铁白铜焊接工艺方法试验

程晓翀

摘 要：对铁白铜管材对接接头焊接工艺方法的试验研究，完成试验任务书的技术性能指标并编制“BFe10-1-1铁白铜管材焊接工艺规程”，为船舶焊接质量提供可靠的保证。

关键词：铁白铜；焊接性；焊接工艺规程

一、铁白铜焊接工艺试验焊接性分析

铁白铜的导热性在20℃时比碳钢大5～8倍，在1000℃时大11倍多，因此，热量能迅速传导出去，使母材难以熔化，填充金属与母材不能很好地熔合，并且容易产生未焊透的现象。铁白铜不但导热快，使接头受热面积大，而且线膨胀系数也大，液态凝固时收缩率也大，因此焊接时易产生变形，对于刚性大的工件还将产生大的应力，甚至会引起热裂纹或应力腐蚀开裂。铁白铜处于液态时能溶解大量的氢气，在凝固和冷却过程中溶解度大大减少，当焊缝金属冷却时，过剩的氢来不及析出，就会形成气孔。另外，铁白铜在高温时，也强烈吸收O2和CO，氧在铁白铜中存在的形式是Cu2O，在焊缝开始结晶时，它与H2、CO反应，使其还原生成不溶解于铁白铜的水蒸气和二氧化碳气体，当焊缝金属冷却时为能全部逸出，也会形成气孔。所以，防止气孔的重要途径是减少氢、氧的来源和脱氧，而预热缓冷有利于防止气孔的产生。焊接铁白铜时，焊缝金属容易形成粗大的树枝状结晶，同时焊缝金属中的合金元素或杂质在晶界上偏析，以及Cu2O与Cu形成低熔点共晶分布在晶界上，严重地削弱了铜在高温时的晶间结合力，在较大的焊接收缩应力作用下，易在焊缝及热影响区产生热裂纹。

二、铁白铜焊接工艺方法筛选试验

根据试验筛选确定的焊接工艺方法，为保证通海系统铁白铜管道的焊接质量，从实现手工钨极氩弧焊内填丝单面焊双面成形焊接工艺要求（主要是装配间隙c和钝边e）的焊接可达性着手，考虑焊枪喷嘴口径、钨极伸出长度等因素，同时考虑焊接收缩量的影响及填充焊缝的手工钨极氩弧焊填丝和手工电弧焊的焊接可达性（主要是坡口面角度θ），分别采用由220 m～11 mm铁白铜管和340 mm×16 m铁白铜管进行了大量焊接试验，确定铁白铜管对接接头的坡口形式和尺寸。

1.坡口面角度θ试验

以V形坡口面角度θ=30°±5°为基础，考虑到焊枪喷嘴尺寸、

钨极伸出长度和铜镍合金焊条铁水浸润性较差，并考虑装配间隙c等因素，逐步将坡口面角度增大到θ=35°并最终确定为θ=37.5°。

2.钝边e试验

e值比较小时（例如e=0±0.5mm），坡口两侧钝边与用来焊接定位焊缝的定位块接触面积比较小，铁白铜屈服强度比较低，会导致钝边被接头横向收缩应力挤压变形，使得接头装配间隙C横向收缩而变得更小，钨极氩弧焊内填丝单面焊双面成形工艺无法实现；所以，为了保证接头装配间隙，保证实现根部焊缝钨极氩弧焊内填丝单面焊双面成形，我们以e=0±0.5 mm为基础，将钝边逐步增大到e=1±0.5 mm，再增大到e=1.5±0.5 mm最终确定为e=

1.5-0.5+0.2 mm。

3.装配间隙c试验

根据焊丝直径为Φ=1.6 mm，以钨极氩弧焊内填丝单面焊双面

成形焊接工艺所需要的装配间隙为基础，经试验，将c值定为3-0.5 mm。铁白铜管对接接头装配时，由于其屈服强度比较低、线膨胀系数又比低碳钢约大50%左右，焊接时很容易产生横向收缩变形，使得装配间隙变小，甚至变为0。所以，在管对接接头进行装配时，为保证根部打底焊缝的焊接质量，保证在焊接打底焊缝时的装配间隙c值在规定的范围内，需借助定位块来焊接定位焊缝。

上述坡口尺寸要素是保证铁白铜管对接接头钨极氩弧焊内填丝单面捍双面成型打底焊缝焊接质量的基本条件。

铁白铜管采用手工钨极氩弧焊焊接时，所采用的焊接工艺参数与奥氏体不锈钢、低碳钢及低合会钢有许多不同；同时，对于不同规格的铁白铜管材，其手工钨极氩弧焊的焊接工艺参数也有所不同。

（1）预热及道间温度：铁白铜管进行钨极氩弧焊打底焊和填充焊时，都不需预热；焊接时为防止焊缝表面氧化、防止焊缝出现气孔，保证焊缝性能，需控制道间温度在120℃以下。

（2）焊接电流：铁白铜管进行钨极氩弧焊打底焊和填充焊时，所需的焊接电流都要比同规格的奥氏体不锈钢管大一倍左右，对不同规格的铁白铜管材，由于工件规格不同，散热快慢不同，所需焊接电流也相差很大。

（3）氩气流量及纯度：为了保证单面焊双面成型打底焊缝和填充焊缝的表面质量和防止焊缝中产生气孔，根据试验结果确定钨极氩弧焊时采用的保护气体为高纯氩气（纯度≥99.999%）。

铁白铜管材焊接工艺试验确定的内填丝钨极氩弧焊单面焊双面成形工艺具有先进性和合理性，该工艺与手工电弧焊焊接工艺组合能够满足施工需求。

参考文献：

英若采.熔焊原理及金属材料焊接.机械工业出版社，1990.

（作者单位 辽宁省盘锦市北方工业学校）