CN104708222B - 一种紫铜碳钢复合板缺陷修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紫铜碳钢复合板缺陷修复方法，属于焊接的技术领域。本发明采用热处理炉体加热，使母材达到焊接条件，炉体加热的好处：热量均匀，热量保持时间长，温度容易控制等，局部加热的局限性全部被解决掉了。加热出炉之后，直接在台车上施焊，同时在紫铜层上覆盖石棉，极大降低母材的温度流失速度，使待焊坡口处热量保持时间长，同时，本发明采用焊炬对待焊坡口加热，使待焊坡口温度不低于预热温度，确保待焊坡口处的温度，克服了温度流失较快而满足不了施焊条件的困难。

Description

一种紫铜碳钢复合板缺陷修复方法

技术领域

本发明涉及焊接的技术领域，尤其涉及一种紫铜碳钢复合板缺陷修复方法。

背景技术

紫铜是比较纯净的一种铜，一般可近似认为是纯铜，导电性、塑性都较好，但强度、硬度较差一些。紫铜具有优良的导热性﹑延展性和耐蚀性。紫铜中的微量杂质对铜的导电、导热性能有严重影响。其中钛、磷、铁、硅等显著降低电导率,而镉、锌等则影响很小。氧、硫、硒、碲等在铜中的固溶度很小,可与铜生成脆性化合物,对导电性影响不大，但能降低加工塑性。

紫铜碳钢复合板，是利用炸药的能量将复层紫铜与基板形成牢固的原子间结合，使基复板在爆炸复合后产生很大应力。对未贴合区进行焊补可能加剧补焊区的应力状况，如果焊缝的塑性韧性不高，形成的应力很容易将焊缝拉开形成裂纹。

由于紫铜与碳钢属于两种不同类别的材料，化学成分、热导率、线膨胀系数等都有很大差别，属于异种金属间的焊接，存在不同的焊接性，如果焊接工艺选择不合适，堆焊时容易出现气孔、裂纹等焊接缺陷。铋或铅与铜生成低熔点共晶，使铜产生热脆；而脆性的铋呈薄膜状分布在晶界时，又使铜产生冷脆。磷能显著降低铜的导电性,但可提高铜液的流动性,改善焊接性。这些元素如果利用不好，会对堆焊质量产生很大影响，如果应用得当，则可以使堆焊事半功倍。

对于紫铜与碳钢的异种金属焊接，在液态中铜与钢能完全混合，但固态中相互固溶度有限，铜原子会沿着钢的晶界进行渗透。由于铜的熔点比钢低，因此在冷却时铜铝的结晶温度低于钢的结晶温度，便会在焊缝的热影响区产生裂纹。而且基层的元素在高温熔池中会向焊缝中迁移，使焊缝含碳量增加，严重降低焊缝的综合机械性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，而提供一种焊接质量好、焊缝的致密性和强度高、能很好地解决复合板缺陷的紫铜碳钢复合板缺陷修复方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种紫铜碳钢复合板缺陷修复方法，包括以下步骤：

步骤一、通过爆炸焊接将紫铜层与碳钢基板焊接，使紫铜层与碳钢基板的主体部分牢固连接，形成紫铜碳钢复合板；标记紫铜层与碳钢基板之间未贴合的边缘部分；

步骤二、从碳钢基板表面中心处150mm×150mm的范围，挖至碳钢基板面以下1.0mm至1.5mm形成坡口，打磨抛光至待焊坡口露出金属光泽并圆滑过渡；用丙酮液对待焊坡口擦洗干净；

步骤三、在电阻炉出口处安装焊接台；

步骤四、将紫铜碳钢复合板放入电阻炉内预热处理，使紫铜碳钢复合板温度达到300-400℃，然后将紫铜碳钢复合板直接从电阻炉移至焊接台；保持碳钢基板在下，紫铜层在上，在紫铜层上覆盖石棉，同时采用焊炬对待焊坡口加热，使待焊坡口温度不低于预热温度；

步骤五、采用氩气或者氦气作气体保护，对待焊坡口进行氩弧焊，每一段焊缝接头处回焊一小段，然后再沿焊接方向施焊，保证焊缝接头处连接牢固；焊接收弧时停顿一小段时间，对弧坑延时保护；

步骤六、焊接完成后，将焊接表面打磨抛光平整，然后对试板堆焊表面进行PT检测；

步骤七、用超声波探伤仪对堆焊区进行贴合率检验；

步骤八、对试板取样进行弯曲力学性能检验。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

步骤一中采用的紫铜层由以重量份计0.002%Sn、0.002%As、0.1%Si、0.05%0、0.005%Zn、0.005%Fe、0.002%Ni、0.003%Pb、0.001%P、余量为Cu组成。

