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收到初稿:2001206219;收到修改稿:2001208217作者简介:赵卫民,女,1970年生,博士生,讲师Tel :(0546)8396975 E -mail :ydyzwm @铜-低碳钢钎焊接头的耐蚀性评价赵卫民 韩 彬 韩 涛(11石油大学材料科学与工程系山东东营257061)摘要 通过动态挂片腐蚀实验、宏观和金相组织观察、SEM 及能谱分析等方法对采用Cu -Zn 钎料、Ag -Cu 钎料、Cu -P 钎料钎焊的无氧纯铜-低碳钢管钎焊接头的耐蚀性能进行了评价分析.结果表明:采用Cu -P 钎料时钢和钎缝间出现裂纹,接头遭受腐蚀后铜管内壁普遍腐蚀,同时钎缝因腐蚀而开裂;Cu -Zn 钎缝成型好,但钎缝本身出现由于金相组织发生选择性腐蚀而引起的局部蚀坑,铜管对应处也出现明显减薄性腐蚀;Ag -Cu 钎料所焊接头成型好,接头各处腐蚀轻微.建议采用Ag -Cu 钎料进行铜-低碳钢的钎焊.关键词 钎焊 钎料 耐蚀性中图分类号 TG 17412 文献标识码 A 文章编号 100226495(2002)0520296203EVAL UATION OF CORR OSION RESISTANCE OF MI LD STEE L -COPPER BRAZED JOINTSZhao Weimin ,Han Bin ,Han Tao(U niversity of Pet roleum ,Dongying 257061)ABSTRACT Copper -zinc ,silver -copper and copper -phosphorus brazing alloys are used in the brazing of mild steel pipe to copper pipe ,and the corrosion resistance of brazed joints are evaluated us 2ing macroscopic observation ,metallographic examination ,dynamic corrosion test ,SEM and EDX analy 2sis.Cracks appear at the interface between steel and braze metal when copper -phosphorus brazing al 2loy is used ,and the joint fails from this place after being corroded.The appearance of the braze metal is fine when copper -zinc brazing alloy is used ,but there is localized corrosion in the braze metal and ob 2vious general corrosion in the wall of the copper pipe after being corroded.In contrast with the above -mentioned two brazing alloys ,the joint produced by the silver -copper brazing alloy is sound.Its ap 2pearance is fine ,and its corrosion resistance is also high enough to meet requirements.It is suggested that silver -copper brazing alloy should be used in the brazing of mild steel to copper.KE Y WOR DS brazing ,brazing alloy ,corrosion resistance 感应钎焊广泛用于具有对称形状的中小型焊件,特别适用于管件套接、管和法兰、轴和轴套之类的接头.