T2紫銅與304不銹鋼焊接以往均采用氣焊方法，由于產(chǎn)品是在高溫下使用，焊接接頭經(jīng)循環(huán)加熱會出現(xiàn)松動現(xiàn)象，造成滲漏及接頭強(qiáng)度降低，部分接頭不能達(dá)到使用要求。采用氬弧焊焊接T2紫銅與不銹鋼焊縫，經(jīng)反復(fù)試驗發(fā)現(xiàn)，工藝性能良好、操作簡單、焊接質(zhì)量穩(wěn)定，大大降低了制造成本，縮短了生產(chǎn)周期，提高了接頭的強(qiáng)度。
宇航興達(dá)真空設(shè)備制造有限公司承接北京丹普表面技術(shù)有限公司真空室工程，此室體冷井部分有1根過渡管，材料為T2紫銅，與室體連接處為304不銹鋼，以往均采用氣焊焊接，氣焊主要以氧乙炔氣體為能源，焊縫母材不熔化，利用低熔點(diǎn)的釬料填充焊縫。焊接時環(huán)境惡劣，工藝復(fù)雜，外觀質(zhì)量較差，一般焊工無法完成焊接，T2紫銅管一旦熔化就面臨報廢危險，成本增加，工期延長。鑒于現(xiàn)狀，公司決定以氬弧焊焊接T2紫銅與304不銹鋼為課題進(jìn)行試驗研究。
1、T2紫銅與304不銹鋼的焊接性分析
T2紫銅和304不銹鋼的化學(xué)成分見表1。鐵-銅相圖見圖1，鋼和銅在高溫時的晶格類型、晶格常數(shù)和原子半徑非常接近，在液態(tài)時無限固溶，固態(tài)時有限固溶，不形成金屬間化合物。當(dāng)鋼向銅擴(kuò)散時，形成有限溶解度的ε固溶體，1 094℃時鋼在銅中的溶解度為4%，650℃時為0.2%，溫度再降低，溶解度無明顯變化。這些因素非常有利于鋼與銅之間的焊接。但是在熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率和線膨脹系數(shù)方面的差異較大，會給兩種材料的焊接帶來困難。銅的熔點(diǎn)是1 083℃，304不銹鋼的熔點(diǎn)是1 450℃，銅的線膨脹系數(shù)約比鋼大40%，鋼-銅合金的結(jié)晶溫度區(qū)間很大，約在300~400℃，加之容易形成（Cu+Cu2O）、（Fe+FeS）、（Ni+Ni3S）等低熔點(diǎn)共晶，所以鋼與銅焊接時容易產(chǎn)生熱裂紋。焊縫中w（Fe）=0.2%~1.1%時，焊縫組織呈粗大的α單相組織，抗裂性很差；隨著含鋼量的增加，焊縫為（α+ε）雙相組織，當(dāng)w（Fe）=10%~43%時，抗裂性最差，焊接方法及焊接工藝對焊縫影響非常大。
2、焊接性能對比
2.1氣焊特點(diǎn)
以往采用氣焊焊接T2紫銅與304不銹鋼，配以美國Harris-0焊絲（化學(xué)成分見表2），以氧乙炔氣體作為能源，焊接時環(huán)境惡劣，技術(shù)難度高，焊縫成形差，由于氣焊的特點(diǎn)是母材不熔化，接頭靠熔化的焊絲連接，銅焊絲熔點(diǎn)為1 083℃，而產(chǎn)品使用溫度接近1 083℃，所以先焊好的管子因使用過程中反復(fù)加熱會經(jīng)常出現(xiàn)松動現(xiàn)象，造成滲漏及接頭強(qiáng)度降低，部分接頭根本達(dá)不到使用要求，水壓試驗僅承受2.5 MPa的壓力。目前真空室冷井室體304不銹鋼與冷卻水管T2紫銅的焊接大多出現(xiàn)了這個問題，給真空裝置的正常運(yùn)行帶來隱患。
2.2氬弧焊特點(diǎn)
現(xiàn)采用氬弧焊接，同樣配以美國Harris-0焊絲，100%純氬氣保護(hù)。體積很小的焊槍適合任何位置焊接，由于T2紫銅與304不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)不同，所以前者比后者散熱快，因此先在T2紫銅一側(cè)起弧，塢極電弧以不熔化母材為準(zhǔn)，目的是對T2紫銅管進(jìn)行預(yù)熱，待預(yù)熱溫度達(dá)到600~700℃時，電弧回拉到焊縫中心開始填充焊絲，鎢極電弧圍繞環(huán)管以左焊法施焊。待形成熔池后，向左方向推進(jìn)，邊推進(jìn)邊填充焊絲，焊接過程中將2/3的熔池控制在T2紫銅母材上，減少304不銹鋼成分過多地遷移到焊縫，熄弧以后延緩3~5 s斷氣，以防因氣體保護(hù)不良，焊縫氧化而產(chǎn)生裂紋影響焊接質(zhì)量。焊接完工后，按JB/T 4730.5—2005滲透檢測對焊縫進(jìn)行表面檢驗，無任何缺陷。水壓試驗達(dá)到4.0 MPa壓力，氬弧焊接頭如圖3所示。
3、結(jié)論
采用兩種不同焊接方法均可以焊接真空室體冷井部分304不銹鋼與T2紫銅管，而采用氬弧焊接時兩種母材與焊絲液態(tài)時無限固溶形成一體，提高了焊接接頭的抗裂性能，其各項檢驗均符合技術(shù)要求。