焊接工艺对bfe10-1-1白铜焊缝组织和性能的影响

焊接工艺对bfe10-1-1白铜焊缝组织和性能的影响

白铜是指以铜为主要合金元素的铜和黄金。铜和铜由铜和铜组成的二次氧化物称为普通铜。在此基础上，添加了铁、锌、铝、锰等元素，称为铁、锌、铝、锰等。在海洋、有机质、各种盐溶液等侵蚀手段中，白铜具有高度的化学稳定性。例如，军舰巡洋舰探测器、热交换器和其他耐腐蚀性零件，如黄色铜（含南宋30%）和黄色铜（含南宋10%）。它不仅可以防止脱屑和腐蚀，而且在温度和强度范围上都进一步提高。在p30的能承受污染和海上腐蚀方面，适用的温度可达到400c。在b10中添加0.75%的铁，耐腐蚀性可达到ab0，但可以节省白银。b.芬10-1-1铜和铜的焊接能力现在有很多研究。焊接过程中的一些问题包括空气、热断裂、渗透断裂、中温脆等。然而，到目前为止，很少有研究关于铜和铜材料的焊接。在这项工作中，通过工艺试验和实际焊接，详细分析了bf10-1-1白铜的焊接和焊接工艺，为该材料的工程应用提供了更多的参考。1试验方法和设备试验中采用的试验用母材为德国KME公司生产的ϕ340mm×16mm、ϕ220mm×11mm、ϕ60mm×4.5mmBFe10-1-1管材,其化学成分和力学性能分别见表1和表2.试验用焊接设备采用美国林肯公司生产的SQUAREWAVETIG355交直流两用钨极氩弧焊机,ZX5-400可控硅弧焊整流电源.焊缝填充材料选用美国INCO公司生产的MONEL187(相当于AWSA5.6ECuNi)焊条和MONEL67(相当于AWSA5.7ERCuNi)焊丝.试验中,采用不同的焊接规范对铁白铜管材进行焊接,焊接接头选用对接接头形式.焊后对管材接头进行力学性能试验和射线探伤.并对其焊缝和焊接热影响区组织进行金相分析.通过这些分析对焊接工艺的合理性进行研究,并探讨防止焊接接头出现焊接缺陷的有效方法.2试验结果及分析2.1坡口焊接工艺参数的确定BFe10-1-1白铜具有良好的综合力学性能,其导热性接近于低碳钢而比较容易焊接,在焊接时也不需要预热.与低碳钢不同的是,BFe10-1-1白铜在焊接过程中无明显的相变过程,线胀系数比低碳钢高约50%,焊接时会产生较大的应力和变形.其熔点比低碳钢低200～300℃,对硫、磷杂质很敏感,易形成热裂纹;同时,由于铁白铜中含有较多的镍,镍能急剧提高氢在铜中的溶解度,所以在焊接时,铁白铜焊缝会对氢气孔很敏感.根据这种情况,在焊接铁白铜管件时,所采用的焊接规范参数要进行筛选.坡口的尺寸参数也和焊接钢件时有一定区别.试验中,采用手工钨极氩弧焊内填丝单面焊双面成形工艺焊接根部打底焊缝.内填丝钨极氩弧焊焊接过程中,利用电弧将间隙处的坡口两侧钝边熔化,通过间隙把焊丝送至坡口钝边熔化部位填丝形成熔池,利用液态熔池金属的表面张力在坡口内表面形成焊缝.这种打底焊方式可以防止由于熔化金属自身重力造成的根部打底焊缝的内表面凹陷问题.根部打底焊缝焊好以后,再采用手工钨极氩弧焊填丝的方法将填充焊缝焊接至6mm左右,余下焊缝采用焊条电弧焊焊满(或全部采用钨极氩弧焊填满).焊接过程中,所采用的焊接工艺参数见表3.试验中发现,铁白铜管对接接头焊缝中最容易产生的缺陷就是气孔,为防止焊缝中产生气孔,一次焊缝厚度不宜超过3mm,焊接电弧应尽可能短.在焊接下一焊道之前必须将前一焊道表面的飞溅、氧化膜、焊渣及其他影响焊接质量的杂质用铝基砂轮清理至表面露出金属光泽.焊接铁白铜时,为保证手工钨极氩弧焊内填丝单面焊双面成形焊接工艺要求,需要考虑手工钨极氩弧焊填丝和焊条电弧焊的焊接可达性问题.通过大量的试验,最终确定了坡口的形状和尺寸.选定α为75°,钝边高度e为1.5mm,对接间隙c为3mm.如图1所示.选定的α比较大的原因主要是由于铜镍合金焊条熔化金属的浸润性较差,比较大的坡口角度可以改善成型,同时对防止气孔有利.而对接间隙较大的原因则主要是为了使填丝更容易.当管壁厚度变化不大时,坡口的尺寸可以不变,只要满足打底焊缝的要求即可.2.2拉伸试验和弯曲试验将无损检验合格的ϕ340mm×16mm铁白铜管对接接头解剖,按JB4708-2000的要求分别加工拉伸试样和弯曲试样,然后分别进行拉伸试验和弯曲试验.试验发现焊接接头的抗拉强度为325MPa,试件断于母材.并进行了试件的侧弯试验,试验参数D=2t,α=180°,试件表面完好,没有出现开裂现象.2.3金相组织与熔合线处的组织BFe10-1-1白铜母材的金相组织如图2所示,由图中可见母材组织为单一的α相,与普通白铜组织十分相似.图3是焊缝中心处的金相组织,可见在焊缝中仍然是单相的α相组织,但柱状晶的形态很明显.图4是焊接熔合线处的组织,图中右下方为焊缝,左上方为母材.由图中可见,虽然此处焊缝也为柱状晶组织,但熔合线附近的柱状晶明显不如焊缝中心粗大.且由于打底焊缝往往不是连续焊,柱状晶的方向也不是完全一致.2.4铁白铜焊接试验过程中发现,由于铁白铜的熔点低,焊缝结晶凝固过程进行得特别快,氢常常不易析出,熔池中容易形成氢气孔.根据有关资料介绍,铜合金在焊接高温下,其熔池吸氢量为熔点溶解度的3.7倍,而对铁来说,则只是1.4倍.即使不考虑铜的强导热性能的影响,高温熔池中所吸收的氢在冷却过程中也不易析出,而造成过饱和状态,并容易形成氢气孔.而且铜镍合金中的镍急剧提高氢在固态铜中的溶解度,因此焊接白铜时,焊缝对氢气孔往往更敏感.研究表明,当采用焊条电弧焊方法时,焊缝中更容易出现气孔,因此对焊条的烘干要求要比焊接钢铁试件时更高.另外,由于铁白铜的屈服强度比较低、线膨胀系数又比低碳钢约大50%左右,焊接时很容易产生横向收缩变形,使得焊接过程中装配间隙变小,甚至收缩到零.所以,在管对接接头进行装配时,要保证合适的装配间隙.当两种不同成分的铁白铜间进行焊接时,例如BFe10-1-1管件和BFe30-1-1法兰之间进行焊接时,由于BFe30-1-1比BFe10-1-1熔点高,较难熔化,故在焊接焊条电弧焊第一层填充焊缝时,会产生电弧向BFe30-1-1一侧偏吹的现象,这时,需采用ϕ2.4mm焊条直接分道焊接或采用钨极氩弧焊填丝焊接,可减轻电弧偏吹现象.3试验法.焊缝1)BFe10-1-1白铜的焊接性与普通白铜基本相同.采用蒙乃尔系列的焊丝和焊条可以获得满足