專利名稱：鉬銅合金與不銹鋼的鎢極氬弧焊工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉬銅合金的焊接方法，尤其涉及一種鉬銅合金與不銹鋼異種材料之 間的鉤極氬弧焊方法，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鉬銅合金是由高熔點、低線膨脹系數(shù)的鉬和高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱率低的銅通過粉末冶金 方法壓制而成的合金。鉬與銅兩組元之間互不溶解的特性使它們在復(fù)合之后呈現(xiàn)出兩元 素本征物理特性的組合，兼有鉬和銅各自的特性，具有良好的綜合性能。這些特點使鉬 銅合金在用作電器元器件的電觸頭材料、散熱材料、電子封裝材料時，尤其是對質(zhì)量要 求較高的便攜式儀器設(shè)備和航空航天儀器上有廣泛的應(yīng)用前景。進一步的將鉬銅合金與 不銹鋼連接起來制成復(fù)合構(gòu)件，可以充分發(fā)揮兩種材料的性能特點，彌補各自的不足， 對于提高復(fù)合結(jié)構(gòu)件的性能、降低制造成本、擴大鉬銅合金的應(yīng)用具有重要的意義。
鉬銅合金抗氧化性較差，對氣體雜質(zhì)比較敏感，與不銹鋼的線膨脹系數(shù)相差較大； 采用熔化焊方法時焊縫中易產(chǎn)生氣孔，導(dǎo)致焊縫金屬的力學(xué)性能降低；并且焊接加熱時 會產(chǎn)生很大的應(yīng)力，導(dǎo)致焊接接頭裂紋傾向大，嚴(yán)重時會發(fā)生斷裂。其次，鉬銅合金表 面的氧化膜阻礙與不銹鋼的結(jié)合，甚至使焊接難以進行。因此，鉬銅合金的焊接通常需 要在保護氣體或者真空中進行，對焊接材料要求也較高。由氣體雜質(zhì)污染引起的焊縫性 能惡化和焊接熱循環(huán)造成的組織結(jié)構(gòu)變化是鉬銅合金焊接面臨的主要問題。
目前，關(guān)于鉬及其合金的焊接研究主要采用電子束焊；鉬銅合金的焊接采用鉬錳活 化釬焊以及放電等離子燒結(jié)等工藝。鉬及其合金采用電子束焊時，由于焊接過程在真空 環(huán)境中進行，抑制了氧和氮的有害作用，且集中的高能量輸入使焊接熔合區(qū)組織有所細(xì) 化，可以避免焊接裂紋的產(chǎn)生；但是焊接工件受限于真空室的尺寸，限制了鉬及其合金 的應(yīng)用范圍。
中國科學(xué)院電子學(xué)研究所采用鉬錳活化釬焊方法焊接鉬銅合金與Al203陶瓷，可以 得到氣密性良好的封接接頭。中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所提出的發(fā)明專利(申請?zhí)?200710037778.X)采用金屬鈦過渡層，利用放電等離子燒結(jié)法連接鉬銅合金電極與CoSb3 熱電材料，這種工藝的優(yōu)點在于通過放電等離子燒結(jié)一次連接成功，接合面無明顯界面 電阻躍遷，結(jié)合界面可靠性好且工藝簡便。并且由于電極與熱電材料良好的熱匹配減小 了界面附近的熱應(yīng)力，提高了使用壽命。但是放電等離子燒結(jié)法和鉬錳活化釬焊法連接 鉬銅合金得到的接頭強度較低，不適用于對力學(xué)性能要求較高的結(jié)構(gòu)件的連接。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有鉬銅合金焊接技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種實用性強、應(yīng)用范圍廣、接 頭性能良好的鉬銅合金與不銹鋼異種材料之間的鎢極氬弧焊工藝。
本發(fā)明所述鉬銅合金與不銹鋼異種材料之間的鎢極氬弧焊工藝，步驟如下-
(1) 焊前將鉬銅合金與不銹鋼的待焊接頭表面進行噴砂處理，然后用砂紙打磨，使 待焊面的粗糙度達到Ra 1.6 3.2;對厚度小于2mm或重量小于1.5kg的鉬銅合金與不 銹鋼的待焊接頭表面不必進行噴砂處理，接頭處用砂紙直接打磨至露出金屬光澤即可；
(2) 采用直徑為2.0 2.5mm的Cr-Ni合金焊絲作為填充金屬，焊前用酸溶液對其進行酸洗處理，待焊絲表面露出金屬光澤后用清水沖洗至中性，烘干，備用；或者焊前 用砂紙將焊絲表面打磨至露出金屬光澤，備用；