某厂用感应钎焊实现无氧纯铜管和低碳钢管的焊接,拟采用Cu -Zn 钎料、Ag -Cu 钎料取代原来用的Cu -P 钎料.本文主要从接头耐蚀性方面确定合适的钎料.1试验方法铜管材料为无氧铜1号,规格<28mm ×0.8mm ;钢管材料为Q235,规格<34mm ×6mm.所用钎料分别为Cu -Zn 钎料SHL103、Ag -Cu 钎料SHL304、Cu -P 钎料SHL204,其熔点依次为(℃):885～888,690～775和640～815,钎料的主要成分见表1.采用感应钎焊实现铜管与钢管的连接.将实际钎焊接头制成挂片试样,涂封接头的钢外表面,暴露钎缝与铜管内壁.动态腐蚀挂片实验在RCC -1型旋转挂片腐蚀试验仪上进行,腐蚀介质T able 1Composition of brazing alloysbrazing alloy composition ,mass %Cu AgPZn copper -zinc 52～56balance silver -copper 34±150±1balancecopper -phosphorusbalance14～164～6第14卷第5期2002年9月 腐蚀科学与防护技术CORR OSION SCIENCE AN D PR OTECTION TECHN OLOG Y Vol 114No 15Sep 12002为美国NACE 推荐的标准腐蚀液—3.5%NaCl 水溶液,试验温度(80±2)℃,介质流速(1±0.05)m/s.肉眼观察钎缝表面成型,金相分析铜-钢-钎缝断面,宏观及SEM (J SM -5410LV 型)观察分析腐蚀后的接头形貌,能谱分析接头典型部位(OX 2FORD Link ISIS ).2结果与讨论211钎缝的表面成型钎焊接头的结构是钢管包住铜管,钎焊后将钢管外表面刷上耐蚀涂料.由于钎缝和铜管与低碳钢的耐蚀性相差很大,而钎焊接头是在腐蚀环境下(锅炉水)工作,因此钎缝表面最好为圆弧过渡,且能遮盖低碳钢端面部位,以防止发生低碳钢的电偶腐蚀.采用3种钎料钎焊所得接头的成型:Cu -Zn 钎焊接头其钎缝为圆弧过渡,能遮盖低碳钢端面部位;Ag -Cu 钎料钎焊接头其钎缝有小的圆弧过渡,也能遮盖低碳钢端面部位;Cu -P 钎料钎焊接头的钎缝饱满,但不能盖住碳钢.因此Cu -Zn 和Ag -Cu 钎料均能满足要求,但Cu -P 钎料存在问题.212钎焊接头的耐蚀性钎焊接头在投入使用之后,与腐蚀介质相接触的一是铜管内壁,二是钎缝,因此腐蚀试验后主要考察这两处的腐蚀情况.21211铜管内壁 用肉眼及40倍立体显微镜观察腐蚀后铜管内壁发现:Ag -Cu 钎料钎焊的接头铜管内壁各处基本没腐蚀;Cu -Zn 钎料的接头腐蚀主要集中于对应钎缝位置处,其它区域腐蚀较轻,两者间有明显界线;Cu -P 钎料的接头铜管内壁腐蚀较轻,但在腐蚀作用下钎缝从与钢接界处完全裂开.用扫描电镜观察Cu -Zn 和Ag -Cu 钎料接头内壁,发现铜管腐蚀处均呈层片剥离状(见图1),且Ag -Cu 钎料的层片剥离很薄,腐蚀情况要明显轻于Cu -Zn 接头的腐蚀.同样材质的铜管在钎焊后耐蚀性会发生变化,主要是由于感应加热的影响.感应钎焊一般是通过控制加热功率、加热时间、保温功率和保温时间等参数来实现钎焊所需的热循环曲线.钎焊温度一般为钎料熔点以上100℃～150℃,为保证钎料充分的熔化、润湿以及一些必要的添隙反应的进行,必须在高温下保持一段时间[1].由于钎料的熔点及润湿性等不同,因此感应加热的参数就有所区别,接头处的铜管必然呈现不同程度的电化学不均匀性.文献[2]指出,降低线能量可以使接头的电化学不均匀性减小.Ag -Cu 钎料的熔点比Cu -Zn 钎料的低,焊接时热影响区内距钎缝相同距离的点其加热峰值温度低、受热影响小,相对应的接头的耐蚀性就好.