堆焊材料由以重量份计0.002%Sn、0.1%Si、0.002%As、0.005%Zn、0.01%Fe、0.002%Ni、0.003%Pb、余量为Cu组成。

步骤五中保护气体采用Ar气，Ar气纯度≥99.99%，体流量：9L/min至14 L/min。

对焊缝焊接时正极接紫铜碳钢复合板、负极接钨极，焊接电流220A至240A，电压16V至20V，直流正接，钨棒端部磨成15°至25°圆锥形。

待焊坡口和焊丝在施焊前用丙酮液擦洗干净。

紫铜层采用T1紫铜，碳钢基板采用Q345R碳钢板。

PT检测采用DPT-5检测剂。

对焊缝焊接时采用ERCu-1焊丝，直径为2.5mm。

与现有技术相比，本发明的基层材料Q345R, 规格尺寸：复合板尺寸6/21*6000*1000，从基板Q345R表面中心处150*150mm的范围，挖至基板面以下1.0-1.5mm形成坡口，打磨抛光待焊坡口露出金属光泽并圆滑过渡满足焊接条件，氩弧焊待焊区域和焊丝在施焊前用丙酮液擦洗干净。

考虑到T1紫铜的特性，紫铜导热率会很高，容易产生结晶裂纹，现有技术是在施焊之前对坡口和周边200~300mm范围进行了300-400℃的预热。但是，由于紫铜板的特性，导热率大，散热较快，局部加热的温度存留时间较短，熔池保持时间较短，熔池流动性差，无法满足焊接条件，导致焊接质量差。

本发明采用热处理炉体加热，使母材达到焊接条件，炉体加热的好处：热量均匀，热量保持时间长，温度容易控制等，局部加热的局限性全部被解决掉了。加热出炉之后，直接在台车上施焊，同时在紫铜层上覆盖石棉，极大降低母材的温度流失速度，使待焊坡口处热量保持时间长，同时，本发明采用焊炬对待焊坡口加热，使待焊坡口温度不低于预热温度，确保待焊坡口处的温度，克服了温度流失较快而满足不了施焊条件的困难。

为保证焊缝金属熔合好的情况下，尽量减少基层金属向堆焊复层的渗入量，降低熔合比，本发明在复合板出炉时保持碳钢基板在下，紫铜层在上，即方便覆盖石棉，在堆焊时也能减少基层金属向堆焊复层的渗入量。

为防止产生未熔合、气孔等缺陷，每一段焊缝接头处应回焊一小段，然后再沿焊接方向施焊，以利于调整接头平滑并能消除弧坑缺陷。焊接过程的温度不低于预热温度。

附图说明

图1是本发明紫铜碳钢复合板加热后从电阻炉内移送到焊接台的示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施例作进一步详细描述。

其中图1中附图标记为：1、紫铜碳钢复合板，2、电阻炉，3、焊接台。

本实施例中一种紫铜碳钢复合板缺陷修复方法，包括以下步骤：

步骤一、通过爆炸焊接将紫铜层与碳钢基板焊接，使紫铜层与碳钢基板的主体部分牢固连接，形成紫铜碳钢复合板；标记紫铜层与碳钢基板之间未贴合的边缘部分；

步骤二、从碳钢基板表面中心处150mm×150mm的范围，挖至碳钢基板面以下1.0mm至1.5mm形成坡口，打磨抛光至待焊坡口露出金属光泽并圆滑过渡；用丙酮液对待焊坡口擦洗干净；

步骤三、在电阻炉出口处安装焊接台；

步骤四、将紫铜碳钢复合板放入电阻炉内预热处理，使紫铜碳钢复合板温度达到350℃，然后将紫铜碳钢复合板直接从电阻炉移至焊接台；保持碳钢基板在下，紫铜层在上，在紫铜层上覆盖石棉，同时采用焊炬对待焊坡口加热，使待焊坡口温度不低于预热温度；

步骤五、采用氩气或者氦气作气体保护，对待焊坡口进行氩弧焊，每一段焊缝接头处回焊一小段，然后再沿焊接方向施焊，保证焊缝接头处连接牢固；焊接收弧时停顿一小段时间，对弧坑延时保护；

步骤六、焊接完成后，将焊接表面打磨抛光平整，然后对试板堆焊表面进行PT检测；

步骤七、用超声波探伤仪对堆焊区进行贴合率检验；

步骤八、对试板取样进行弯曲力学性能检验。

步骤一中采用的紫铜层由以重量份计0.002%Sn、0.002%As、0.1%Si、0.05%0、0.005%Zn、0.005%Fe、0.002%Ni、0.003%Pb、0.001%P、余量为Cu组成。

