[发明专利]一种铜/钢异种焊接的焊丝及其制备方法、铜/钢异种焊接的方法

说明书

本发明涉及铜/钢异种焊接技术领域，尤其涉及一种铜/钢异种焊接的焊丝及其制备方法、铜/钢异种焊接的方法。本发明提供了一种铜/钢异种焊接的焊丝，按质量百分比计，包括5～25％的α‑Fe、0.1％的不可避免的杂质和铜基体。本发明所述的焊丝中含有铜铁两种元素，有利于焊接过程中铜铁两相的混合，生成互溶区，极大的增加了可焊性，并且减小了焊缝的宽度，有效的克服了裂纹倾向，保证焊缝具有较高的抗裂性能。

技术领域

本发明涉及铜/钢异种焊接技术领域，尤其涉及一种铜/钢异种焊接的焊丝及其制备方法、铜/钢异种焊接的方法。

背景技术

众所周知，铜/钢异种金属的复合结构件兼具组成双金属的优点，可使铜合金的良好导电率及导热率与钢的高韧性、高强度、高硬度和耐磨性结合起来，实现在性能与经济上的优势互补，满足工业实际中一些特殊结构件性能要求的同时能够降低成本。铜/钢异种金属的复合结构件在航空航天、石油化工、电站锅炉、核动力和机械等许多领域具有广泛的应用。随着铜/钢异种金属复合结构件应用领域的不断拓展，作为制备铜/钢异种金属复合结构件的主要焊接工艺得到了人们的重视。

由于铜与钢的物理、化学性能的巨大差异导致铜/钢异种金属焊接容易出现裂纹、气孔等焊接缺陷。因此，合适的焊接是保证铜/钢异种金属焊接获得良好的焊缝成形以及优良的接头性能的关键。

现有的铜/钢焊接方法中，常见的焊丝包括纯铜、CuSi₃、不锈钢和镍基焊丝等。但是由于铜和钢的物理、化学性能具有较大差异，铜和铁极难互溶，使用单一成分的焊丝不易使两相混合，而新增加的元素也有可能生成金属间化合物相，影响焊缝的强度。因此，铜/钢异种焊接时容易出现裂纹和气孔等焊接缺陷。

对于铜/钢的异种金属焊接，Cu-Fe合金是一种理想的焊丝。其包含Cu元素和Fe元素，有利于焊接过程中铜铁两相的混合，生成互溶区，提高铜/钢的可焊性。同时有利克服裂纹倾向，保证焊缝具有较高的抗裂纹性能。但所述Cu-Fe合金在液相线以下存在一个亚稳的液态难混溶区，常规凝固过程中铜铁易发生液相分离，即由一种液相转变成成分不同的两种液相。当相分离行为发生后，两种液相彼此间不互溶且存在密度和界面能之间的差异，在后续凝固过程中容易发生严重的空间相分离现象或大部分成分偏析行为，而该元素偏析行为会严重影响材料的力学性能和塑性加工性能。

因此，如何制备高品质的铜铁合金焊丝，并且保证焊缝具有较高的抗裂纹性能是人们至今为止难以克服的一个难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜/钢异种焊接的焊丝及其制备方法、铜/钢异种焊接的方法，所述焊丝可以保证焊缝具有较高的抗裂纹性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种铜/钢异种焊接的焊丝，按质量百分比计，包括5～25％的α-Fe、0.1％的不可避免的杂质以及余量的铜基体。

优选的，所述铜基体为面心立方结构。

本发明还提供了上述技术方案所述的焊丝的制备方法，包括以下步骤：

按照焊丝中元素的质量配比进行熔炼和浇铸，得到铜铁合金；

将所述铜铁合金依次进行均匀化处理、热挤压变形预处理、冷拉拔变形处理和退火处理，得到所述焊丝。

优选的，所述熔炼的过程包括以下步骤：

将铜熔化并在1250～1300℃的温度下保温10～15min后，加入纯铁，进行熔炼；

所述熔炼的温度为1400～1550℃，保温时间为45～50min。

优选的，所述浇铸采用的铸模为铸铁铸模或石墨铸模；

进行所述浇铸前还包括对所述铸模进行预热，所述预热的温度为400～500℃。