一種彌散銅的焊接方法

2023-05-22 08:49:31

一種彌散銅的焊接方法
【專利摘要】一種彌散銅的焊接方法，涉及金屬焊接【技術領域】，本發明通過在彌散銅與對焊材料的端部分別加工焊接坡口，然後在焊接坡口上堆焊過渡層和填充層，大大提高了生產效率高，降低了生產成本，本發明具有工藝簡單、焊接熱影響區小，無Al2O3漂浮、團聚現象和焊接接頭強度高等特點，本發明可實現多種形狀的彌散銅與彌散銅或彌散銅與異種金屬材料之間進行連接，具有廣泛的應用前景。
【專利說明】一種彌散銅的焊接方法
[0001]【【技術領域】】
本發明涉及金屬焊接【技術領域】，具體涉及一種彌散銅的焊接方法。
[0002]【【背景技術】】
已知的，彌散銅材料是在銅基體上彌散分布著納米級氧化鋁顆粒增強相，其具有高強度、高導電性以及耐熱的特性；由於彌散銅材料中氧化鋁陶瓷與銅金屬的浸潤性差，兩種材料的密度差異大，若採用熔焊方法焊接時，氧化鋁顆粒在熔焊時易發生團聚、浮於熔池表面等現象，進而易造成焊不上、焊接接頭強度低等技術問題。
[0003]同時彌散銅材料的連接是大型彌散銅製品開發的難點，發明人經過檢索國內的相關資料得出:在國外，彌散銅材料與其它金屬的連接一般採用熱等靜壓連接技術或保護氣氛爐釺焊連接，但是經過分析發現，在採用熱等靜壓連接技術焊接彌散銅時存在如下缺
點
①連接成本高，生產效率低:熱等靜壓設備昂貴，單次處理費用高，費效比低，熱等靜壓機需幾千萬元以上的一次性投資，設備成本高。熱等靜壓機在使用時需要進行抽真空後充入惰性氣體，然後加熱至接近1000°c的高溫，再進行長時間後的保溫後再降溫，連接一次需耗費一天時間，效率低，無法適應連續化的生產需要；
②工件經過長時間的高溫處理，力學性能有所降低；
③可連接的工件形狀受限:由於熱等靜壓機受工作室空間的限制，無法放置過高、過重、過大的工件，無法處理大的盤圓，因此可連接的工件形狀受限；
④能耗高:由於熱等靜壓升溫、保溫的溫度高，時間長，因此能耗高。
[0004]在採用保護氣氛爐釺焊連接時，由於釺料熔點的限制，焊接後材料無法高溫退火，由於設備限制也無法連接大規格彌散銅製品；而針對彌散銅材料的其它焊接技術未見報導和記載在任何書籍和文獻中。
[0005]【
【發明內容】
】
為了克服上述技術的不足，本發明提供了一種彌散銅的焊接方法，本發明通過在彌散銅與對焊材料的端部分別加工焊接坡口，然後在焊接坡口上堆焊過渡層和填充層，大大提高了生產效率高，本發明具有工藝簡單、焊接熱影響區小，焊接接頭強度高等特點，具有廣泛的應用前景。
[0006]為實現如上所述的發明目的，本發明採用如下所述的技術方案:
一種彌散銅的焊接方法，所述方法包括如下步驟:
第一步、在彌散銅和對焊材料上分別加工焊接坡口，然後將彌散銅和對焊材料浸泡在酸中，取出後清理彌散銅和對焊材料表面的氧化層；
第二步、在上述步驟的基礎上，分別在彌散銅和對焊材料上的焊接坡口上堆焊過渡
層；
第三步、在第二步的基礎上，在彌散銅和對焊材料的過渡層之間焊接填充層，在焊接填充層時從內到外逐層填充，每焊好一層需清除焊層表面的氧化層，清除後再填充第二層，直至填充滿；第四步、在第三步的基礎上，填充完成後使彌散銅和對焊材料自然冷卻，冷卻後將多餘部分打磨掉即可。
[0007]所述的彌散銅的焊接方法，所述過渡層在堆焊時焊接參數為:
焊接電流270~300A;
IS氣流量15~20L/min ；
堆焊厚度I~1.5mm。
[0008]所述的彌散銅的焊接方法，所述填充層在填充時焊接電壓為10~12V，焊接電流為250~260A，焊接速度為0.1~0.2m/min，焊接時控制層間焊接溫度不超過300°C。
[0009]所述的彌散銅的焊接方法，所述過渡層的材料為B30的焊絲，所述焊絲直徑為C1.5 ~0 3mmο