(3) 將步驟(1)所述表面處理好的鉬銅合金與不銹鋼的待焊接頭按設(shè)計要求對接 裝配放置；
(4) 焊接起弧后，將電弧拉長至2 4mm，采用純度大于99.9%的氬氣進行保護， 先對鉬銅合金一側(cè)進行氬弧預(yù)熱，預(yù)熱時間為30 60s,預(yù)熱溫度為560 800'C;然后 控制熱量分布進行填絲鎢極氬弧焊，焊接工藝參數(shù)為焊接電壓為10 13V，焊接電流 為100 120A，焊接速度為50 80mm/min，氬氣流量為8 15L/min;方法是壓低鎢極 氬弧，以短弧實施焊接并均勻地添加步驟(2)所述處理好的Cr-Ni合金焊絲，焊絲與 焊件之間保持55。 80。夾角；焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻地斷續(xù)送入熔池，焊絲端部 不得移出氬氣保護區(qū)；
(5) 焊縫收尾熄弧后，繼續(xù)通氬氣保護，直到焊縫及熱影響區(qū)金屬冷卻到300'C以 下時才能移開焊槍噴嘴。
上述鉬銅合金與不銹鋼異種材料之間的鎢極氬弧焊工藝中
所述鉬銅合金是指Mo質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%—60%、 Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%_40%的鉬銅合金； 所述不銹鋼優(yōu)選為lCrl8Ni9Ti奧氏體不銹鋼，即18-8不銹鋼。
所述Cr-Ni合金焊絲為Cr25-Ni13合金系焊絲，其成分以質(zhì)量分?jǐn)?shù)％計為C《0.15， Cr22.0 25.0， Nil2.0 14.0， Mn0.5 2.5, Mo《0.75, Cu《0.75， Si《0.90,余為Fe。 由于鉬銅合金與不銹鋼焊接時有較大的裂紋傾向。為了保證焊縫良好的抗裂性和耐腐蝕 性能，本發(fā)明優(yōu)選采用抗裂性能好的Cr25-Ni13合金系焊絲。
所述酸溶液是5%HF的水溶液與35%HN03的水溶液的混合液。
所述鎢極氬弧焊采用鎢-釷電極，鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9%，鎢極直徑2mm,端部打 磨成尖錐形。
上述鉬銅合金與不銹鋼異種材料之間的鎢極氬弧焊工藝中，進一步優(yōu)選的實施方式 是所述預(yù)熱時間為40~50s，預(yù)熱溫度為600 750'C。所述焊接工藝參數(shù)為焊接電 壓為12 13V，焊接電流為105 115A，焊接速度為50 60mm/min，氬氣流量為10 14Umin。
鉬銅合金具有高熔點和高熱導(dǎo)率，本發(fā)明提出的鉬銅合金與不銹鋼的焊接是先對鉬 銅合金一側(cè)進行氬弧預(yù)熱，然后立即壓低鎢極氬弧，以短弧實施焊接并斷續(xù)添加填充焊 絲。焊前對鉬銅合金一側(cè)進行氬弧預(yù)熱可以減小接頭區(qū)兩邊母材(鉬銅合金與不銹鋼) 的溫度差，降低焊接應(yīng)力和焊接應(yīng)變速率，避免產(chǎn)生焊接裂紋，從而改善焊接工藝性能。
采用本發(fā)明給出的鉬銅合金與不銹鋼的鎢極氬弧焊工藝，可以獲得焊縫成形美觀、 力學(xué)性能和耐腐蝕性良好的焊接接頭。實驗測試的鉬銅合金側(cè)熔合區(qū)的顯微硬度為 450HM 600HM，沒有高硬度脆性相生成?？拷讳P鋼側(cè)熔合區(qū)的顯微硬度為210HM 240HMo
本發(fā)明采用鎢極氬弧焊，并通過添加Cr-Ni合金填絲實現(xiàn)鉬銅合金與不銹鋼的焊接。 這種方法操作方便、適用性強，得到的鉬銅合金與不銹鋼焊接接頭強度較高且性能穩(wěn)定， 能廣泛適用于鉬銅合金與不銹鋼及其他異種材料的焊接，具有推廣應(yīng)用價值。
具體實施例方式
實施例l:合金組成為Mo60%-Cu40°/。(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的鉬銅合金板與18-8奧氏體不銹鋼板對接的鎢極氬弧焊，鉬銅合金板尺寸為lOcm"Ocm，厚度為2.5mm; 18-8不銹 鋼板尺寸為10cmx8cm，厚度為2.5mm。
