低磁鋼與純銅的焊接工藝研究

沈小治

1. 概述

近年來，由于工業生產技術的迅速發展，使不銹鋼、低磁鋼等與銅及銅合金的焊接應用得到了日益廣泛的發展。尤其低磁鋼20Mn23AlV具有極低的磁導率和良好的力學性能及易加工性能，可以替代低磁奧氏體不銹鋼及有色合金廣泛用于變壓器、磁選機及電動機等電器設備中不導磁部件的制造。

低磁鋼20Mn23AlV與純銅的焊接不僅充分發揮了材料各自的性能和作用，而且大大節省材料，降低成本。

2. 焊接特點

純銅不僅具有良好的導電性、導熱塑性，而且有一定的強度和良好的加工性能。

在鐵-銅合金狀態圖中顯示：鐵與銅在液態時無限互溶，固態時有限互溶，不形成金屬間化合物；當鐵向銅擴散時，形成有限溶解的ε固溶體。鐵與銅及銅合金的物理性能和力學性能相差極大。熔點、熱導率、線膨脹系數、力學性能等都有很大的不同，這對焊接不利。但鐵與銅在高溫時的原子半徑、晶體晶格類型、晶格常數以及原子的外層電子數等比較接近，這對原子間擴散、鋼與銅及銅合金焊接來說，又是較為有利的因素。

3. 低磁鋼與純銅焊接存在的主要問題分析

（1）焊縫易產生熱裂紋 這與低熔共晶、晶界偏析以及銅與鋼的線膨脹系數相差較大有關，在焊縫中出現晶界偏析，即低熔點共晶合金或是銅的偏析，因而焊接時，在較大的焊接應力作用下，呈現出宏觀裂紋。

（2）熱影響區產生銅的滲透裂紋 銅與低磁鋼焊接時對銅的滲透裂紋十分敏感。為防止滲透裂紋產生，首先要合理選擇焊接工藝，選用小的焊接熱輸入；其次是選擇合適的填充材料，控制易產生低熔共晶的元素（S、P、Cu2O、FeS、FeP），向焊縫中加入Al、Si、Mn、Ti、V、Mo、Ni等元素。

（3）焊接接頭力學性能降低 通常情況下，鋼與銅的焊接對接頭的要求不是很高。銅與碳素結構鋼進行氬弧焊時，接頭強度一般都能達到銅母材的強度，這與選擇填充材料和焊接參數有關。

4. 低磁鋼與銅的焊接

總結我公司多年生產制造經驗，低磁板與銅板的接頭形式為角接，焊接設備采用YD—630SS3HGE型直流氣保焊機，焊接方式采用熔化極氣體保護焊（MAG）。低磁板的化學成分及力學性能參如表1、表2所示。

（1）坡口制備 根據低磁板與銅板對接形式為平角接（見圖2），為解決銅板極難熔化需增大焊接面積，我公司采取在銅板上加工塞焊孔的方式予以解決塞焊孔加工尺寸如表3所示。

（2）焊接 ①焊接材料：采用f1.2mm的鋁青銅焊絲（SCu6100），純氬氣保護（純度99.99%）。②焊接方法：直流反接。③焊接設備：YD—630SS3HGE型直流氣保焊機。④焊接參數如表4所示。

表1 20Mn23AlV的化學成分（質量分數） （%）

表2 20Mn23AlV的力學性能

表3 銅板塞焊孔加工尺寸

圖1

（3）焊接工藝 ①塞焊引弧時應從孔中心鋼板上開始，引弧要求在鋼板上進行。②塞焊時要求盡量減小焊接電流，減慢焊接速度，以保證得到良好的外觀成形。

（4）焊后打磨及檢查 ①塞焊點及對接焊縫，焊后要求磨平。②所有焊縫打磨光滑，不允許有尖角、毛刺。③焊縫要求熔合良好，不允許存在貫穿性氣孔、裂紋、焊渣。④焊縫焊角高度不低于板厚的0.6~0.7倍。

5. 低磁鋼與純銅一般焊接缺陷的防治

（1）焊接飛濺 用常規的參數焊接時，飛濺很大焊縫與銅板不能很好地熔化在一起。把參數相應調大，焊槍偏向鋼板一側，加大了鋼板的受熱量，就能焊出了合格的焊縫。具體焊接參數如表4所示。

（2）焊接熱裂紋 ①焊接時應特別注意因電流較大，鐵在焊縫中占比例較大時很容易產生熱裂紋，特別是在弧坑處易出現弧坑裂紋。主要原因是由于鐵的過多熔入造成的，首先適當控制焊接參數和焊槍角度，達到控制鐵過多熔入焊縫；其次在銅板上打孔進行塞焊時，經常是銅板很難熔化，采用將直孔改為階梯狀塞焊孔（見圖2），這樣問題也就解決了。焊后檢測焊縫塞孔的抗拉強度和剪切強度都能達到要求。②如低磁鋼與純銅焊接后背面產生裂紋，我公司通常解決方法為：首先是對裂紋處徹底打磨清理；其次使用鎳基合金焊條ENi—0（Ni112）小參數進行補焊填充；清理打磨后利用氣壓進行檢漏。

表4 采用銅焊絲對低磁鋼與銅氣體保護焊的工藝參數

（3）焊接氣孔 ①將箱壁表面上的漆磨掉，將銅板用丙酮擦洗，控制氣體來源。②適當加大焊接參數增長熔池存在時間，使氣體有機會逸出。③適當加大氬氣流量，對熔池進行很好保護。

圖2

6. 結語

綜上所述，采用SCU6100鋁青銅焊絲進行低磁鋼與純銅的焊接工藝操作簡便，不僅符合實際應用的，滿足了變壓器產品的各項使用要求，而且獲得了良好的經濟效益，得到了推廣應用。

[1] 劉云龍.袖珍焊工手冊[M].機械工業出版社，1999：10.

[2] 王洪光.實用焊接工藝手冊[M].化學工業出版社，2010：3.