摘要：随着我国经济的迅速发展，我国电力建设也取得了良好的发展成果，然而当前电力建设的现状还存在着不足，其中焊接工艺方面就是一个突出的问题。由于黄铜与不锈钢这两种异质材料的焊接性具有较大的差别，为了使黄铜与不锈钢焊接工艺的高效性得到提升，本文首先分析了黄铜的成分与焊接性及奥氏体不锈钢的成分与焊接性能，之后探究了黄铜与奥氏体不锈钢的焊接工艺，以此为保证黄铜与不锈钢焊接质量奠定基础。
关键词：黄铜；不锈钢；焊接；工艺
在空气分离设备制造中，为了使产品拥有较强的韧性与良好的低温性能，常常采用黄铜与不锈钢焊接的产品结构；黄铜和不锈钢焊接工艺与电厂安装工作有着密切联系，电厂安装作为电力建设的重要组成部分，其占据着重要地位。然而由于黄铜与不锈钢这两种材料具有较大的焊接性差别，保证焊接质量成为一个主要难题，因此，分析如何采取有效方法焊接这两种材质的零件具有重要意义，本文将着重探讨黄铜与不锈钢焊接工艺，以此为黄铜与不锈钢焊接取得良好质量提供一些参考。
1.黄铜的成分与焊接性
1.1黄铜的成分与焊接性
黄铜是空分设备制造行业中常用的一种的材料，铜锌二元合金是其主要成分，该合金中，存在着较大范围的含锌量变化，在400℃以下，黄铜内部包含三种组织；在35℃时，纤维组织中只有单相的α固溶体；在36%~46%时，显微组织中仅有β相。对于单相的α黄铜来说，其具有较多优势，比如，稳定的低温性能、良好的塑性等，在冷轧板材、管材等制造中具有重要应用价值[1]。双相黄铜具有的热变形特点，常被热轧成棒材、板材，而单相黄铜在低温设备焊接加工中的应用最为适宜。
1.2黄铜的焊接性能
黄铜中，锌的沸点只有907℃，相对较低，在采用焊条进行电弧焊时，锌在焊接高温下的蒸发量为40%左右，大量损失的锌将会降低焊接接头的力学性能与耐蚀性，增强应力腐蚀的敏感性，蒸发后的锌将会形成氧化锌，主要是受到空气因素的影响而被氧化，在这一作用下，氧化形成的白色烟雾不仅会造成环境的污染，且对焊工人员的身体健康带来很大危害[2]。另外，黄铜对于焊接性能方面还存在不足，气孔、裂缝等现象在焊接时经常出现，因此，如何降低锌在焊接过程中蒸发量是黄铜焊接中面临的主要问题。
2.奥氏体不锈钢的成分与焊接性能
空分行业中，奥氏体不锈钢是管道、接管、筒体中经常应用的材料，三元合金是不锈钢的主要成分，其具有较稳定的奥氏体组织。
奥氏体不锈钢的塑性与韧性相对较强，且在焊接过程中并不会产生淬火硬化的问题。其与碳钢相比，线膨胀系数更大，但对于冷裂纹的发生却很少出现。焊材的选择十分重要，如果选取不合适的焊材，将极易产生热裂纹。
3.黄铜与奥氏体不锈钢的焊接工艺
3.1接头型式
对接接头、角接接头是黄铜与不锈钢焊接常用的焊接接头型式，具体见图1、图2。
3.2焊接工艺
应用焊条电弧焊、氩弧焊都能实现对接接头、角接接头。
3.2.1焊条电弧焊
对于焊条的选取，主要采用ECuSn-B（T227）、ECuAI-C（T237）含硅的青铜芯焊条，焊前应清理焊件的表面存在的油类杂质，主要是防止氢气的产生。由于黄铜的铜液具有较大的流动性，因此，溶池应当达到水平位置；如果熔池必须倾斜，那么倾角应＜15°。预热焊缝及两侧各100mm范围内的焊件体的温度为400℃~500℃[3]。选取直流正接的电源，V型坡口角度应在60℃~70℃以下。将短弧焊接应用于施接当中，焊条以直接移动的方式沿着焊缝移动，在这个过程中不得出现前后与横向的摆动，需要注意焊接电流设定应为150A，焊接速度应达到0.25~0.3min以上，如果需要进行多层焊，需清除层与层之间的氧化膜及杂质。
3.2.2氩弧焊