[0010]所述的彌散銅的焊接方法，所述填充層的材料為B30的焊絲，所述焊絲直徑為C1.5 ~0 3mmο
[0011]所述的彌散銅的焊接方法，所述彌散銅的成份如下:
Al2O3 0.2 ~1.2% ；
餘量為Cu。
[0012]所述的彌散銅的焊接方法，所述對焊材料為彌散銅I或紫銅或白銅或低碳鋼中的任意一種。
[0013]所述的彌散銅的焊接方法，所述彌散銅的形狀為絲材或棒材或板材或管材或盤圓。
[0014]所述的彌散銅的焊接方法，所述焊接坡口為帶Imm鈍邊的30°半X型坡口。
[0015]所述的彌散銅的焊接方法，所述酸為5~15%的稀硫酸，浸泡時間為2(T40min。
[0016]採用如上所述的技術方案，本發明具有如下所述的優越性:
本發明所述的一種彌散銅的焊接方法，本發明通過在彌散銅與對焊材料的端部分別加工焊接坡口，然後在焊接坡口上堆焊過渡層和填充層，大大提高了生產效率高，降低了生產成本，本發明具有工藝簡單、焊接熱影響區小，無Al2O3漂浮、團聚現象和焊接接頭強度高等特點，本發明可實現多種形狀的彌散銅與彌散銅或彌散銅與異種金屬材料之間進行連接，具有廣泛的應用前景。
[0017]【【專利附圖】

【附圖說明】】
圖1是本發明的焊接結構形式示意圖；
在圖中:1、彌散銅；2、過渡層；3、填充層；4、對焊材料。
[0018]【【具體實施方式】】
通過下面的實施例可以更詳細的解釋本發明，本發明並不局限於下面的實施例；
結合附圖1所述的一種彌散銅的焊接方法，所述方法包括如下步驟:
第一步、在彌散銅I和對焊材料4上分別加工焊接坡口，所述焊接坡口為帶Imm鈍邊的30°半X型坡口，當彌散銅I和對焊材料4待焊接面對在一起後，焊接坡口形成30° X型坡口，然後將彌散銅I和對焊材料4浸泡在酸中，所述酸為5~15%的稀硫酸，浸泡時間為2(T40min，然後取出後用清水將彌散銅I和對焊材料4的表面洗淨後，再用不鏽鋼絲輪清理彌散銅I和對焊材料4表面的氧化層，其中所述彌散銅I的形狀為絲材或棒材或板材或管材或盤圓；進一步，彌散銅I的成份如下:Al2O3 0.2 -1.2% ；
餘量為Cu ；
更進一步，所述對焊材料4為彌散銅I或紫銅或白銅或低碳鋼或能與過渡層2材料對焊的鋼種中的任意一種；
第二步、在上述步驟的基礎上，分別在彌散銅I和對焊材料4上的焊接坡口上堆焊過渡層2，所述過渡層2在堆焊時焊接參數為:
焊接電流270-300A ；
IS氣流量15-20L/min ；
堆焊厚度I-1.5mm ；
其中過渡層2的材料為B30的焊絲，所述焊絲直徑為Φ 1.5-0 3mm ；
第三步、在第二步的基礎上，在彌散銅I和對焊材料4的過渡層2之間焊接填充層3，在焊接填充層3時從內到外逐層填充，每焊好一層需清除焊層表面的氧化層，清除後再填充第二層，直至填充滿，所述填充層3在填充時焊接電壓為10-12V，焊接電流為250-260A，焊接速度為0.1-0.2m/min，焊接時控制層間焊接溫度不超過300°C，其中填充層3的材料為B30的焊絲，所述焊絲直徑為<2 1.5-0 3mm ;
第四步、在第三步的基礎上，填充完成後使彌散銅I和對焊材料4自然冷卻，冷卻後將多餘部分打磨掉即可。
[0019]本發明在具體實施過程中，採用鎢極氬弧焊進行焊接，其優點為:
氬氣是惰性氣體，不與金屬起化學反應，也不溶於液態金屬，合金元素不會燒損，也不容易形成氣孔。氬氣可形成堅實的氬氣隔離層，可獲得十分優秀的焊接質量且氬氣在弧柱中所產生的正離子，能破壞母材表面的氧化膜，有清理作用。填充焊絲熔後流動性好，對母體金屬的潤溼性高，工藝性能良好，易獲得金屬強度高、氣密性好的焊縫質量等。
[0020]本發明在實際應用中，具體實施方法為:
一、當對焊材料4為彌散銅I時:
