紫铜与不锈钢(碳钢)管板焊接工艺试验四川空分 许丰淳 蒋吉华摘要 采用钨极氩弧焊焊接紫铜与不锈钢（或碳钢)的管板接头，进行了系列的焊接工艺试验，探索出与之相适应的焊接材，其工艺性能良好、操作方便、焊接质量稳定等特点。该工艺打破了娄似接头采用传统的铺锡钎焊方法，大大降低了工艺程难度、制造成本，缩短了生产周期、提高焊接接头的强度。关键词：管板钨极氩弧焊热裂纹强度实验的提出该试验主要是针对透平膨胀机供油装置上的冷却器紫铜-不锈钢(碳钢)管板接头在焊接中出现的问题而提出的。该类接头目前采用的是紫铜管与黄铜板材料，这样是为了便于采用锡钎焊：同时为了提高耐压值使用了胀接工艺，另外为了方便进行整体铺锡，还特意把黄铜板的管孔附近设计工艺槽。由于钎焊与胀接是互相矛盾的丁艺，胀接需冷收缩而铺锡要热膨胀，往往先胀接好的管口一经加热就出现松动现象，造成漏锡及接头强度降低，有些接头根本达不到使用要求，最后只得采取管口封死等措施，才能保证使用。据了解，目前低温机械公司生产的冷却器，基本上每台都有出现此类情况，造成冷却效率下降。即使采用这样复杂的工艺，接头的强度也还是比较低，大约只能承受2.5MPA左右，而油泵的最大供油压力为4.0MPA，这给装置的正常运行带来了隐患。最后一点就是采用整体铺锡钎焊方式，产品外观质量较差。因此，就迫切的要求找到一种既能提高接头的焊缝强度，又简便易于实现，同时又能降低成本的焊接工艺方法。根据多收集资料、了解专业信息，从分析钢与紫铜的焊接性能 入手笔，我们提出采用手工钨极氩弧焊工艺解决该接头强度及气密性 的问题。 二钢与紫铜的焊接性能分析1、钢与紫铜的焊接特点Fe与Cu的原子半径、点阵类型、晶格常数及外层电子数都比较接近，这对钢与紫铜之间的焊接比较有利。但是，钢与紫铜的熔化焊接还有一定的难度，主要如下：(1).钢与铜的物理性能不同，熔点及线膨胀系数差异大。紫铜的线膨胀系数大，在焊接过程中会产生较大的焊接应力。(2).铜的导热系数是钢的8倍多，熔池的冷却速度比钢要大得多，氢的扩散逸出和水的上浮条件更为恶劣，形成气空的敏感性增大。(3).在焊缝或近缝区易产生热裂纹，影响接头的强度及气密性，这是焊接工艺中重点要解决的问题。由于钢与紫铜中含有定量的杂质，如氧、硫、磷等。在焊接过程叫，这些杂质元素易形成各种低熔点的共晶体和脆性化合物而存于焊缝晶界处，严重削弱了金属在高温时的晶间结合力，是焊缝产生热裂纹的主要原因。此外，焊缝中的铁元素对热裂纹倾向的影响比较大。据有关资料介绍，当铁含量在1043时，焊缝具有最好的抗裂性能。因此，控制焊缝的熔合比是相当重要的环节。2.焊接要点(1)合理控制焊接热循环，改善焊接应力状态和消除氧化物、硫化物以及低熔点共晶体的有害作用。具体地的方法就是采用热量集中的焊接方法，即:手工钨极氩弧焊接。另外可采焊前预热的办法。(2).正确选择焊接材料，控制焊缝的化学成分，限制有害杂质的含量。(3)拧制焊缝熔介比，以保证铁在焊缝中的含量在1043之间，使焊缝具有良好的抗裂性能。(4)采用合理的接头型式，改善接头的工艺性能和抗裂性能。(5)严格进行焊接前期处理。三、实验方法、内容及接头性能1试验依据：参照CBl51附录C的要求进行。 2试验：采用不同的焊接材料及坡口型式进行实验 3检验内容：焊缝外观进行渗透检测(PT)、剖面进行金相宏观检测、强度及气密性试验。 