氩弧焊焊机具有能耗低的优点等。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (8)

1.一种弥散铜的焊接方法，其特征是：所述方法包括如下步骤：

第一步、在弥散铜（1）和对焊材料（4）上分别加工焊接坡口,然后将弥散铜（1）和对焊材料（4）浸泡在酸中，取出后清理弥散铜（1）和对焊材料（4）表面的氧化层；

第二步、在上述步骤的基础上，分别在弥散铜（1）和对焊材料（4）上的焊接坡口上堆焊过渡层（2）；所述过渡层（2）在堆焊时焊接参数为：

焊接电流270～300A；

氩气流量15～20L/min；

堆焊厚度1～1.5mm；

第三步、在第二步的基础上，在弥散铜（1）和对焊材料（4）的过渡层（2）之间焊接填充层（3），在焊接填充层（3）时从内到外逐层填充，每焊好一层需清除焊层表面的氧化层，清除后再填充第二层，直至填充满；所述填充层（3）在填充时焊接电压为10～12V，焊接电流为250～260A，焊接速度为0.1～0.2m/min，焊接时控制层间焊接温度不超过300℃；

第四步、在第三步的基础上，填充完成后使弥散铜（1）和对焊材料（4）自然冷却，冷却后将多余部分打磨掉即可。

2.根据权利要求1所述的弥散铜的焊接方法，其特征是：所述过渡层（2）的材料为B30的焊丝，所述焊丝直径为φ1.5～φ3mm。

3.根据权利要求1所述的弥散铜的焊接方法，其特征是：所述填充层（3）的材料为B30的焊丝，所述焊丝直径为φ1.5～φ3mm。

4.根据权利要求1所述的弥散铜的焊接方法，其特征是：所述弥散铜（1）的成份如下：

Al₂O₃0.2～1.2%；

余量为Cu。

5.根据权利要求1所述的弥散铜的焊接方法，其特征是：所述对焊材料（4）为弥散铜（1）或紫铜或白铜或低碳钢中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的弥散铜的焊接方法，其特征是：所述弥散铜（1）的形状为丝材或棒材或板材或管材或盘圆。

7.根据权利要求1所述的弥散铜的焊接方法，其特征是：所述焊接坡口为带1mm钝边的30°半X型坡口。

8.根据权利要求1所述的弥散铜的焊接方法，其特征是：所述酸为5～15%的稀硫酸，浸泡时间为20~40min。