焊接工藝對bfe10-1-1白銅焊縫組織和性能的影響

焊接工藝對bfe10-1-1白銅焊縫組織和性能的影響

白銅是指以銅為主要合金元素的銅和黃金。銅和銅由銅和銅組成的二次氧化物稱為普通銅。在此基礎上，添加了鐵、鋅、鋁、錳等元素，稱為鐵、鋅、鋁、錳等。在海洋、有機質、各種鹽溶液等侵蝕手段中，白銅具有高度的化學穩(wěn)定性。例如，軍艦巡洋艦探測器、熱交換器和其他耐腐蝕性零件，如黃色銅（含南宋30%）和黃色銅（含南宋10%）。它不僅可以防止脫屑和腐蝕，而且在溫度和強度范圍上都進一步提高。在p30的能承受污染和海上腐蝕方面，適用的溫度可達到400c。在b10中添加0.75%的鐵，耐腐蝕性可達到ab0，但可以節(jié)省白銀。b.芬10-1-1銅和銅的焊接能力現(xiàn)在有很多研究。焊接過程中的一些問題包括空氣、熱斷裂、滲透斷裂、中溫脆等。然而，到目前為止，很少有研究關于銅和銅材料的焊接。在這項工作中，通過工藝試驗和實際焊接，詳細分析了bf10-1-1白銅的焊接和焊接工藝，為該材料的工程應用提供了更多的參考。1試驗方法和設備試驗中采用的試驗用母材為德國KME公司生產(chǎn)的?340mm×16mm、?220mm×11mm、?60mm×4.5mmBFe10-1-1管材,其化學成分和力學性能分別見表1和表2.試驗用焊接設備采用美國林肯公司生產(chǎn)的SQUAREWAVETIG355交直流兩用鎢極氬弧焊機,ZX5-400可控硅弧焊整流電源.焊縫填充材料選用美國INCO公司生產(chǎn)的MONEL187(相當于AWSA5.6ECuNi)焊條和MONEL67(相當于AWSA5.7ERCuNi)焊絲.試驗中,采用不同的焊接規(guī)范對鐵白銅管材進行焊接,焊接接頭選用對接接頭形式.焊后對管材接頭進行力學性能試驗和射線探傷.并對其焊縫和焊接熱影響區(qū)組織進行金相分析.通過這些分析對焊接工藝的合理性進行研究,并探討防止焊接接頭出現(xiàn)焊接缺陷的有效方法.2試驗結果及分析2.1坡口焊接工藝參數(shù)的確定BFe10-1-1白銅具有良好的綜合力學性能,其導熱性接近于低碳鋼而比較容易焊接,在焊接時也不需要預熱.與低碳鋼不同的是,BFe10-1-1白銅在焊接過程中無明顯的相變過程,線脹系數(shù)比低碳鋼高約50%,焊接時會產(chǎn)生較大的應力和變形.其熔點比低碳鋼低200～300℃,對硫、磷雜質很敏感,易形成熱裂紋;同時,由于鐵白銅中含有較多的鎳,鎳能急劇提高氫在銅中的溶解度,所以在焊接時,鐵白銅焊縫會對氫氣孔很敏感.根據(jù)這種情況,在焊接鐵白銅管件時,所采用的焊接規(guī)范參數(shù)要進行篩選.坡口的尺寸參數(shù)也和焊接鋼件時有一定區(qū)別.試驗中,采用手工鎢極氬弧焊內填絲單面焊雙面成形工藝焊接根部打底焊縫.內填絲鎢極氬弧焊焊接過程中,利用電弧將間隙處的坡口兩側鈍邊熔化,通過間隙把焊絲送至坡口鈍邊熔化部位填絲形成熔池,利用液態(tài)熔池金屬的表面張力在坡口內表面形成焊縫.這種打底焊方式可以防止由于熔化金屬自身重力造成的根部打底焊縫的內表面凹陷問題.根部打底焊縫焊好以后,再采用手工鎢極氬弧焊填絲的方法將填充焊縫焊接至6mm左右,余下焊縫采用焊條電弧焊焊滿(或全部采用鎢極氬弧焊填滿).焊接過程中,所采用的焊接工藝參數(shù)見表3.