[發(fā)明專利]一種用于紫銅厚大件不預(yù)熱焊接的焊絲及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010150689.8
• 申請(qǐng)日: 2010-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN101829860A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李一楠;劉雪松;閆久春;馬琳;于漢臣;李春峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K35/30
• 分類號(hào): B23K35/30;B23K35/40
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于紫銅厚大件焊接的焊絲及其制備方法。

背景技術(shù)

銅及銅合金廣泛地應(yīng)用在電力、石油、化工、機(jī)械、國防等部門，它的用途僅次于鋼鐵和鋁。由于紫銅導(dǎo)熱系數(shù)很高，為391W/mK，是鋁的1.5倍，焊接過程中熱量迅速從焊接區(qū)散出。采用普通焊接方法及焊接材料對(duì)紫銅厚板(厚度大于10mm)進(jìn)行焊接時(shí)，不但熔池形成困難，而且在焊縫冷卻結(jié)晶過程中易出現(xiàn)熱裂紋。焊接熱裂紋的成因主要是弧焊時(shí)母材的氧化和空氣中的氧氣被電弧電離，氧元素不可避免地進(jìn)入到焊接熔池中，在凝固過程中，在晶界處會(huì)形成由Cu₂O與Cu組成的液態(tài)薄膜，當(dāng)凝固進(jìn)行到脆性溫度區(qū)間時(shí)，液態(tài)薄膜在收縮應(yīng)力的作用下被撕裂，最終形成熱裂紋。收縮應(yīng)力與液態(tài)薄膜是形成紫銅焊接熱裂紋的兩個(gè)主要因素。

目前，針對(duì)紫銅焊接的銅焊材有以下幾種：1、銅磷系釬焊焊絲?釬焊時(shí)，主要采用的焊材是銅磷銀釬料及銅錳硅釬料，銅磷銀釬料由于含磷，釬焊接頭硬度高，沖擊韌性較差。銅錳硅釬料主要應(yīng)用于紫銅結(jié)構(gòu)件的補(bǔ)焊工作，且需要與釬劑配合使用。

2、HS201銅合金焊絲?針對(duì)紫銅熔化焊接應(yīng)用最廣泛的一種焊材，普遍應(yīng)用于氣焊、焊條電弧焊、TIG焊及MIG焊中，其中氣焊時(shí)，一般采用HS201與CJ301釬劑配合使用。HS201中含有0.3%Mn和0.3%Si，目的是抑制銅的氧化。但是從實(shí)際焊接效果來看，控制熱裂紋的效果并不理想。因此工程實(shí)際通過預(yù)熱減少收縮應(yīng)力來控制熱裂紋，一方面預(yù)熱雖然一定程度上減少了收縮應(yīng)力，但是另一方面，預(yù)熱增大的母材的氧化，從而提高了焊縫的熱裂傾向。HS201中現(xiàn)有的錳硅元素?zé)o法完全抑制焊縫的氧化，因此，采用HS201進(jìn)行焊接時(shí)，熱裂紋無法避免。

3、銅鈦復(fù)合焊絲?專利申請(qǐng)?zhí)枮?00510010163.9的名稱為《一種用于不需預(yù)熱焊接紫銅厚板的復(fù)合焊絲及其焊接方法》的專利，介紹了可以用于紫銅氮?dú)獗Ｗo(hù)TIG焊的焊接。這種焊絲以HS201焊絲為芯，Ti6Al4V合金為皮復(fù)合制成進(jìn)行焊接。添加Ti6Al4V合金皮的目的是增大焊材對(duì)熔池金屬脫氮能力，從而消除焊接氣孔，但是仍存在如下問題：由于Ti6Al4V熔點(diǎn)高，在熔池中熔化慢，使得熔池流動(dòng)性差，焊后焊縫金屬成分不均勻，夾雜多，硬度高，脆性大，沖擊韌性差。此外，HS201本身還有Sn、Si元素，在熔池中與Ti和Cu元素結(jié)合生成CuTiSn三元金屬間化合物及TiSi二元金屬間化合物，硬化了焊縫金屬，提高脆性，降低韌性。

4、銅鈦合金焊絲?應(yīng)用于紫銅的N₂保護(hù)TIG焊。在焊材中添加Ti主要是為了抑制焊縫中的氮?dú)饪祝佉訲iN的形式存在焊縫中。使用這種方法，雖然抑制了氮?dú)饪椎某霈F(xiàn)，但是TiN的存在改變了焊縫金屬的微觀組織，對(duì)焊縫金屬的性能產(chǎn)生一定不良影響。

5、銅鎳合金焊絲?用于厚壁紫銅管單面焊雙面成型的銅鎳合金焊絲可以實(shí)現(xiàn)紫銅結(jié)構(gòu)件的焊接。焊接厚度最大可以達(dá)到30mm。焊絲中Ni、Mn、Si的添加提高液態(tài)金屬的表面張力，改善熔池流動(dòng)性，焊縫成型好，無熱裂紋，強(qiáng)度高，塑性好。但是另一方面，由于焊材中鎳含量達(dá)到27%，焊后銅鎳合金焊縫金屬的導(dǎo)電率與HS201焊縫金屬的導(dǎo)電率相比下降了10倍，且原料成本提高3倍以上，從而大大限制了這種焊材的使用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)大尺寸紫銅構(gòu)件在進(jìn)行熔化焊焊接時(shí)，焊接熱裂紋嚴(yán)重的問題，本發(fā)明提供了一種用于紫銅厚大件不預(yù)熱焊接的焊絲及其制備方法。

本發(fā)明一種用于紫銅厚大件不預(yù)熱焊接的焊絲按重量百分比由1%～4%的Ti、1%～4%的Ni、0.2%的稀土元素、0.2%的Mn和余量的Cu制成，其中Ni的質(zhì)量不超過Ti的質(zhì)量。

本發(fā)明中稀土元素為L(zhǎng)a、Ce或Y中的一種或者其中幾種的組合，當(dāng)為幾種的組合時(shí)，按任意比混合。