鋼是金屬結(jié)構(gòu)中最常用的材料，具有一系列優(yōu)良的性能，如穩(wěn)定的力學(xué)性能、良好的焊接性、熱穩(wěn)定性等。銅及銅合金都具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和塑性，而且有一定的強(qiáng)度和良好的加工性能[1]，有些銅合金還具有較高的強(qiáng)度和耐蝕性。鋼與銅及銅合金的連接可以充分發(fā)揮各自的性能與特點(diǎn)，達(dá)到物盡其用的效果，并且可以大大節(jié)省材料，降低成本。目前公司某產(chǎn)品油管路中出現(xiàn)了銅與不銹鋼的焊接結(jié)構(gòu)。新的焊接結(jié)構(gòu)需要對(duì)其焊接性進(jìn)行詳細(xì)的研究，針對(duì)此焊接結(jié)構(gòu)，我們選擇合適的焊接材料、焊接方法并優(yōu)化焊接工藝，最終得出滿足設(shè)計(jì)要求的優(yōu)良焊縫。
1. 實(shí)驗(yàn)
1.1 材料
新開發(fā)油管路中的銅管材料為TP1，不銹鋼管材料為06Cr19Ni10，兩者規(guī)格均為?22 mm×2 mm（外徑×壁厚）。TP1和06Cr18Ni9的化學(xué)成分分別如表1和表2所示。
1.2 焊接
1.2.1 焊接性分析
鐵–銅相圖如圖1所示。鐵與銅在液態(tài)時(shí)互相無(wú)限固溶。兩者在固態(tài)時(shí)有限固溶，不形成金屬間化合物；當(dāng)鐵向銅擴(kuò)散時(shí)，形成有限溶解度的ε相固溶體。在1094 °C時(shí)，鐵在銅中的溶解度為4%，650 °C時(shí)鐵在銅中的溶解度為0.2%，當(dāng)溫度繼續(xù)降低時(shí)，溶解度將無(wú)明顯變化。而鐵和銅在高溫時(shí)的原子半徑、晶格類型和晶格常數(shù)以及原子的外層電子數(shù)等比較接近，這對(duì)原子間擴(kuò)散是較為有利的因素，有利焊接連接。但是鐵和銅在熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù)和力學(xué)性能等物理性能方面的差異仍會(huì)給焊接造成許多困難。比如：銅的線膨脹系數(shù)比鐵大40%左右，鐵-銅合金的結(jié)晶溫度區(qū)間很大（約為300～400 °C），加之又容易形成（Cu+Cu2O）、（Ni+Ni3S2）、（Fe+FeS）等多種低熔點(diǎn)共晶成分，這些共晶體將導(dǎo)致兩者之間的焊縫容易產(chǎn)生熱裂紋。焊縫中Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%~1.1%時(shí)，焊縫組織呈粗大的α單相組織，抗裂性很差；隨著鐵含量的增加，焊縫逐步變?yōu)椋é?ε）雙相組織，特別當(dāng)Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%~43%時(shí)，焊縫抗裂性最好[2]。
