T2紫铜与304不锈钢的氩弧焊接

1、T2紫铜与304不锈钢的焊接性分析

T2紫铜和304不锈钢的化学成分见表1。铁-铜相图见图1，钢和铜在高温时的晶格类型、晶格常数和原子半径非常接近，在液态时无限固溶，固态时有限固溶，不形成金属间化合物。当钢向铜扩散时，形成有限溶解度的ε固溶体，1 094℃时钢在铜中的溶解度为4%，650℃时为0.2%，温度再降低，溶解度无明显变化。这些因素非常有利于钢与铜之间的焊接。但是在熔点、热导率和线膨胀系数方面的差异较大，会给两种材料的焊接带来困难。铜的熔点是1 083℃，304不锈钢的熔点是1 450℃，铜的线膨胀系数约比钢大40%，钢-铜合金的结晶温度区间很大，约在300~400℃，加之容易形成（Cu+Cu2O）、（Fe+FeS）、（Ni+Ni3S）等低熔点共晶，所以钢与铜焊接时容易产生热裂纹。焊缝中w（Fe）=0.2%~1.1%时，焊缝组织呈粗大的α单相组织，抗裂性很差；随着含钢量的增加，焊缝为（α+ε）双相组织，当w（Fe）=10%~43%时，抗裂性最差，焊接方法及焊接工艺对焊缝影响非常大。

2、焊接性能对比

2.1气焊特点

以往采用气焊焊接T2紫铜与304不锈钢，配以美国Harris-0焊丝（化学成分见表2），以氧乙炔气体作为能源，焊接时环境恶劣，技术难度高，焊缝成形差，由于气焊的特点是母材不熔化，接头靠熔化的焊丝连接，铜焊丝熔点为1 083℃，而产品使用温度接近1 083℃，所以先焊好的管子因使用过程中反复加热会经常出现松动现象，造成渗漏及接头强度降低，部分接头根本达不到使用要求，水压试验仅承受2.5 MPa的压力。目前真空室冷井室体304不锈钢与冷却水管T2紫铜的焊接大多出现了这个问题，给真空装置的正常运行带来隐患不锈钢焊接管。

2.2氩弧焊特点

现采用氩弧焊接，同样配以美国Harris-0焊丝，100%纯氩气保护。体积很小的焊枪适合任何位置焊接，由于T2紫铜与304不锈钢导热系数不同，所以前者比后者散热快，因此先在T2紫铜一侧起弧，坞极电弧以不熔化母材为准，目的是对T2紫铜管进行预热，待预热温度达到600~700℃时，电弧回拉到焊缝中心开始填充焊丝，钨极电弧围绕环管以左焊法施焊。待形成熔池后，向左方向推进，边推进边填充焊丝，焊接过程中将2/3的熔池控制在T2紫铜母材上，减少304不锈钢成分过多地迁移到焊缝，熄弧以后延缓3~5 s断气，以防因气体保护不良，焊缝氧化而产生裂纹影响焊接质量。焊接完工后，按JB/T 4730.5—2005渗透检测对焊缝进行表面检验，无任何缺陷。水压试验达到4.0 MPa压力，氩弧焊接头如图3所示。