3  试验原理及过程 16

3．1  双丝焊试验原理 16

3．2  试验过程 16

3.2.1  焊接准备工作 16

3.2.2  焊接试验步骤 17

4  双丝焊试验结果 18

4．1  主焊丝是铜焊丝，辅焊丝是钢焊丝 18

4．2  主焊丝是钢焊丝，辅焊丝是铜焊丝 21

5  焊接接头的显微组织分析 24

5．1  主焊丝是铜焊丝，辅焊丝是钢焊丝的显微组织分析 24

5．2  主焊丝是钢焊丝，辅焊丝是铜焊丝的显微组织分析 28

5．3  铜钢对焊接头的显微组织分析 30

6  焊接接头的硬度测试分析 32

结  论 34

致  谢 35

参 考 文 献 36

1  绪论

1．1  铜-钢异种金属焊接的发展现状

伴随着全球经济的快速发展和科学技术的不断提升，新材料、新设备、新工艺的不断涌现，从而对零部件的性能的要求越来越高。例如硬度、耐腐蚀性、耐磨性、导电性、导热性、低温性能、高温持久强度等多方面的性能。采用铜和钢复合零部件，由于它们在经济与性能上优势互补，因此具有十分广阔的应用前景。比如新一代的航空发动机采用双相不锈钢与铬青铜的电子束焊接[1]，转炉炼钢的氧气管道需要采用不锈钢管和T2铜管焊接[2]，弹带上纯铜和钢的熔敷扩散焊[3]等。

本课题对铜钢异种金属板材进行双丝堆焊实验，采用的机器是法国SAF公司的R450型号的双丝焊设备，从而实现铜钢异种金属的优质高效焊接。然后根据焊接参数的不同将试样分成不同的组别进行试验，然后将所得焊缝进行互相比较，从而选择好的焊接工艺参数。将焊缝切割成块状然后进行金相组织试验以及硬度测试试验，最后得到焊缝试样的宏观与微观金相图以及焊缝区的硬度分布情况。

1.1.1  铜-钢焊接的主要特点

在铜-钢焊接中，由于铁和铜的熔点、线膨胀系数、导热系数和力学性能等都有很大的差异[4]，因此焊接时很容易在焊接接头处产生应力集中，产生各种焊接裂纹。但是钢与铜的原子半径、晶格常数、晶格类型以及原子的外层电子数目都没有太大差异，而且铁与铜在液态时是无限互溶，虽然在固态时为有限互溶，但是这并没有形成脆性的金属间化合物，反而是以α+ε的双相组织的形式存在，这就是铜钢能够实现焊接的基本依据。因此如果想要得到正常并且优质的焊接接头，必须要先克服铜和铁在物理性能上的差异所引发的焊接难点。

钢与铜及铜合金的焊接过程中主要存在以下几个问题：

（1）热裂倾向大[5]

在焊接的过程中，焊接的接头之所以这么容易有热裂纹的出现，是因为在铜和铜合金中有合金元素和有害杂质的存在，它们在焊接过程中容易形成脆性化合物和低熔共晶体，而这些脆性化合物和低熔共晶体容易发生偏析，这导致接头容易出现热裂纹。

（2）难熔合且易变形

因为铜及铜合金的热导率比普通的碳钢要大到7~11倍，采用熔焊的时候大量的热量从母材上散失，因此焊缝区达不到其融点，造成难熔合。除此以外，铜的收缩率和线膨胀系数是铁的两倍以上，因此在无拘束条件下焊接容易变形。