[发明专利]一种用于紫铜厚大构件熔化焊的铜合金焊丝及其制备方法有效
申请号: | 201010205891.6 | 申请日: | 2010-06-22 |
公开(公告)号: | CN101850481A | 公开(公告)日: | 2010-10-06 |
发明(设计)人: | 李一楠;刘雪松;冷雪松;于汉臣;李春峰;闫久春 | 申请(专利权)人: | 哈尔滨工业大学 |
主分类号: | B23K35/30 | 分类号: | B23K35/30;C22C9/01;C22C1/03;C22F1/08;B21C1/02 |
代理公司: | 哈尔滨市松花江专利商标事务所 23109 | 代理人: | 韩末洙 |
地址: | 150001 黑龙*** | 国省代码: | 黑龙江;23 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 用于 紫铜 构件 熔化 铜合金 焊丝 及其 制备 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种用于紫铜厚大构件熔化焊的合金焊丝及其制备方法。
背景技术
采用普通焊接方法及焊接材料对紫铜厚板(厚度大于10mm)进行焊接时,不但熔池形成困难,而且在焊缝冷却结晶过程中易出现热裂纹。焊接热裂纹的成因主要是弧焊时母材的氧化和空气中的氧气被电弧电离,氧元素不可避免地进入到焊接熔池中,在凝固过程中,在晶界处会形成由Cu2O与Cu组成的液态薄膜,当凝固进行到脆性温度区间时,液态薄膜在收缩应力的作用下被撕裂,最终形成热裂纹。收缩应力与液态薄膜是形成紫铜焊接热裂纹的两个主要因素。
目前,针对紫铜熔化焊可适用的填充焊丝有以下几种:
(1)HS201铜合金焊丝
针对紫铜熔化焊接应用最广泛的一种焊材,普遍应用于气焊、焊条电弧焊、TIG焊及MIG焊中,其中气焊时,一般采用HS201与CJ301钎剂配合使用。HS201中含有0.3%Mn和0.3%Si,目的是减少Cu2O。但是从实际焊接效果来看,控制热裂纹的效果并不理想。因此工程实际通过预热减少收缩应力来控制热裂纹,一方面预热虽然一定程度上减少了收缩应力,但是另一方面,预热增大了母材的氧化倾向,从而提高了焊缝的热裂倾向。由于HS201中现有的锰硅元素无法完全避免焊缝金属的氧化,因此,采用HS201进行焊接时,如果焊缝金属存在拉应力,热裂纹无法避免。
(2)铜钛复合焊丝
此发明主要针对紫铜的氮气保护TIG焊接。所发明的焊丝以HS201焊丝为芯,在外面包有一层Ti6Al4V合金的外皮。所添加的Ti6Al4V合金的目的是增大焊材对熔池以及焊缝金属脱氮能力,从而消除焊接气孔,但是仍存在如下问题:由于Ti6Al4V熔点高,在熔池中熔化慢,使得熔池流动性差,焊后焊缝金属成分不均匀,夹杂多,硬度高,脆性大,冲击韧性差。此外,HS201本身还有Sn、Si元素,在熔池中与Ti和Cu元素结合生成CuTiSn三元金属间化合物及TiSi二元金属间化合物,焊缝金属脆性增加,韧性下降。此外,焊缝电阻率为1.7×10-7Ωm,为母材T3紫铜的9倍;焊缝金属热导率为106Wm/K,母材为391Wm/K,为焊缝金属的1/4倍。焊缝导电性与导热性不能兼顾。
(3)铜镍合金焊丝
铜镍合金焊丝是针对镍基合金焊接而发明的,也可以用于紫铜的焊接。焊接厚度最大可以达到30mm。焊丝中Ni、Mn、Si的添加提高液态金属的表面张力,改善熔池流动性,焊缝成型好,无热裂纹,强度高,塑性好。但是另一方面,由于焊材中镍含量达到27%,焊后铜镍合金焊缝金属的导电率与HS201焊缝金属的导电率相比下降了10倍,且原料成本提高3倍以上,从而大大限制了这种焊材的使用范围。
(4)铜铝合金焊丝
目前已有的铜铝合金焊丝主要是铝青铜焊丝,如S214和S215。这类焊丝主要用于铝青铜、黄铜的焊接以及镀铝钢材和灰口铸铁的堆焊,焊后焊缝金属强度较高。铝铜二元合金共晶点含铝量为8.3wt%,共晶温度为1036℃,其中s214中铝的含量为8.22wt%,位于铝铜二元相图中亚共晶相区;S215中铝含量为8.75wt%,位于过共晶相区。采用这两种焊丝对紫铜进行熔化焊时,焊接熔池凝固结晶过程中,在1036℃会形成(α+β)低熔共晶组织,增大了紫铜的热裂倾向;并且,随着冷却的进行,β相会在565℃是发生共析转变,生成(α+γ2)组织,这种组织的出现会使焊缝金属发脆,这种发脆的现象称为“缓冷脆性”,加剧了紫铜焊缝金属及接头的热裂倾向。此外,采用S214,、S215焊丝对紫铜进行焊接时,焊缝金属的电阻率分别为1.197×10-7Ωm和1.331×10-7Ωm,而紫铜电阻率为1.91×10-8Ωm,焊缝金属的电阻率达到了紫铜的7倍左右,大大降低了焊缝的导电性;焊缝金属的热导率分别为84.7Wm/K和71.2Wm/K,仅为母材的1/4~1/5倍。焊后使得紫铜构件的导电性和导热性严重下降。综上所述,虽然S214、S215作为一类适用于铝青铜、镀铝钢板及灰口铸铁焊接的焊材,并不适用于紫铜的焊接。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有紫铜厚大构件在熔化焊时,焊接热裂纹严重,导致焊接接头力学性能差,及采用现有合金焊丝时焊缝导电性及导热性差的问题,本发明提供了一种用于紫铜厚大构件熔化焊的铜合金焊丝及其制备方法。
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