不锈钢与铜焊接工艺及金相分析开题报告

哈尔滨华德学院毕业设计（论文）开题报告题目：不锈钢与铜焊接工艺及金相分析系（部）机电工程系专业焊接技术与工程学生刘红卫学号1089532214班号0895322指导教师杨德云开题报告日期 2011・10・18一、 开题报告应包括下列主要内容：通过学生对文献论述和方案论证，判断是否已充分理解毕业设计（论文）的内容和要求进度计划是否切实可行；是否具备毕业设计所要求的基础条件。预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施；主要参考文献。二、 如学生首次开题报告未通过，需在一周内再进行一次。三、 开题报告由指导教师填写意见、签字后，统一交所在系（部）保存，以备检查。指导教师评语： 不锈钢与铜焊接工艺及金相分析一、课题来源及研究的目的及意义随着经济的迅速发展和科学技术的不断进步，新材料、新工艺、新设备不断涌现，对零部件的性能提出了更高的要求。采用不锈钢和铜的复合零部件，因在性能与经济上优势互补，具有广阔的应用前景。不锈钢的耐化学腐蚀和电化学腐蚀性能在钢材里面是最好的，仅次于钛合金，并且有耐热、耐高温、还耐低温甚至于耐超低温的特点。奥氏体不锈钢塑性很好，强度不太高但是耐蚀性是不锈钢中最好的，适合于需要非常耐蚀而力学性能要求不高的场合，如化工厂、化肥厂、硫酸、盐酸生产厂家的设备用材等，当然也可以用于潜艇等军工行业。铜及铜合金具有优良的导电性、导热性、延展性以及在某些介质中良好的抗腐蚀性能，因而成为电子、化工、船舶、能源动力、交通等工业领域中换热管道、导电装置及抗腐蚀部件的优选材料。异种金属焊接复合构件的特点是：能够最大限度地利用材料的各自优点，收到“物尽其用”的效果。可使其不同部位处于不同的温度、压力、载荷、介质等工作条件。复合构件不仅能满足使用性能的要求，而且在经济上也相当合理。显然，把异种金属零件连接成一个整体部件，焊接常常是最好的方法，所以异种合金焊接技术就成了关键。不锈钢和铜异种合金复合构件除具有它们的共同特征外，而且可以最大限度的发挥两种材料的特性潜力，在很多零部件上得到广泛应用。目前透平膨胀机供油装置上的冷却器就是采用不锈钢和铜管板接头。其优点在于：使得强度重量比高，承载大，疲劳性能好，有较好的抗腐蚀性。本课题的研究，就是为了充分利用不锈钢和铜这两种金属在比重、强度、比强度、抗拉强度、经济性、耐蚀性和热强性等方面的各自优点，实现它们之间的彼此连接，从而形成重要的复合构件，而且大大节省材料，降低成本，在航天、石油化工、电站锅炉、核动力、造船及其他一些领域获得越来越广泛的应用。不锈钢与铜焊接时，若采用不锈钢焊缝，则当焊缝含铜量达到一定数量时，就会产生热裂纹；若采用铜焊缝；则由于焊缝中溶入了Ni、Cr、Fe等元素而使焊缝金属变硬、变脆，或者铜渗入不锈钢一侧近缝区奥氏体晶界也会使接头变脆。这种情况下，只有采用与铜和铁都能无限固溶的镍或镍合金作填充金属才能保证良好的焊缝质量，达到较高的接头强度和塑性。此外，也可以用镍或镍基合金作为中间过渡层，来实现钢与铜的焊接。综上，本课题采用钨极氩弧焊焊接不锈钢和铜，对3mm厚的薄板不锈钢和铜窄间隙焊接工艺进行深入研究，探究最优的焊接参数和提高焊接接头强度的有效途径，得到质量优良的接头；并对接头性能进行测试，进一步分析影响接头性能的主要因素。二、国内外在该方向的研究现状及分析世界各国的研究者对不锈钢和铜焊接进行了实验和理论分析，目前常用的焊接方法有熔焊、压焊、钎焊和熔焊-钎焊等。1•熔焊洪永昌在铜与钢的二氧化碳气体保护焊实验研究结果证明，采用实心二氧化碳气体保护焊焊接铜与不锈钢是可行的。焊前需要预热至600r，同时焊接过程中还需采取电炉加热保温，防止气孔的形成。焊后保温2h后缓冷至温室，防止裂纹的产生。焊接时尽量使电弧偏向铜侧，待铜加热到将要融化时，再加热钢侧。每焊完一道后，都要及时锤击焊缝边缘区域，以减轻焊接应力。铜与不锈钢为（a+£）固溶组织，接头中含Fe量为40.28%，试验结果表明其抗裂能力较强，能满足一定性能要求。2•钎焊王长寿在铜-钢推力室身部扩散钎焊工艺研究中表明，扩散钎焊是在高温下保温一定时间以使焊件产生微量变形，使接触部分产生原子互相扩散的过程。该方法兼有扩散焊与钎焊的特点，其接头是被焊件的原子通过固态的或熔化的中间夹层与对接面之间的液态物质互相扩散而形成的。采用银、铜、镰中间夹层组合,在钎焊温度为950°C、保护时间为10-20min、预压应力为0.06-0.12MPa、焊接时压应力为0.16-0.35MPa、真空度为0.5Pa的工艺参数下，实现了铜钢的扩散钎焊，其钎缝剪切强度可达到175.1MPa。