在需要連接的彌散銅I的端部分別加工Imm鈍邊的30° X型坡口，然後在15%的稀硫酸中浸泡30min後，用清水將其表面洗淨，再用不鏽鋼絲輪清理表面的氧化層；清理完全後開始進行焊接，焊接時採用SWE-500氬弧焊機以及C 1.5mm的B30焊絲進行焊接，先在需要連接的彌散銅I和彌散銅I預加工的坡口上採用B30的焊絲堆焊上一層1.5mm厚B30，即形成過渡層2，在堆焊時電流為300A ;堆焊後再從內到外逐層填充B30焊絲，每焊好一層用不鏽鋼絲輪清除氧化層，清除後再填充第二層，直至填充滿，即形成填充層3，填充時焊接電壓為10V，焊接電流為260A，焊接速度為0.lm/min，焊接時控制層間焊接溫度不超過300°C，整個焊接過程採用氬氣保護，焊接完成後使工件自然冷卻，冷卻後將多餘金屬打磨掉。然後對焊接接頭進行拉伸試驗，試樣在彌散銅I端發生斷裂，焊接接頭處未發生斷裂，試樣抗拉強度達到500MPa。
[0021]二、當對焊材料4為紫銅時:
在需要連接的彌散銅I和紫銅的端部分別加工帶Imm鈍邊的30° X型坡口，然後在5%的稀硫酸中浸泡30min後，用清水將其表面洗淨，再用不鏽鋼絲輪清理其表面的氧化層；清理完全後開始進行焊接，在焊接時採用SWE-500氬弧焊機Φ 3mm的B30焊絲進行焊接，在焊接時先在彌散銅I和紫銅預加工的坡口上採用B30的焊絲堆焊上一層Imm厚B30，即形成過渡層2，在堆焊時電流為270A，堆焊後再從內到外逐層填充B30金屬材料，每焊好一層用不鏽鋼絲輪清除氧化層，清除後再填充第二層，直至填充滿，即形成填充層3，填充時焊接電壓為12V，焊接電流為240A，焊接速度為0.lm/min，在焊接時控制層間焊接溫度不超過300°C，整個焊接過程採用氬氣保護，氬氣流量15L/min ;焊接完成後使工件自然冷卻，冷卻後將多餘金屬打磨掉。對焊接接頭進行拉伸試驗，試樣在紫銅端發生斷裂，焊接接頭處未發生斷裂，抗拉強度達到220MPa。
[0022]三、當對焊材料4為白銅時:
在需要連接的彌散銅I與白銅的端部分別加工帶Imm鈍邊的30°的X型坡口，然後在15%的稀硫酸中浸泡30min後，用清水將其表面洗淨，再用不鏽鋼絲輪清理其表面的氧化層；清理完全後開始進行焊接，在焊接時採用SWE-500氬弧焊機Φ1.5mm的B30焊絲進行焊接，在焊接時，先在需要連接的彌散銅I和白銅預加工的坡口上採用B30的焊絲堆焊上一層
1.5mm厚B30，即形成過渡層2，堆焊時電流為300A ;堆焊後再從內到外逐層填充B30金屬，每焊好一層用不鏽鋼絲輪清除氧化層，清除後再填充第二層，直至填充滿，即形成填充層3，填充時焊接電壓為10V，焊接電流為260A，焊接速度為0.2m/min，焊接時控制層間焊接溫度不超過30(TC ;整個焊接過程採用氬氣保護，氬氣流量20L/min，焊接完成後使工件自然冷卻，冷卻後將多餘金屬打磨掉，對焊接接頭進行拉伸試驗，試樣在彌散銅端發生斷裂，焊接接頭處未發生斷裂，抗拉強度達到500MPa。
[0023]四、當對焊材料4為Q235時:
在需要連接的彌散銅I與Q235的端部分別加工帶Imm鈍邊的30°的X型坡口，然後在10%的稀硫酸中浸泡30min後，用清水將表面洗淨，再用不鏽鋼絲輪清理表面的氧化層，清理完全後開始進行焊接，在焊接時採用SWE-500氬弧焊機Φ2πιπι的B30焊絲進行焊接，在焊接時，先在需要連接的彌散銅和Q235預加工的坡口上採用Β30的焊絲堆焊上一層Imm厚Β30，即形成過渡層2，堆焊時電流為300Α;堆焊後再從內到外逐層填充Β30金屬，每焊好一層用不鏽鋼絲輪清除氧化層，清除後再填充第二層，直至填充滿，即形成填充層3，填充時焊接電壓為10V，焊接電流為260Α，焊接速度為0.15m/min，焊接時控制層間焊接溫度不超過3000C ;整個焊接過程採用氬氣保護，氬氣流量為18L/min，焊接完成後使工件自然冷卻，冷卻後將多餘金屬打磨掉，對焊接接頭進行拉伸試驗，試樣在Q235端發生斷裂，焊接接頭處未發生斷裂，抗拉強度達到400MPa。