强度及气密性试验：4各种试验方法及检测结果：(1)紫铜与不锈钢管板接头的焊接见下表：序号 焊接材料焊接规范参数表面渗透检测宏观金相强度及气密性试验备 注1H0Cr21Nil0焊接电流：I=80100A保护气体流量：Ar=10151min气体纯度99.99大量裂纹裂纹未融合未进行试板管口未倒角2HS224焊接电流：I=80100A保护气体流量：Ar=10151min气体纯度99.99裂纹气孔未进行未进行试板管口倒角2453纯镍焊丝(采用Z308焊条的焊芯代焊接电流：I=80100A保护气体流量：Ar=10151min气体纯度99.99表面气孔气孔夹沙未进行试板管口倒角2454纯镍焊丝N6焊接电流：I=80100A保护气体流量：Ar=10151min气体纯度99.99表面气孔单个气孔未进行试板管口倒角2455HS201焊接电流：I=80100A保护气体流量：Ar=10151min气体纯度99.99无裂纹气孔等缺陷无宏观缺陷压力=6.0MPa。满足要求1.试板管口倒角2452.管规格1016HS201焊接电流：I=80100A保护气体流量：Ar=10151min气体纯度99.99无裂纹气孔等缺陷无宏观缺陷压力=6.0MPa。满足要求1.试板管口倒角2452.管规格163(2).紫铜管与碳钢管板的焊接见下表序号焊接材料焊接规范参数表面渗透检测宏观金相强度及气密性试验备 注1H10Mn2焊接电流：I=80100A保护气体流量：Ar=10151min气体纯度99.99裂纹气孔未进行未进行试板管口未倒角2纯镍焊丝N6焊接电流：I=80100A保护气体流量：Ar=10151min气体纯度99.99气孔裂纹未进行未进行试板管口倒角2453HS201焊接电流：I=80100A保护气体流量：Ar=10151min气体纯度99.99无缺陷无缺陷压力=6.0MPa。满足要求试板管口倒角2454HS201焊接电流：I=80100A保护气体流量：Ar=10151min气体纯度99.99无缺陷无缺陷压力=6.0MPa。满足要求试板管口倒角2455.结论综合以上两组实验说明：只要选择正确的接头坡口型式、合适的焊接材料、合理的焊接规范，采用手工钨极氩弧焊是可以达到紫铜管与不锈钢(碳钢)管板接头的强度及气密性的要求，能够满足产品的设计要求的。四焊接工艺及焊接要点(一).焊接工艺1.焊接方法：手工钨极氩弧焊2.焊接材料：紫铜焊丝HS201 23.焊接规范参数：焊接电流I=80110A 保护气体流量AR=l015 钨极直径=32 喷嘴直径=8114.接头坡口型式(略)(二) 焊接要点1.焊前准备：紫铜管口(50CM范围内)焊接部位需严格去油、氧化物及其它污物，管板焊接坡口部位需去油、除涂锈等杂质。2.施焊时，电弧应偏向紫铜侧，以减少熔合比，使FE元素的含量：控制在1040之间。3.氩气的纯度要求9999五、试验目的及意义通过在紫铜与不锈钢(碳钢)管板接头的焊接试验，说明：该类接头采用熔化焊接的方法是可行的，是可以保证产品满足设计要求。它能有效地降低低机公司冷却器的制造成本、生产周期及工艺难度：它大大提高了接头的强度，给中高压油泵在透平膨胀机供油装置上的应用扫清了障碍；同时，它显著提高了产品的外观质量。总之，采用手工钨极氩弧焊焊接冷却器上紫铜与不锈钢(碳钢)管板接头是既经济、简便，又可靠的一种焊接工艺方法。