試驗中發(fā)現(xiàn),鐵白銅管對接接頭焊縫中最容易產(chǎn)生的缺陷就是氣孔,為防止焊縫中產(chǎn)生氣孔,一次焊縫厚度不宜超過3mm,焊接電弧應盡可能短.在焊接下一焊道之前必須將前一焊道表面的飛濺、氧化膜、焊渣及其他影響焊接質量的雜質用鋁基砂輪清理至表面露出金屬光澤.焊接鐵白銅時,為保證手工鎢極氬弧焊內填絲單面焊雙面成形焊接工藝要求,需要考慮手工鎢極氬弧焊填絲和焊條電弧焊的焊接可達性問題.通過大量的試驗,最終確定了坡口的形狀和尺寸.選定α為75°,鈍邊高度e為1.5mm,對接間隙c為3mm.如圖1所示.選定的α比較大的原因主要是由于銅鎳合金焊條熔化金屬的浸潤性較差,比較大的坡口角度可以改善成型,同時對防止氣孔有利.而對接間隙較大的原因則主要是為了使填絲更容易.當管壁厚度變化不大時,坡口的尺寸可以不變,只要滿足打底焊縫的要求即可.2.2拉伸試驗和彎曲試驗將無損檢驗合格的?340mm×16mm鐵白銅管對接接頭解剖,按JB4708-2000的要求分別加工拉伸試樣和彎曲試樣,然后分別進行拉伸試驗和彎曲試驗.試驗發(fā)現(xiàn)焊接接頭的抗拉強度為325MPa,試件斷于母材.并進行了試件的側彎試驗,試驗參數(shù)D=2t,α=180°,試件表面完好,沒有出現(xiàn)開裂現(xiàn)象.2.3金相組織與熔合線處的組織BFe10-1-1白銅母材的金相組織如圖2所示,由圖中可見母材組織為單一的α相,與普通白銅組織十分相似.圖3是焊縫中心處的金相組織,可見在焊縫中仍然是單相的α相組織,但柱狀晶的形態(tài)很明顯.圖4是焊接熔合線處的組織,圖中右下方為焊縫,左上方為母材.由圖中可見,雖然此處焊縫也為柱狀晶組織,但熔合線附近的柱狀晶明顯不如焊縫中心粗大.且由于打底焊縫往往不是連續(xù)焊,柱狀晶的方向也不是完全一致.2.4鐵白銅焊接試驗過程中發(fā)現(xiàn),由于鐵白銅的熔點低,焊縫結晶凝固過程進行得特別快,氫常常不易析出,熔池中容易形成氫氣孔.根據(jù)有關資料介紹,銅合金在焊接高溫下,其熔池吸氫量為熔點溶解度的3.7倍,而對鐵來說,則只是1.4倍.即使不考慮銅的強導熱性能的影響,高溫熔池中所吸收的氫在冷卻過程中也不易析出,而造成過飽和狀態(tài),并容易形成氫氣孔.而且銅鎳合金中的鎳急劇提高氫在固態(tài)銅中的溶解度,因此焊接白銅時,焊縫對氫氣孔往往更敏感.研究表明,當采用焊條電弧焊方法時,焊縫中更容易出現(xiàn)氣孔,因此對焊條的烘干要求要比焊接鋼鐵試件時更高.另外,由于鐵白銅的屈服強度比較低、線膨脹系數(shù)又比低碳鋼約大50%左右,焊接時很容易產(chǎn)生橫向收縮變形,使得焊接過程中裝配間隙變小,甚至收縮到零.所以,在管對接接頭進行裝配時,要保證合適的裝配間隙.當兩種不同成分的鐵白銅間進行焊接時,例如BFe10-1-1管件和BFe30-1-1法蘭之間進行焊接時,由于BFe30-1-1比BFe10-1-1熔點高,較難熔化,故在焊接焊條電弧焊第一層填充焊縫時,會產(chǎn)生電弧向BFe30-1-1一側偏吹的現(xiàn)象,這時,需采用?2.4mm焊條直接分道焊接或采用鎢極氬弧焊填絲焊接,可減輕電弧偏吹現(xiàn)象.3試驗法.焊縫1)BFe10-1-1白銅的焊接性與普通白銅基本相同.采用蒙乃爾系列的焊絲和焊條可以獲得滿足