各接头铜管内壁不管腐蚀程度如何,均呈层片状剥离,未出现点蚀坑等腐蚀形式,这是由于无氧纯铜为单相组织的结果.无氧纯铜含杂质量极少[3],属于微观电化学不均匀.尽管在热循环作用下,对应钎缝处的铜晶粒大小可能会变化,但由于没有相变,因此不会引起宏观电化学不均匀性.微观电化学不均匀性的特点是引起腐蚀区的均匀腐蚀.Cu -P 接头腐蚀后钎缝完全裂开,是由于其接头结合强度太低引起的.Cu -P 钎料会与母材作用生成固液同分化合物,其熔点常高于钎焊温度,因而使母材与钎料的反应界面包裹上一层化合物.此种化合物往往具有独立的晶格,相当稳定,性脆.Cu -P 钎料是钎焊铜常用的一种钎料,可获得坚固的接头.因为磷对铜的渗入能力很强,在钎焊时间内能与铜形成较宽的固溶体带,其钎缝结构是渐变的.在固Fig.1Morphology of cross section of copper pipes after being corroded (SEM )(a )copper -zinc brazing alloy be used (b )silver -copper brazing alloy be used7925期赵卫民等:铜-低碳钢钎焊接头的耐蚀性评价 Fig.2Morphology of braze metal after being corroded(SEM) (a)copper-zinc braze metal (b)silver-copper braze metal溶体带最上层是固液同分化合物带,化合物尽管是脆性相,但或多或少以笋状方式生长,它象钉子一样嵌入钎缝从而增加了钎缝的强度.但是,如果用Cu -P钎料焊铁合金,则不能形成宽的固溶体带以及组成渐变型结构,化合物通常以层状或连片地生长,接头的强度很低[4].对腐蚀前接头中的钢、铜及钎缝三者界面进行金相分析,发现Cu-P钎缝接头中有明显裂纹存在.Cu-P接头钎缝焊后即存在裂纹,放入腐蚀介质中后,腐蚀介质在毛细作用下进入裂缝,由于裂纹内部缺氧,因而与裂纹外金属构成大阴极小阳极的不利组合,腐蚀集中发生于裂纹,使接头沿钎缝完全裂开.21212钎缝 接头腐蚀后直接用肉眼观察,发现Ag-Cu钎缝的耐蚀性最佳,焊缝仍保持腐蚀前的光亮与颜色,而Cu-Zn钎缝表面有腐蚀产物.图2为钎缝SEM高倍放大照片,可以看出Cu-Zn钎缝出现明显的局部腐蚀沟(图2a),而Ag-Cu钎缝则遍布细小均匀的腐蚀坑,应属均匀腐蚀(图2b).Cu-Zn钎缝出现微观蚀坑的原因可能有两种:一是发生了成分选择性腐蚀,即脱锌腐蚀;二是发生了相选择性腐蚀.由腐蚀形貌看,发生脱锌腐蚀的可能性不大,因为Cu-Zn合金发生脱锌腐蚀后铜是呈海绵状形式存在[5],而从图中则看不到海绵状物质,且钎缝能谱分析也证明钎缝表面有较多Zn存在.由此可以断定,Cu-Zn钎缝发生了相的选择性腐蚀.Cu-Zn合金中当Zn含量小于39%时为单相α固溶体组织;Zn含量在39%～46%时为α+β’双相组织,其中β’相为以电子化合物CuZn为基的固溶体,性较脆;含Zn量再提高则出现纯β’相[3].实验所用Cu-Zn钎料Zn含量达46%左右,为双相组织.β’相和α相与腐蚀介质相接触,两者的电极电位不同,必然会导致其中电极电位较低的相遭受腐蚀.Ag-Cu钎缝发生了均匀腐蚀,这是由于微观腐蚀电池引起的.根据Ag-Cu-Zn三元相图[6],合金的Zn含量超过一定值后组织中会出现β、γ、δ、ε等脆性相,一般以Zn含量不大于35%为宜.由表1可以看出,所用Ag-Cu钎料中的Zn含量只在16%左右,钎缝组织应落在固溶体区.在固溶体枝晶间没有出现化学性能迥异的化合物相,因此当接头与腐蚀介质相互接触时,只出现微小腐蚀电池,从而导致产生焊缝的均匀腐蚀.3结论Cu-P钎料钎焊铜管和钢管,钢和钎缝间出现裂纹,且接头遭受腐蚀后铜管内壁普遍腐蚀,同时钎缝因腐蚀而开裂;Cu-Zn钎缝成型好,钎缝本身出现由于相组织发生选择性腐蚀而引起的局部蚀坑; Ag-Cu钎料接头耐蚀性能好,建议采用.