先將鉬銅合金與18-8奧氏體不銹鋼的對接接頭處用砂紙打磨干凈，使待焊面露出 金屬光澤，表面粗糙度達到Ra1.6 3.2。采用直徑為2.0mm的Cr25-Ni13合金系焊絲作 為填充金屬。焊前用砂紙將焊絲表面打磨干凈。采用鎢極氬弧焊(TIG)進行焊接，工 藝參數(shù)為焊接電壓12V,焊接電流105 110A，焊接速度為60mm/min，氬氣流量為 8 10L/min。
保護氣體為純度大于99.9%的氬氣。氬弧引燃后，將電弧拉長至2 4cm，將電弧 偏向鉬銅合金一側(cè)反復(fù)移動進行預(yù)熱，預(yù)熱時間約為40s，預(yù)熱溫度達到600 75(TC; 然后立即壓低電弧，以短弧實施焊接同時斷續(xù)添加填充焊絲。
施焊過程中，焊絲與焊件之間保持75°夾角。焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻地斷續(xù) 送入熔池，不得將焊絲端部移出氬氣保護區(qū)。
焊縫收尾熄弧后，繼續(xù)通氬氣保護，直到焊縫及熱影響區(qū)金屬冷卻到30(TC以下時 方可移開焊槍噴嘴。
所得到的鉬銅合金與18-8不銹鋼對接接頭焊縫成形美觀。經(jīng)過金相顯微鏡觀察沒 有發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等微觀缺陷，焊縫熔合區(qū)結(jié)合良好。焊接接頭靠近鉬銅合金側(cè)熔合區(qū) 顯微硬度為500HM 550HM，無脆性相生成?？拷讳P鋼側(cè)熔合區(qū)的顯微硬度為 215HM 230HM。
實施例2:合金組成為Mo60%-Cu40% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的鉬銅合金板與18-8奧氏體不 銹鋼板角焊縫的鎢極氬弧焊，鉬銅合金板尺寸為10cmxlOcm，厚度為2.5mm; 18-8不 銹鋼板尺寸為10cmx8cm，厚度為2.5mm。
先將鉬銅合金與18-8不銹鋼角接頭的待焊表面用砂紙打磨干凈，露出金屬光澤， 使待焊表面的粗糙度達到Ra1.6 3.2。將鉬銅合金與18-8不銹鋼進行角接頭裝配焊，兩 板的裝配角度為90。直角，采用倒船形位置進行焊接。采用直徑2.5mm的Cr25-Nil3合 金系焊絲作為填充材料，焊前用砂紙對焊絲進行打磨，露出金屬光澤。經(jīng)過砂紙打磨的 焊絲應(yīng)立即施焊。采用鎢極氬弧焊進行焊接，工藝參數(shù)為焊接電壓12V，焊接電流110 115A，焊接速度為50mm/min，氬氣流量為10L/min 14L/min。
采用的保護氣體為純度大于99.9%的氬氣。氬弧引燃后，將電弧拉長至2 4cm， 將電弧偏向倒船形角接頭鉬銅合金一側(cè)反復(fù)移動進行預(yù)熱，預(yù)熱時間約為50s，預(yù)熱溫 度達到650 780'C;然后立即壓低電弧，以短弧實施焊接同時斷續(xù)添加填充焊絲。
焊接過程中，氬弧應(yīng)稍偏向鉬銅合金一側(cè)。焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻地斷續(xù)送 入熔池，不得將焊絲端部移出氬氣保護區(qū)。
焊縫收尾熄弧后，繼續(xù)通氬氣保護，直到焊縫及熱影響區(qū)金屬冷卻到30(TC以下時 方可移開焊槍噴嘴。
所得到的鉬銅合金與18-8不銹鋼角接頭經(jīng)過金相顯微鏡觀察接頭結(jié)合良好，沒有 發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷。焊縫金屬靠近鉬銅合金一側(cè)的顯微硬度為550HM 680HM， 無硬化脆性相生成?？拷讳P鋼側(cè)熔合區(qū)的顯微硬度為218HM 236HM。
實施例3:
鉬銅合金與不銹鋼異種材料之間的鎢極氬弧焊工藝，步驟如下
(1)焊前將鉬銅合金與不銹鋼的待焊接頭表面進行噴砂處理，然后用砂紙打磨，使待焊面的粗糙度達到Ra L6 3.2;;
(2) 采用直徑為2.0mm的Cr-Ni合金焊絲作為填充金屬，焊前用酸溶液(5%HF的 水溶液與35e/。HN03的水溶液的混合液)對其進行酸洗處理，待焊絲表面露出金屬光澤 后用清水沖洗至中性，烘干，備用；
