焊接小知識:鋼和銅能焊接在一起嗎?

鋼和銅能焊接嗎?

答覆:

能,在《焊接手冊》中認為鋼與銅的焊接屬於較容易焊接的異種鋼接頭。

解釋:

鋼的主要成分鐵與銅在液態時無限固溶,固態時有限固溶,不形成金屬間化合物(見圖鐵-銅二元相圖)。由於鐵(鋼)和銅在高溫時的晶格類型、晶格常數和原子半徑等都很接近,它們之間的焊接比較有利。一般認為焊縫中以Fe的質量分數為0.2%-1.1%時,焊縫組織為粗大的α單相組織,抗裂性很差;隨含鐵量的增加,焊縫為(α+ε)雙相組織,特別當以Fe質量分數為10%-43%時,抗裂性最好。


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鋼與銅焊接仍存在很多問題

鐵與銅固態時有限固溶,形成有限溶解度的ε固溶體,650℃時鐵在銅中的溶解度僅為0.2%,1094℃時為僅4%;兩者物理性能方面的差異大,銅的線脹係數比鐵的大40%左右;鐵-銅合金的結晶溫度區間約為300-400℃,還容易形成(Cu+Cu2O)、(Fe+FeS)、(Ni+Ni3S2)等多種低熔點共晶;液態銅或銅合金對近縫區鋼的晶界有較強的滲透作用。

這些特性決定了鋼與銅焊常常會出現以下問題:

1. 焊接熱裂紋。

2. 晶間滲入和滲透裂紋。一般發生在鋼側基體的近焊縫區,見下圖。


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資料表明,含 Ni、 Al、 Si的銅合金或焊縫中加入 Mn、 Ti、 V等元素,可有效降低滲透裂紋傾向,如 Ni的含量高於16%(質量分數)時不產生滲透裂紋,而含錫的青銅卻會發生嚴重的滲透現象。此外,鋼的組織狀態也有重要影響,如液態銅能浸潤奧氏體而不能浸潤鐵素體,所以單相奧氏體鋼容易產生滲透裂紋,而奧氏體-鐵素體雙相鋼就不容易產生滲透裂紋。

3. 焊縫中泛鐵

一般認為焊縫中泛鐵是由於在焊縫中Fe含量高導致的,當無限固溶的液態金屬從高溫凝固成固態時,Fe溶解度大幅減小,在焊縫中形成泛鐵。泛鐵的出現會影響焊縫的性能。

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