参考文献:〔1〕唐德渝,谷霞,冯标等.焊接技术,1998,(6):26〔2〕З.М.古特曼著,金石译.金属力学化学与腐蚀防护.北京:科学出版社,1989.291〔3〕周振丰主编.焊接冶金学(金属焊接性).北京:机械工业出版社,1995.142〔4〕张启运,庄鸿寿主编.钎焊手册.北京:机械工业出版社, 1998.〔5〕中国腐蚀与防护学会《金属腐蚀手册》编辑委员会主编.金属腐蚀手册.上海:上海科学技术出版社,1987.376〔6〕邹僖主编.钎焊.北京:机械工业出版社,1989.31892腐蚀科学与防护技术第14卷。
摘要本论文主要研究铜与不锈钢的焊接工艺，即异种材料的焊接工艺研究，为异种材料铜和不锈钢的焊接提供理论基础和试验基础。
主要采用的焊接方法为钨极氩弧焊(TIG)焊。
不锈钢与铜中含有合金元素(Ni，Si，V)和杂质(O，S，P)，在焊接过程中易形成各种低熔点共晶体和脆性化合物，严重削弱了金属在高温时的晶间结合力。
由于铜导热系数比不锈钢大得多，需采用大功率热源，因此热影响区宽，使接头承受较大应力，焊缝易产生热裂纹。
近缝区不锈钢一侧易产生渗透裂纹，其原因是由液态铜对钢有渗透作用和拉应力造成的。
通过焊接检验可知，焊缝具有良好的性能；经金相检验，焊缝部组织均匀；紫铜和紫铜熔合区过渡均匀，结合良好；紫铜与碳钢熔合线平直，无孔洞，且Cu和Fe相互之间有一定程度扩散，熔合区为冶金结合。
关键词：紫铜；不锈钢；焊接工艺；金相分析AbstractThis paper studies in copper and stainless steel welding technology, Namely dissimilar material of welding technology research for the dissimilar materials copper and stainless steel welding to provide the theoretical foundation and experimental basis. The mainly welding processec is tungsten inert gas arc welding (TIG)welding.Stainless steel and copper alloy containing elements (Ni, Si, V) and impurities (O, S, P), in the welding process in the formation of low-melting-eutectic and brittle compounds, severely weakening the metal in the temperature of crystallization binding force. thermal conductivity of copper due to greater than stainless steel, to use high-power heat, the heat-affected zone width, the larger joints under stress, thermal weld cracks easily. seam zone near the side of easy to produce stainless steel Crack infiltration, which is caused by the liquid steel with copper on infiltration and the tensile stress.Through welding inspection, we can see that Weld