(3) 將步驟(1)所述表面處理好的鉬銅合金與不銹鋼的待焊接頭水平對接裝配；
(4) 焊接起弧后，將電弧拉長至4mm，采用純度大于99.9%的氬氣進行保護，先對 鉬銅合金一側(cè)進行氬弧預(yù)熱，預(yù)熱時間為60s,預(yù)熱溫度為700°C;然后控制熱量分布 進行填絲鎢極氬弧焊，焊接工藝參數(shù)為焊接電壓為11 12V，焊接電流為100A，焊 接速度為50mm/min，氬氣流量為10L/min;方法是壓低鎢極氬弧，以短弧實施焊接并 斷續(xù)添加步驟(2)所述處理好的Cr-Ni合金焊絲，焊絲與焊件之間保持75。夾角，焊絲 沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻地斷續(xù)送入熔池，焊絲端部不得移出氬氣保護區(qū)；
(5) 焊縫收尾熄弧后，繼續(xù)通氬氣保護，直到焊縫及熱影響區(qū)金屬冷卻到30(TC以 下時才能移開焊槍噴嘴。
其中上述鉬銅合金是指Mo質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%—60%、 Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%—40%的鉬銅 合金；上述不銹鋼為lCrl8M9Ti奧氏體不銹鋼，即18-8不銹鋼。
上述Cr-Ni合金焊絲為Cr25-Ni13合金系焊絲，其成分以質(zhì)量分?jǐn)?shù)％計為C《0.15， Cr22.0 25.0， Ni 12.0 14.0， Mn0.5 2.5， Mo《0.75， Cu《0.75， Si《0.90，余為Fe。
上述鎢極氬弧焊采用鎢-釷電極，鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9%，鎢極直徑2mm，端部打 磨成尖錐形。
實施例4:
鉬銅合金與不銹鋼異種材料之間的鎢極氬弧焊工藝，步驟如下
(1) 焊前將鉬銅合金與不銹鋼的待焊接頭(重量小于1.5kg)表面用砂紙打磨至露 出金屬光澤；
(2) 釆用直徑為2.5mm的Cr-Ni合金焊絲作為填充金屬，焊前用砂紙將焊絲表面打 磨至露出金屬光澤，備用；
(3) 將步驟(1)所述表面處理好的鉬銅合金與不銹鋼的待焊接頭垂直對接裝配；
(4) 焊接起弧后，將電弧拉長至3mm，采用純度大于99.9%的氬氣進行保護，先對 鉬銅合金一側(cè)進行氬弧預(yù)熱，預(yù)熱時間為50s，預(yù)熱溫度為750°C，然后控制熱量分布 進行填絲鎢極氬弧焊，焊接工藝參數(shù)為焊接電壓為13V,焊接電流為120A，焊接速 度為80mm/min，氬氣流量為15L/min;方法是壓低鎢極氬弧，以短弧實施焊接并斷續(xù) 添加步驟(2)所述處理好的Cr-Ni合金焊絲，焊絲與焊件間保持80。夾角，焊絲沿著熔 池前端平穩(wěn)、均勻地斷續(xù)送入熔池，焊絲端部不得移出氬氣保護區(qū)；
(5) 焊縫收尾熄弧后，繼續(xù)通氬氣保護，直到焊縫及熱影響區(qū)金屬冷卻到30(TC以 下時才能移開焊槍噴嘴。
其中上述鉬銅合金是指Mo質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%—60%、 Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)50。/。一40%的鉬銅 合金；上述不銹鋼為1Crl8Ni9Ti奧氏體不銹鋼，即18-8不銹鋼。
上述Cr-Ni合金焊絲為Cr25-Ni13合金系焊絲，其成分以質(zhì)量分?jǐn)?shù)％計為C《0.15， Cr22.0 25.0， Ni 12.0 14.0, Mn0.5 2.5， Mo《0.75， Cu《0.75, Si《0.90，余為Fe。
上述鎢極氬弧焊采用鎢-釷電極，鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9%，鎢極直徑2mm，端部為 尖錐形。
權(quán)利要求
