CN108453350A - 一种铜和钢的焊接方法 - Google Patents

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史杰
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程康康
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Abstract

本发明公开了一种铜和钢的焊接方法，具体步骤如下：首先，将铜和钢金属母材表面的氧化膜和油污清理使表面呈金属光泽，之后将铜侧坡口精确加工至单边为40°且表面粗糙度Ra为0.8μm～1.0μm；之后将铜和钢母材放入箱式炉进行加热；之后再将铜和钢母材用钨极氩弧焊填S201紫铜焊丝点焊固定，以熔‑钎焊方式连接铜和钢，且在焊接时，将电弧偏移至铜侧母材，保证铜侧熔化；最后，用钢丝刷将焊接接头清理至呈金属光泽，即焊接完成。该方法在焊接过程中电弧偏向铜侧，保证钢侧不熔，形成熔‑钎焊焊接接头，避免熔化的铜过度渗入钢侧形成渗透裂纹，从而减少了热影响区的高温作用时间，提高了焊接接头的塑韧性。

Description

一种铜和钢的焊接方法
技术领域
本发明属于金属材料焊接工艺技术领域，具体涉及一种铜和钢的焊接方法。
背景技术
铜-钢接头由于具有较高的强度、导热系数、导电性和较低的成本等优点，因而被广泛的用于生产中。但是，由于铜和钢材料之间的不匹配使其难进行异种焊接，其原因是，铜的导热率比普通碳钢大 7-11倍，且厚度越大，散热越严重，也越难达到熔化温度。铜熔化时，其表面张力比铁小1/3，流动性比铁大1-1.5倍，若采用大电流的强规范焊接，焊缝成型难以控制，焊缝质量难以保证。
在传统的电弧焊接中，基体金属作为电弧的电极，直接吸收电弧热并大面积熔化。而铜和钢在焊接过程中，具有以下的缺点：第一，基体的过度熔化会导致铁与铜的完全混合和扩散，致使界面的铜含量的增加，此外，铜作为基体金属，具有高的热膨胀系数，电弧直接加热基体聚集电弧能量，从而使应力产生并集中于界面处；第二，液态铜或铜合金有可能向其所接触的近缝区的钢表面内部渗透并不断向微观裂口浸润深入，在晶界形成低熔共晶体，从而产生热裂纹，钢侧热影响区则由于铜的渗入易产生渗透裂纹，形成“渗透裂纹”；第三，由于铜与钢之间会形成低熔点共晶，且其线膨胀系数相差较大，焊缝容易产生热裂纹和晶界偏析(即低熔点共晶合金或是铜的偏析)，因而在较大焊接应力作用下，呈现出宏观裂纹；第四，由于铜-钢之间熔化温度和热导率之间的差别，使其形成非对称的温度场，在焊接热循环作用下，接头中晶粒严重长大，杂质和合金元素掺入焊缝，容易形成各种脆性的低熔点共晶体或脆性相，使接头的塑性、韧性、导电性、耐蚀性等显著下降。因此，设计一种铜和钢的焊接方法尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种铜和钢的焊接方法，提高了焊缝的稳定性。
本发明所采用的技术方案是，一种铜和钢的焊接方法，具体步骤如下：
步骤1，将铜和钢金属母材表面的氧化膜和油污清理使表面呈金属光泽，之后将铜侧坡口精确加工至单边为40°且表面粗糙度Ra为 0.8μm～1.0μm；
步骤2，经步骤1后，将铜和钢金属母材放入箱式炉进行加热；
步骤3，经步骤2后，将铜和钢金属母材用钨极氩弧焊填S201 紫铜焊丝点焊固定，以熔-钎焊方式连接铜和钢，且在焊接时，将电弧偏移至铜侧母材，保证铜侧熔化；
步骤4，经步骤3后，用钢丝刷将焊接接头清理至呈金属光泽，即焊接完成。
本发明的特点还在于，
步骤2中，加热温度为400℃～500℃，加热时间为30min～45min。
步骤3中，焊接工艺参数：电流为140A～160A，电压为8V～10V，保护气体为He～Ar混合气体，气体流量为15L/min；He～Ar混合气体中He和Ar的体积比为8：2。
步骤3中，电弧偏移度数为10°～25°。
本发明的有益效果是，采用He～Ar混合高能保护气体进行焊接，有效的抑制氧与铜结合，从而抑制了铜界面处氧化物颗粒的形成，防止裂纹的生成，保证了焊缝质量，提高了焊缝的稳定性。
附图说明
图1是本发明一种铜和钢的焊接方法的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种铜和钢的焊接方法，如图1所示，具体步骤如下：
步骤1，将铜和钢金属母材表面的氧化膜和油污清理使表面呈金属光泽，之后将铜侧坡口精确加工至单边为40°且表面粗糙度Ra为 0.8μm～1.0μm；
步骤2，经步骤1后，将铜和钢金属母材放入箱式炉进行加热；
加热温度为400℃～500℃，加热时间为30min～45min；
步骤3，经步骤2后，将铜和钢金属母材用钨极氩弧焊(TIG) 填S201紫铜焊丝点焊固定，以熔-钎焊方式连接铜和钢，且在焊接时，将电弧偏移至铜侧母材，保证铜侧熔化；
其中，焊接工艺参数：电流为140A～160A，电压为8V～10V，保护气体为He～Ar混合气体，气体流量为15L/min；混合气体中He和Ar的体积比为8：2；