has a good performance, the metallographic examination, the internal organization of uniform weld; copper and copper fusion zone transition uniform with good copper and steel fusion line is straight, no holes, and the Cu and Fe to a certain extent between the spread of fusion zone for the metallurgical combine.Key words copper, stainless steel; welding technology; metallographic analysis目录摘要 (I)Abstract II第1章绪论11.1课题研究的目的与意义11.2不锈钢、铜的焊接性分析11.3 铜和不锈钢在国外的发展现状 (5)1.3.1 铜与其合金材料在国外的发展现状与应用领域 (5)1.3.2 不锈钢材料在国外的发展现状与应用领域51.4 异种金属材料焊接存在的技术问题与缺陷 (6)1.5 本章的主要研究容 (7)第2章实验方法设备与材料82.1 引言 (8)2.2 试材料选择 (8)2.3 焊接方法与设备的选择 (9)2.3.1 焊接方法的选择与工艺 (9)2.3.2 实验设备的选择 (14)2.4 本章总结 (15)第3章实验结果与分析163.1 焊接接头金相组织分析容 (16)3.2 试验结果与分析 (17)3.2.1 TIG焊实验结果与分析 (17)3.2.2 TIG焊焊接接头组织微观显示图 (19)3.3 本章总结21结论22致 23参考文献24附录126附录230第1章绪论1.1 课题研究的目的与意义随着经济的迅速发展和科学技术的不断进度，新材料、新工艺、新设备不断涌现，对零部件的性能提出了更高的要求。
铜与不锈钢钎焊方法我折腾了好久铜与不锈钢的钎焊，总算找到点门道。
说实话，一开始我也是瞎摸索，什么都不懂。
最开始我就直接拿普通的钎料往上怼，那肯定是不行啊，就像你想把两个脾气不合的人硬凑在一起，根本不可能。
不锈钢和铜的材质特性不一样，普通的钎焊方法根本搞不定。
后来我查了些资料，说要选合适的钎料。
我就去买了一些专门用于铜和不锈钢钎焊的钎料。
但是光有材料可不够。
我第一次用新钎料的时候，温度没控制好。
我当时想，加热差不多就行了呗，结果那焊接的地方根本就不牢固，就像是勉强用胶水粘上的纸，轻轻一扯就开了。
后来我才明白，温度的控制很关键。
对于这种钎焊，你得有个合适的加热设备，像那种小型的火焰喷枪之类的。
我就借了个好点的喷枪重新来。
我把铜和不锈钢要焊接的部位清理得干干净净的。
这就好比是两个人见面之前都得把自己收拾得利利索索的一样。
不能有脏东西、油污啥的，不然肯定焊接不好。
然后我均匀地涂抹上钎料，开始用喷枪加热。
这个加热的速度得慢慢来，就不能心急。
就像煮一碗好汤，火太大了容易糊锅，火太小又煮不熟。
我一点点加热，时刻观察着钎料的融化情况。
还有一个我犯过的错就是焊接后的冷却。
我之前没当回事，焊接完了就放在一边，结果发现有些地方出现了小裂缝。
后来我才知道，冷却速度也是有讲究的。
得让它慢慢冷却，不能突然降温。
我就找了个保温的东西把焊接后的部件包起来，让它能够慢慢降温。
我还试过在焊接的时候加些助焊剂。
助焊剂这东西就像是催化剂一样，能让整个过程顺利很多。
但是我不太确定不同的助焊剂对铜和不锈钢钎焊的效果到底有多大差异，我现在还在尝试呢。
反正我现在知道了，要焊接铜和不锈钢，合适的钎料、精确的温度控制、焊接部位的清洁、适当的助焊剂和合理的冷却，这些都是要考虑到的。
不过我也知道可能还有更多的门道在里面，还得慢慢摸索。
·４４·材料开发与应用２００９年６月技术支持。