1. 一種鉬銅合金與不銹鋼異種材料之間的鎢極氬弧焊工藝，步驟如下(1)焊前將鉬銅合金與不銹鋼的待焊接頭表面進行噴砂處理，然后用砂紙打磨，使待焊面的粗糙度達到Ra 1.6～3.2；對厚度小于2mm或重量小于1.5kg的鉬銅合金與不銹鋼的待焊接頭表面不必進行噴砂處理，接頭處用砂紙直接打磨至露出金屬光澤即可；(2)采用直徑為2.0～2.5mm的Cr-Ni合金焊絲作為填充金屬，焊前用酸溶液對其進行酸洗處理，待焊絲表面露出金屬光澤后用清水沖洗至中性，烘干，備用；或者焊前用砂紙將焊絲表面打磨至露出金屬光澤，備用；(3)將步驟(1)所述表面處理好的鉬銅合金與不銹鋼的待焊接頭按設(shè)計要求對接裝配放置；(4)焊接起弧后，將電弧拉長至2～4mm，采用純度大于99.9％的氬氣進行保護，先對鉬銅合金一側(cè)進行氬弧預(yù)熱，預(yù)熱時間為30～60s，預(yù)熱溫度為560～800℃，然后控制熱量分布進行填絲鎢極氬弧焊，焊接工藝參數(shù)為焊接電壓為10～13V，焊接電流為100～120A，焊接速度為50～80mm/min，氬氣流量為8～15L/min；方法是壓低鎢極氬弧，以短弧實施焊接并均勻地斷續(xù)添加步驟(2)所述處理好的Cr-Ni合金焊絲；焊絲與焊件間保持55°～80°夾角，焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻地斷續(xù)送入熔池，焊絲端部不得移出氬氣保護區(qū)；(5)焊縫收尾熄弧后，繼續(xù)通氬氣保護，直到焊縫及熱影響區(qū)金屬冷卻到300℃以下時才能移開焊槍噴嘴。
2. 如權(quán)利要求1所述鉬銅合金與不銹鋼異種材料之間的鎢極氬弧焊工藝，其特征是 所述鉬銅合金是指Mo質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%_60%、 Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%—40%的鉬銅合金；所述不銹 鋼為1Crl8Ni9Ti奧氏體不銹鋼，即18-8不銹鋼。
3. 如權(quán)利要求1所述鉬銅合金與不銹鋼異種材料之間的鎢極氬弧焊工藝，其特征是 所述Cr-Ni合金焊絲為Cr25-Nil3合金系焊絲，其成分以質(zhì)量分?jǐn)?shù)%計為C《0. 15， Cr 22. 0 25.0， Nil2. 0 14. 0， Mn0.5 2. 5， Mo《0. 75， Cu《0. 75, Si《0.90,余為Fe。
4. 如權(quán)利要求1所述鉬銅合金與不銹鋼異種材料之間的鎢極氬弧焊工藝，其特征是: 所述酸溶液是5%HF的水溶液與35%剛03的水溶液的混合液。
5. 如權(quán)利要求1所述鉬銅合金與不銹鋼異種材料之間的鎢極氬弧焊工藝，其特征是: 所述鉤極氬弧焊采用鉤-釷電極，鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99. 9%，鎢極直徑2mra，端部打磨成尖 錐形。
6. 如權(quán)利要求1所述鉬銅合金與不銹鋼異種材料之間的鎢極氬弧焊工藝，其特征是: 所述氬弧預(yù)熱時間為40 50s，預(yù)熱溫度為600 750°C。
7. 如權(quán)利要求1所述鉬銅合金與不銹鋼異種材料之間的鎢極氬弧焊工藝，其特征是: 所述焊接工藝參數(shù)為焊接電壓為12 13V，焊接電流為105 115A,焊接速度為50 60畫/min，氬氣流量為10 14L/min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉬銅合金與不銹鋼異種材料之間的鎢極氬弧焊工藝，方法是焊前將鉬銅合金與不銹鋼的待連接表面以及填充用Cr-Ni合金系焊絲進行表面清潔處理；焊接起弧后利用鎢極氬弧先偏向鉬銅合金一側(cè)進行預(yù)熱，采用純氬氣進行保護，然后壓低氬弧控制熱量分布進行填絲鎢極氬弧焊。本發(fā)明方法操作方便、適用性強，得到的鉬銅合金與不銹鋼焊接接頭強度較高且性能穩(wěn)定，能廣泛適用于鉬銅合金與不銹鋼及其他異種材料的焊接，具有推廣應(yīng)用價值。
文檔編號B23K103/18GK101284330SQ20081001650
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月28日
發(fā)明者李亞江, 娟 王, 蔣慶磊 申請人:山東大學(xué)