焊机的型号为YC-400TX；
电弧偏移度数为10°～25°；
步骤4，经步骤3后，用钢丝刷将焊接接头清理至呈金属光泽，即焊接完成。
实施例1
一种铜和钢的焊接方法，具体步骤如下：
步骤1，将300mm×150mm×5mm的T2-Y铜板与Q345钢板表面的氧化膜和油污清理使表面呈金属光泽，之后将铜侧坡口精确加工至单边40°且表面粗糙度Ra为0.8μm；
步骤2，将步骤1中的T2-Y铜板与Q345钢板母材放入箱式炉进行加热，加热温度为400℃，加热时间为30min；
步骤3，经步骤2后，将T2-Y铜板与Q345钢板母材用钨极氩弧焊(TIG)填S201紫铜焊丝点焊固定后，进行焊接，焊接时电弧偏移至铜母材侧10°，保证铜侧熔化；
焊接工艺参数：电流为140A，电压为8V，保护气体为He～Ar 混合气体，气体流量为15L/min；混合气体中He和Ar的体积比为8： 2；
步骤4，经步骤3后，用钢丝刷将焊接接头表面清理至呈金属光泽，即焊接完成。
实施例2
一种铜和钢的焊接方法，具体步骤如下：
步骤1，将300mm×150mm×5mm的T2-Y铜板与Q345钢板表面的氧化膜和油污清理使表面呈金属光泽，之后将铜侧坡口精确加工至单边为40°且表面粗糙度Ra为0.9μm；
步骤2，将步骤1的铜和钢母材放入箱式炉进行加热，加热温度为450℃，加热时间为35min；
步骤3，经步骤2后，将T2-Y铜板与Q345钢板母材用钨极氩弧焊(TIG)填S201紫铜焊丝点焊固定后，进行焊接，焊接时电弧偏移至铜母材侧15°，保证铜侧熔化；
焊接工艺参数：电流为148A，电压为9V，保护气体为He～Ar 混合气体，气体流量为15L/min；混合气体中He和Ar的体积比为8： 2；
步骤4，经步骤3后，用钢丝刷将焊接接头表面清理至呈金属光泽，即焊接完成。
实施例3
一种铜和钢的焊接方法，具体步骤如下：
步骤1，将300mm×150mm×5mm的T2-Y铜板与Q345钢板表面的氧化膜和油污清理使表面呈金属光泽，之后将铜侧坡口精确加工至单边为40°且表面粗糙度Ra为1.0μm；
步骤2，将步骤1的T2-Y铜板与Q345钢板母材放入箱式炉进行加热，加热温度为500℃，加热时间为30min；
步骤3，经步骤2后，将T2-Y铜板与Q345钢板母材用钨极氩弧焊(TIG)填S201紫铜焊丝点焊固定后，进行焊接，焊接时电弧偏移至铜母材侧20°，保证铜侧熔化；
焊接工艺参数：电流为155A，电压为9V，保护气体为He～Ar 混合气体，气体流量为20L/min；混合气体中He和Ar的体积比为8： 2；
步骤4，经步骤3后，用钢丝刷将焊接接头表面清理至呈金属光泽，即焊接完成。
实施例4
一种铜和钢的焊接方法，具体步骤如下：
步骤1，将300mm×150mm×5mm的T2-Y铜板与Q345钢板表面的氧化膜和油污清理使表面呈金属光泽，之后将铜侧坡口精确加工至单边为40°且表面粗糙度Ra为1.0μm；
步骤2，将步骤1的T2-Y铜板与Q345钢板母材放入箱式炉进行加热，加热温度为450℃，加热时间为45min；
步骤3，经步骤2后，将T2-Y铜板与Q345钢板母材用钨极氩弧焊(TIG)填S201紫铜焊丝点焊固定后，进行焊接，焊接时电弧偏移至铜母材侧25°，保证铜侧熔化；
焊接工艺参数：电流为160AA，电压为10V，保护气体为He～Ar 混合气体，气体流量为20L/min；混合气体中He和Ar的体积比为8： 2；
步骤4，经步骤3后，用钢丝刷将焊接接头表面清理至呈金属光泽，即焊接完成。
实施例5
一种铜和钢的焊接方法，具体步骤如下：
步骤1，将300mm×150mm×5mm的T2-Y铜板与Q345钢板表面的氧化膜和油污清理使表面呈金属光泽，之后将铜侧坡口精确加工至单边为40°且表面粗糙度Ra为1.0μm；
步骤2，将步骤1中的T2-Y铜板与Q345钢板母材放入箱式炉进行加热，加热温度为450℃，加热时间为35min；
步骤3，经步骤2后，将铜和钢母材用钨极氩弧焊(TIG)填S201 紫铜焊丝点焊固定后，进行焊接，焊接时电弧偏移至铜母材侧20°，保证铜侧熔化；
焊接工艺参数：电流为150A，电压为9V，保护气体为He～Ar 混合气体，气体流量为18L/min；混合气体中He和Ar的体积比为8： 2；
步骤4，经步骤3后，用钢丝刷将焊接接头表面清理至呈金属光泽，经检测并无裂纹气孔等焊接缺陷。
本发明一种铜和钢的焊接方法，焊前采用氩弧焊点焊定位后，将铜与钢母材进行加热处理，焊接时采用He～Ar高能量保护气体集中线能量，可缩短高温在熔池停留时间，防止基体过度熔化使铜与钢的完全混合、扩散及界面处铜含量的增加，致使钢侧不断渗透渗入形成低熔点共晶而产生的热裂纹，同时，He～Ar混合高能保护气体还能抑制氧与铜结合，从而抑制了铜界面处氧化物颗粒的形成，防止裂纹的生成，保证了焊缝质量，提高了焊缝的稳定性。
本发明一种铜和钢的焊接方法，在焊接过程中电弧偏向铜侧，保证钢侧不熔，形成熔-钎焊焊接接头，避免熔化的铜过度渗入钢侧形成渗透裂纹，从而减少了热影响区的高温作用时间，提高了焊接接头的塑韧性。

