2010/10/15 10:35:42
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内容摘要:不锈钢与铜及铜合金异种材料的焊接性
(1)不锈钢与铜及铜合金异种材料的焊接性不锈钢与铜及铜合金焊接时,主要的问题是,在焊缝及熔合区易产生裂纹。这种裂纹有焊缝结晶裂纹和热影响区渗透裂纹两种形态。
1)焊缝裂纹。不锈钢与铜及铜合金焊接时,焊缝金属中易产生结晶裂纹。产生焊缝结晶裂纹的原因在于,不锈钢与铜及铜合金熔合的合金体系成分复杂,还含有硫、磷、氧等多种杂质,因而在熔池结晶过程易出现低熔共晶体,包括Ni+NiS之类(其熔点温度为625℃),削弱了高温时的晶间结合能力。不锈钢与铜及铜合金的热物理性能差异很大,见表8-54。从表中可以看出,不锈钢和铜及铜合金的线胀系数大,因而焊后的变形和应力大。
此外,无论碳钢、还是不锈钢与铜及铜合金的热导率相差较大,因此在焊接过程中的温度场不对称,因而应变、应力场也不对称,也可能对焊接接头产生裂纹有影响。当以不锈钢或铜及铜合金为填充材料直接熔焊,焊缝金属中铁的含量又较低(如w
Fe0.2%~1.1%)时,焊缝金属的抗热裂纹性能较差;焊缝金属中铁的含量增加到w
Fe10%~43%时,
焊缝金属方具有良好的抗热裂纹性能;但是进一步提高焊缝金属中铁的含量,其抗裂性能却迅速下降。
2)热影响渗透裂纹。不锈钢与铜及铜合金焊接时,在与液态铜及铜合金相接触的钢中,易产生渗透裂纹。渗透裂纹是指低熔点合金液体向固态合金的缝隙甚至晶间渗透,使之丧失应变能力而导致的裂纹。在高温时形成的裂纹可能以单条出现,也可能是沿晶界呈网状分布,其长度在几微米(μm)到几十微米之间。不锈钢与铜或铜合金焊接时,不锈钢热影响区之所以产生渗透裂纹,是液态铜或铜合金对钢的渗透作用和焊接应力共同作用的结果。金属组织中的晶界、相界,在晶体学金属学看来,都属于面型晶体缺陷。在实际的工程金属中常存在一些微小的缺陷,以条状(实为片状)夹杂、分层之类为居多,也就接近于微观裂口。处于液体状态的铜及铜合金,如果固相钢的微裂口(或晶界)表面是活性的,则会浸润到微观裂口的表面,并通过毛细管效应,慢慢向微观裂口中渗透。在整个渗透过程中,也伴随着钢在铜及铜合金液体中溶解度的增加和铜沿钢晶界的渗透,在微裂口中产生一个附加应力。另一方面焊缝金属从冷却瞬间开始,在焊接接头中就出现拉伸应力,并且这种应力随着不断冷却而增加。微裂口在这两种应力作用下,最后发展成为热影响区渗透裂纹。
不锈钢的组织状态对渗透裂纹有很大的影响。液态铜及铜合金浸润奥氏体,但不浸润铁素体,所以,铁素体的存在将使铜及铜合金的渗透力降低。因此,不锈钢与铜及铜合金焊接时,含有奥氏体加铁素体组织的18-8型不锈钢与单一奥氏体组织的0Cr25Ni20钢相比较,18-8型不锈钢具有较高的抗热影响区渗透裂纹的能力。
铜焊丝中含锡,其渗透力更强,而镍则有减弱铜对钢的渗透力的作用。
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