3.熔焊-钎焊JergenBruckner报道了一种新型的冷金属过渡（Coldmetaltransfer-CMT）焊接，它通过精确控制熔滴过渡，控制熔滴的温度，从而达到降低热输入的目的，采用该方法可成功地焊接铜和钢的异种接头。达到在钢的一侧形成钎缝接头，在铜的一侧形成类似熔焊的接头。三、 主要研究内容本课题主要围绕以下进行研究：1•研究3mm厚不锈钢和铜板窄间隙的对接焊接工艺,确立合理的焊接工艺获得满意的不锈钢与铜焊接接头。基于此，本课题的思路是：1） 利用现有的设备，对3mm厚不锈钢和铜板进行试焊，摸索焊接工艺。2） 通过调节TIG焊的焊接参数和焊枪的位置对3mm厚不锈钢和铜板进行焊接，并把所有的焊接参数记录在记事本中。3） 对窄间隙下温度场的分析，确定相应的保护时间和保护程度。4） 通过对焊缝外观尺寸形状进行观察以及金相分析，得到其中最好的一组数据焊接参数。四、 实验方案、实验方法及进度安排焊前准备，为了保证焊接质量，在焊前必须对铜件进行酸洗，不锈钢进行除油，还有就是焊前要对焊件预热，预热温度一般为300-550°C,填充材料：纯镍。利用现有的焊枪和简单的保护措施，用手工电弧焊的方法对3mm不锈钢和铜薄板进行试焊接。焊接时，焊枪、焊丝和工件之间必须保持正确的相对位置如图（1T）焊直缝时通采用左向焊法。焊丝与工件间的角度不宜过大，否则会打乱电弧和气流的稳定。手工钨极氩弧焊时，送丝可以采用断续送进和连续送进两种方法。要绝对防止焊丝与高温的钨极接触，以免钨极被污染、烧损，电弧稳定性被损坏。还有就是钨极要便向铜侧，使铜接受电弧热量较多。丨-咗啸：1-例按:电議叶塔4卅佇G-熔世7-址上叫掩胃-恬性气佟图1-1实验进度安排如下：10.8布置毕业设计事项；10.9〜10.18查阅技术文件，提出开题报告;10.19开题报告；10.20〜11.22试验研究；11.22期中检查；11.23〜12.15试验研究；12.16〜12.25撰写论文；12.27〜12.28答辩。五、完成课题主要困难及解决办法不锈钢和铜的焊接主要存在三个问题：焊缝易产生热裂纹由于铜与不锈钢钢会形成低熔点共晶，以及线膨胀系数相差较大，焊缝容易产生热裂纹和晶界偏析（即低熔点共晶合金或时铜的偏析），因而焊接时，在较大焊接应力作用下，呈现出宏观裂纹。热影区产生铜的渗透裂纹 铜与不锈钢焊接时容易出现铜的渗透裂纹。为防止渗透裂纹产生，需要合理选择焊接工艺，选用小的焊接热输入量；同时还要选择合适的填充材料，控制易产生低熔点共晶的元素(S,P,Cu2O,FeS,FeP),向焊缝中加入Al,Si，Mn，Ti,V,Mo,Ni等元素。焊接接头力学性能降低在焊接热循环作用下，接头中晶粒严重长大，杂质和合金元素掺入焊缝，容易形成各种脆性的低熔点共晶或脆性相，使接头的塑性、韧性、导电性、耐腐蚀性等显著下降。此外，金属的表面状态也会产生影响，如金属表面的氧化膜、表面吸附的空气分子、水等，都会给焊接造成很大的影响，焊接过程中也应给予充分重视。解决的措施：•仔细研究制作试样的技巧，多向师兄请教学习；•与老师一起多做研究与探讨避免试验及数据处理过程中走弯路；•多查看相关外文文献，加深对课题的了解，逐渐完善实验方案，得到具有实际意义及可行性的试验方案及结果。参考文献王文翰•焊接技术手册[M].郑州：河南科学技术出版社，2001.洪永昌.铜与钢的二氧化碳气体保护焊实验研究[J].2003,13(1)：13.JergenB.Coldmetaltransferhasafuturejoiningsteeltoaluminum[J].WeldingJoumal，2005(6)：38-40.张富巨，罗传红.焊接技术[J]2000,29(6)：33.胡存根，张富巨•焊接技术[J]2001,30(2):47.吴全兴.稀有金属快报[J]2004,23(12):44.AcademicianIVGorynn.Titanium99':ScienceandTechnologyCentralResearch“Prometey"[C].Russia：St.Petersburg，1999：1.UshkovS，KhesinJD，SuvorovNV.Titanium99':ScienceandTechnologyCentralResearch“Prometey"[C].Russia：St.Petersburg，1999：1050.杨春利，林三宝.电弧焊基础[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.20-26.E.Budillon，J.P.Peyronnet..We