Claims (5)

1.一种铜和钢的焊接方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，将铜和钢金属母材表面的氧化膜和油污清理使表面呈金属光泽，之后将铜侧坡口精确加工至单边为40°且表面粗糙度Ra为0.8μm～1.0μm；
步骤2，经步骤1后，将铜和钢金属母材放入箱式炉进行加热；
步骤3，经步骤2后，将铜和钢金属母材用钨极氩弧焊填S201紫铜焊丝点焊固定，以熔-钎焊方式连接铜和钢，且在焊接时，将电弧偏移至铜侧母材，保证铜侧熔化；
步骤4，经步骤3后，用钢丝刷将焊接接头清理至呈金属光泽，即焊接完成。
2.根据权利要求1所述的一种铜和钢的焊接方法，其特征在于，所述步骤2中，加热温度为400℃～500℃，加热时间为30min～45min。
3.根据权利要求1所述的一种铜和钢的焊接方法，其特征在于，所述步骤3中，焊接工艺参数：电流为140A～160A，电压为8V～10V，保护气体为He～Ar混合气体，气体流量为15L/min。
4.根据权利要求3所述的一种铜和钢的焊接方法，其特征在于，所述He～Ar混合气体中He和Ar的体积比为8：2。
5.根据权利要求1所述的一种铜和钢的焊接方法，其特征在于，所述步骤3中，电弧偏移度数为10°～25°。
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