将含硅的锡黄铜焊丝HSCuZ-1（HS221）、铁黄铜焊丝HSCuZ-2（HS222）、硅黄铜焊丝HSCuZ-4（HS224）应用于手工钨极氩弧焊焊丝中，采用V型坡口，角度应在60℃~70℃以上。焊前的第一步清理焊件表面，需将油污、灰尘、氧化物等杂质彻底清除，以防止其产生氢气；将焊缝及其两侧各100mm范围内的焊件体进行预热，预热温度应达到300℃~400℃[4]。焊接电流设定为180A，并将氩气流量设定为8L/min；对于焊接速度方面，应大达到0.2~0.25m/min以上，另外，对于整条焊缝应保证一次焊完。
对于厚度较大的母材来说，比如，16mm以上的母材的焊接，在焊接电流的设定与焊接速度方面也应当有所调整，260~300A的焊接电流设定最为适宜，并选取5mm钨极直径，3.5~4.0mm的焊丝直径，氩气流量的设定在20~25L/min最佳[5]。
由于黄铜与奥氏体不不锈钢焊接凝固过程中极易产生裂缝的现象，主要是由于熔池的内应力较大所致，为了使这一问题得到解决，使金属粒子的熔合达到良好效果，焊后进行退火处理十分有必要。退火处理的参数如图3所示。
3.3奥氏体不锈钢与铸黄铜的焊接
为了保证奥氏体不锈钢与铸黄铜的焊接质量，可采取以下焊接工艺，具体操作为：首先进行焊前的准备工作，清理干净工件接口处的油污及杂质，采用铜227磷青铜电焊条，在应用之前需对其进行烘焙1~2小时，温度必须达到250℃。同时需要对预热范围进行控制，其受热面积不能过大，否则极易导致变形的现象发生[6]。另外，对于引弧来说，不应在工件表面展开，可以选用引弧板进行操作。熄弧时，应将焊条末端稍做断续收弧动作，并填满弧坑。在连续焊接过程中可采取直线运条法，尽量压低电弧，一般情况下应小于焊条直径。在对焊条的更换过程中，应当保证较快的速度，需在熔池未冷却之前完成焊条的更换。焊条直径的选择上，3.2毫米、4.0毫米、5.0毫米最为适宜；在焊接电流的设定方面，90~130安、120~160安、150~200安最佳。完成焊接工艺之后，需要进行焊后的处理工作，应当敲击整个焊道，可采用尖锤进行敲击，其目的是为了增加焊道组织的致密性，同时使部分应力得到消除。另外，还需要做好焊缝的保温处理，可以将石棉等保温材料应用其中，其目的是为了防止焊缝因温度的急剧下降而导致裂纹的产生。
4.结语
总而言之，黄铜与不锈钢材料的焊接性具有较大差别，在焊接质量上面临着一定的挑战。为了解决焊接上的难题，本文主要对黄铜与不锈钢焊接工艺进行研究，在充分了解黄铜的成分与焊接性，以及奥氏体不锈钢的成分与焊接性能的基础上，创制了高效的、便捷的黄铜与奥氏体不锈钢的焊接工艺，以此为保证黄铜与不锈钢的焊接质量提供有效的参考建议。
参考文献
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[2]王玉玲, 张翔宇, 胡小红. 钛合金-不锈钢异种材料激光焊接工艺研究[J]. 激光技术, 2017, 41(6):816-820.
[3]周广涛, 刘洪生, 张华. 水龙头壳体激光焊接工艺参数对焊缝质量的影响[C]// 全国特种加工学术会议. 2015.
[4]芦娅妮, 高磊, 张莹莹,等. 黄铜换热器管头焊接工艺研究[J]. 当代化工, 2014(6):1035-1038.
[5]郑传奇. 软铁-黄铜高频感应熔敷焊接工艺及界面行为研究[D]. 哈尔滨工业大学, 2014.
[6]杨毅坤, 韩文庆. 高压黄铜管道焊接工艺改进[J]. 科教导刊:电子版, 2016(25):131-131.
论文作者:赵光春
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/8/22
标签：黄铜论文; 不锈钢论文; 奥氏体论文; 焊条论文; 焊接工艺论文; 焊丝论文; 成分论文; 《电力设备》2018年第14期论文;