４．１工艺评定ＱＪｌ０２；试板为１２和ＩＣｒｌ７Ｎｉ，尺寸均为２５ｍｉｌｌ×２５焊接设备：焊炬Ｈ０１—６、焊嘴２号；ｌｎｌｎ×８０ｍｎｌ；钎焊材料：钎料ＨＬＡｇＣｄ２６—１６．７—１７、钎剂钎焊参数见表３。
表３火焰钎焊焊接参数焊前用汽油清洗零件，用砂纸清理焊接锈蚀和氧化膜。
采用中性焰内外焰往复摆动式加热所焊试件。
先加热铜，由铜向不锈钢过渡热量，以减少不锈钢的加热时间，避免不锈钢过烧。
加热时间约为１～２ｍｉｎ，温度为６３５～６７０℃。
试件加热后，将蘸有钎剂的钎料填满整个焊缝。
焊接时采用内焰，时间为２０～３０ｓ。
用外焰继续均匀加热１５～２０ｓ，以保证焊料充分流入焊缝内部。
４．２工艺评定试验结果（１）焊缝外观检验：焊缝成形饱满，无未熔合、气孔、夹渣、裂纹等缺陷；（２）力学性能试验：拉伸试验和剪切试验结果显示．焊缝接头强度大于母材Ｔ２的。
５工艺试验根据工艺评定结果，我们采用工艺评定的焊接参数，结合对三通管路结构的工艺性改进，进行了一组焊接工艺试验。
共１１套三通管路，经６ＭＰａ气压试验，保压２０ｍｉｎ，全数合格，符合产品气密性要求。
金相组织分析见图２，焊接接头钎料向母材扩散充分，钎缝和母材结合紧密，未出现剥离现象，结合力强度较高。
与渗漏产品的金相组织（图３）对比，不锈钢与铜材间出现明显的组织剥离现象．第２４卷第３期范宇洪等：Ｔ２紫铜与１Ｃｒｌ７Ｎｉ２不锈钢火焰钎焊焊接工艺技术研究‘４５·６焊接接头显微组织检测分析７结论经过分析和多次试验，我们配制了合适的浸蚀剂，如表４所示。
腐蚀时，先腐蚀钎料，后腐蚀母材，并注意每次蘸取少量浸蚀剂轻轻腐蚀，切忌过量以免造成腐蚀过头。
表４金相试样浸蚀剂材料浸蚀剂Ｔ２５％一１０％（质量浓度）硫酸与硝酸水溶液钎料１０％（质量浓度）过硫酸铵水溶液！竺！！Ｚ盟婆三氢丝丛主芝垫醒ｉＱ坚些垄！塑竺！显微组织见图４，图５，可见，焊缝处组织致密、母材成分均匀，无偏析及疏松等缺陷；钎料向母材扩散充分，结合紧密。
钎焊接头连接件以及焊缝设计与性能研究随着工业发展的需求不断增加，钎焊技术作为一种重要的连接方式，在各行各业得到了广泛应用。
本文将探讨钎焊接头连接件的设计原则以及焊缝设计与性能的研究，从而为相关领域的实际应用提供参考。
钎焊接头连接件是指通过钎焊技术将两个或多个金属零件连接在一起的装配件。
它具有以下几个主要部分：钎料、基材、填充材料和焊缝。
钎焊接头连接件的设计需要考虑以下几个因素：首先，钎料的选择对于接头连接的质量和性能至关重要。
钎料应具有良好的润湿性、流动性和可扩散性，以确保填充金属能够和基材充分融合。
常用的钎料有银基、铝基和铜基钎料，选择合适的钎料要考虑基材的材质、使用环境中的温度和压力等因素。
其次，基材的选择要与钎料相匹配。
基材可以是金属、陶瓷或复合材料等，不同的基材具有不同的物理性能和化学性质。
在设计钎焊接头连接件时，需要考虑基材的熔点、强度、蠕变性能等。
填充材料用于填充连接件之间的间隙，其作用是增加接头的强度和耐久性。
填充材料应具有良好的可塑性和可焊性，与钎料和基材相容性良好。
一般来说，填充材料应选择与基材相似的材质，以确保钎焊接头连接件的整体性能。
焊缝的设计是钎焊接头连接件中的关键环节。
焊缝的几何形状和尺寸直接影响接头的强度和耐久性。
一般来说，焊缝的宽度、深度和角度等参数应根据具体应用需求和基材的特性来确定。
较宽的焊缝可以提高接头的承载能力，但会增加焊接过程中的材料消耗和成本。
因此，焊缝的设计应在满足强度要求的基础上尽量减小焊缝的尺寸。
焊缝的性能研究是钎焊接头连接件设计中的重要环节。
通过对焊缝的力学性能、热力学性能和电化学性能等进行研究，可以评估钎焊接头连接件的可靠性和稳定性。
机械性能测试包括拉伸试验、冲击试验和硬度测试等，可评估接头的强度、韧性和硬度。
热力学性能研究可以揭示焊接过程中的热应力、残余应力和变形情况，以指导接头的制备和应用。
电化学性能测试则可以评估接头在腐蚀环境中的抗蚀性能。