堆焊材料由以重量份计0.002%Sn、0.1%Si、0.002%As、0.005%Zn、0.01%Fe、0.002%Ni、0.003%Pb、余量为Cu组成。

步骤五中保护气体采用Ar气，Ar气纯度≥99.99%，体流量：12 L/min。

对焊缝焊接时正极接紫铜碳钢复合板、负极接钨极，焊接电流220A，电压18V，直流正接，钨棒端部磨成15°圆锥形。

待焊坡口和焊丝在施焊前用丙酮液擦洗干净。

紫铜层采用T1紫铜，碳钢基板采用Q345R碳钢板。

PT检测采用DPT-5检测剂。

对焊缝焊接时采用ERCu-1焊丝，直径为2.5mm。

将表面打磨抛光平整，然后对试板堆焊表面进行PT检测，检测剂型号DPT-5。检测结果如下：

钨极氩弧焊执行的一件试板，PT检测显象完全无焊接缺陷，表面成型美观，焊接质量较高。

用YUT-2600型超声波探伤仪对堆焊区进行贴合率检验，补焊区贴合率均为100%，都能达到标准要求。

对试板取样进行力学性能检验，试样侧弯弯曲后均合格，熔合线无缺陷存在。

检验结果表明，采用炉体整体加热和手工钨极氩弧焊焊接方法，使用ERCu-1焊丝，Ф2.5；焊接参数选用I=220~240A,U=16~20V，直流正接；保护气体：99.99%纯度的Ar气，气体流量：9~14 L/min，对T1紫铜/Q345R碳钢复合板缺陷修补是可行的，焊接收弧时要停顿对弧坑延时保护，

氩弧焊具有无飞溅，焊缝成型好，热量集中，热影响区小，焊缝熔合比小等优点，只要严格按照工艺参数执行，控制好焊接接头的衔接，控制好层间温度，就能得到优良的补焊质量，使复合板的贴合率达到100%。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种紫铜/碳钢复合板缺陷修复方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤一、通过爆炸焊接将紫铜层与碳钢基板焊接，使紫铜层与碳钢基板的主体部分牢固连接，形成紫铜/碳钢复合板；标记紫铜层与碳钢基板之间未贴合的边缘部分；

步骤二、将碳钢基板表面中心处150mm×150mm的范围内未与紫铜层贴合的碳钢基板，挖至碳钢基板面以下1.0mm至1.5mm形成坡口，打磨抛光至待焊坡口露出金属光泽并圆滑过渡；用丙酮液对待焊坡口擦洗干净；

步骤三、在电阻炉出口处安装焊接台；

步骤四、将紫铜/碳钢复合板放入电阻炉内预热处理，使紫铜/碳钢复合板温度达到300-400℃，然后将紫铜/碳钢复合板直接从电阻炉移至焊接台；保持碳钢基板在下，紫铜层在上，在紫铜层上覆盖石棉，同时采用焊炬对待焊坡口加热，使待焊坡口温度不低于预热温度；

步骤五、采用氩气或者氦气作气体保护，对待焊坡口进行氩弧焊，每一段焊缝接头处回焊一定距离，然后再沿焊接方向施焊，保证焊缝接头处连接牢固；焊接收弧时停顿一定时间，对弧坑延时保护；

步骤六、焊接完成后，将焊接表面打磨抛光平整，然后对试板堆焊表面进行PT检测；

步骤七、用超声波探伤仪对堆焊区进行贴合率检验；

步骤八、对试板取样进行弯曲力学性能检验。

2.根据权利要求1所述的一种紫铜/碳钢复合板缺陷修复方法，其特征是：步骤一中采用的紫铜层由以重量份计0.002%Sn、0.002%As、0.1%Si、0.05%0、0.005%Zn、0.005%Fe、0.002%Ni、0.003%Pb、0.001%P、余量为Cu组成。

3.根据权利要求1所述的一种紫铜/碳钢复合板缺陷修复方法，其特征是：堆焊材料由以重量份计0.002%Sn、0.1%Si、0.002%As、0.005%Zn、0.01%Fe、0.002%Ni、0.003%Pb、余量为Cu组成。

4.根据权利要求1所述的一种紫铜/碳钢复合板缺陷修复方法，其特征是：步骤五中保护气体采用Ar气，Ar气纯度≥99.99%，气体流量：9L/min至14 L/min。

5.根据权利要求1所述的一种紫铜/碳钢复合板缺陷修复方法，其特征是：对焊缝焊接时正极接紫铜/碳钢复合板、负极接钨极，焊接电流220A至240A，电压16V至20V，直流正接，钨棒端部磨成15°至25°圆锥形。

6.根据权利要求1所述的一种紫铜/碳钢复合板缺陷修复方法，其特征是：所述的待焊坡口和焊丝在施焊前用丙酮液擦洗干净。

7.根据权利要求1所述的一种紫铜/碳钢复合板缺陷修复方法，其特征是：所述的紫铜层采用T1紫铜，碳钢基板采用Q345R碳钢板。

8.根据权利要求1所述的一种紫铜/碳钢复合板缺陷修复方法，其特征是：所述的PT检测采用DPT-5检测剂。

9.根据权利要求5所述的一种紫铜/碳钢复合板缺陷修复方法，其特征是：对焊缝焊接时采用ERCu-1焊丝，直径为2.5mm。