[0024]通過本發明的實施，具有如下特點:
1、焊接熱影響區小，無Al2O3漂浮、團聚現象，焊接接頭強度高。被連接的工件力學性能影響小。
[0025]②設備要求低，生產效率高
本發明只需採用一般可進行氬弧焊焊機即可實現對彌散銅與異種金屬的連接，採用本發明的方法進行焊接的彌散銅I接頭，在準備充分的情況下可短時間內完成一次連接工作，較熱等靜壓的生產效率大大提高。
[0026]③可連接材料形狀不限
採用本發明的焊接方法，可對彌散銅絲材、棒材、板材、管材、盤圓等與異種金屬或彌散銅與彌散銅之間進行連接，可廣泛應用於各種彌散銅材料的焊接。
④能耗低 採用本發明的焊接方法進行彌散銅與彌散銅、彌散銅與其它金屬的連接，整個焊接過程時間短，採用一般氬弧焊焊機具有能耗低的優點等。
[0027]本發明未詳述部分為現有技術。
[0028]為了公開本發明的目的而在本文中選用的實施例，當前認為是適宜的，但是，應了解的是，本發明旨在包括一切屬於本構思和發明範圍內的實施例的所有變化和改進。
【權利要求】
1.一種彌散銅的焊接方法，其特徵是:所述方法包括如下步驟: 第一步、在彌散銅(I)和對焊材料(4)上分別加工焊接坡口，然後將彌散銅(I)和對焊材料(4)浸泡在酸中，取出後清理彌散銅(I)和對焊材料(4)表面的氧化層； 第二步、在上述步驟的基礎上，分別在彌散銅(I)和對焊材料(4)上的焊接坡口上堆焊過渡層2 ； 第三步、在第二步的基礎上，在彌散銅(I)和對焊材料(4 )的過渡層(2 )之間焊接填充層(3)，在焊接填充層(3)時從內到外逐層填充，每焊好一層需清除焊層表面的氧化層，清除後再填充第二層，直至填充滿； 第四步、在第三步的基礎上，填充完成後使彌散銅(I)和對焊材料(4)自然冷卻，冷卻後將多餘部分打磨掉即可。
2.根據權利要求1所述的彌散銅的焊接方法，其特徵是:所述過渡層(2)在堆焊時焊接參數為:
焊接電流270-300A ； IS氣流量15-20L/min ； 堆焊厚度I-1.5mm。
3.根據權利要求1所述的彌散銅的焊接方法，其特徵是:所述填充層(3)在填充時焊接電壓為10-12V，焊接電流為250-260A，焊接速度為0.1-0.2m/min,焊接時控制層間焊接溫度不超過300°C。
4.根據權利要求1所述的彌散銅的焊接方法，其特徵是:所述過渡層(2)的材料為B30的焊絲，所述焊絲直徑為0 1.5-0 3mm。
5.根據權利要求1所述的彌散銅的焊接方法，其特徵是:所述填充層(3)的材料為B30的焊絲，所述焊絲直徑為0 1.5-0 3mm。
6.根據權利要求1所述的彌散銅的焊接方法，其特徵是:所述彌散銅(I)的成份如下:
Al2O3 0.2 -1.2% ； 餘量為Cu。
7.根據權利要求1所述的彌散銅的焊接方法，其特徵是:所述對焊材料(4)為彌散銅(O或紫銅或白銅或低碳鋼中的任意一種。
8.根據權利要求1所述的彌散銅的焊接方法，其特徵是:所述彌散銅(I)的形狀為絲材或棒材或板材或管材或盤圓。
9.根據權利要求1所述的彌散銅的焊接方法，其特徵是:所述焊接坡口為帶Imm鈍邊的30°半X型坡口。
10.根據權利要求1所述的彌散銅的焊接方法，其特徵是:所述酸為5-15%的稀硫酸，浸泡時間為2(T40min。
【文檔編號】B23K33/00GK103447668SQ201310376375
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月27日 優先權日:2013年8月27日
【發明者】陳會東, 彭暉, 王永朝 申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所