低磁钢与纯铜的焊接工艺研究

2015-04-23沈小治

金属加工(热加工) 2015年22期

沈小治

1. 概述

近年来，由于工业生产技术的迅速发展，使不锈钢、低磁钢等与铜及铜合金的焊接应用得到了日益广泛的发展。尤其低磁钢20Mn23AlV具有极低的磁导率和良好的力学性能及易加工性能，可以替代低磁奥氏体不锈钢及有色合金广泛用于变压器、磁选机及电动机等电器设备中不导磁部件的制造。

低磁钢20Mn23AlV与纯铜的焊接不仅充分发挥了材料各自的性能和作用，而且大大节省材料，降低成本。

2. 焊接特点

纯铜不仅具有良好的导电性、导热塑性，而且有一定的强度和良好的加工性能。

在铁-铜合金状态图中显示：铁与铜在液态时无限互溶，固态时有限互溶，不形成金属间化合物；当铁向铜扩散时，形成有限溶解的ε固溶体。铁与铜及铜合金的物理性能和力学性能相差极大。熔点、热导率、线膨胀系数、力学性能等都有很大的不同，这对焊接不利。但铁与铜在高温时的原子半径、晶体晶格类型、晶格常数以及原子的外层电子数等比较接近，这对原子间扩散、钢与铜及铜合金焊接来说，又是较为有利的因素。

3. 低磁钢与纯铜焊接存在的主要问题分析

（1）焊缝易产生热裂纹这与低熔共晶、晶界偏析以及铜与钢的线膨胀系数相差较大有关，在焊缝中出现晶界偏析，即低熔点共晶合金或是铜的偏析，因而焊接时，在较大的焊接应力作用下，呈现出宏观裂纹。

（2）热影响区产生铜的渗透裂纹铜与低磁钢焊接时对铜的渗透裂纹十分敏感。为防止渗透裂纹产生，首先要合理选择焊接工艺，选用小的焊接热输入；其次是选择合适的填充材料，控制易产生低熔共晶的元素（S、P、Cu2O、FeS、FeP），向焊缝中加入Al、Si、Mn、Ti、V、Mo、Ni等元素。

（3）焊接接头力学性能降低通常情况下，钢与铜的焊接对接头的要求不是很高。铜与碳素结构钢进行氩弧焊时，接头强度一般都能达到铜母材的强度，这与选择填充材料和焊接参数有关。

4. 低磁钢与铜的焊接

总结我公司多年生产制造经验，低磁板与铜板的接头形式为角接，焊接设备采用YD—630SS3HGE型直流气保焊机，焊接方式采用熔化极气体保护焊（MAG）。低磁板的化学成分及力学性能参如表1、表2所示。

（1）坡口制备根据低磁板与铜板对接形式为平角接（见图2），为解决铜板极难熔化需增大焊接面积，我公司采取在铜板上加工塞焊孔的方式予以解决塞焊孔加工尺寸如表3所示。

（2）焊接 ①焊接材料：采用f1.2mm的铝青铜焊丝（SCu6100），纯氩气保护（纯度99.99%）。②焊接方法：直流反接。③焊接设备：YD—630SS3HGE型直流气保焊机。④焊接参数如表4所示。

表1 20Mn23AlV的化学成分（质量分数）（%）

表2 20Mn23AlV的力学性能

表3 铜板塞焊孔加工尺寸

图1

（3）焊接工艺 ①塞焊引弧时应从孔中心钢板上开始，引弧要求在钢板上进行。②塞焊时要求尽量减小焊接电流，减慢焊接速度，以保证得到良好的外观成形。

（4）焊后打磨及检查 ①塞焊点及对接焊缝，焊后要求磨平。②所有焊缝打磨光滑，不允许有尖角、毛刺。③焊缝要求熔合良好，不允许存在贯穿性气孔、裂纹、焊渣。④焊缝焊角高度不低于板厚的0.6~0.7倍。

5. 低磁钢与纯铜一般焊接缺陷的防治

（1）焊接飞溅用常规的参数焊接时，飞溅很大焊缝与铜板不能很好地熔化在一起。把参数相应调大，焊枪偏向钢板一侧，加大了钢板的受热量，就能焊出了合格的焊缝。具体焊接参数如表4所示。

（2）焊接热裂纹 ①焊接时应特别注意因电流较大，铁在焊缝中占比例较大时很容易产生热裂纹，特别是在弧坑处易出现弧坑裂纹。主要原因是由于铁的过多熔入造成的，首先适当控制焊接参数和焊枪角度，达到控制铁过多熔入焊缝；其次在铜板上打孔进行塞焊时，经常是铜板很难熔化，采用将直孔改为阶梯状塞焊孔（见图2），这样问题也就解决了。焊后检测焊缝塞孔的抗拉强度和剪切强度都能达到要求。②如低磁钢与纯铜焊接后背面产生裂纹，我公司通常解决方法为：首先是对裂纹处彻底打磨清理；其次使用镍基合金焊条ENi—0（Ni112）小参数进行补焊填充；清理打磨后利用气压进行检漏。