与铜合金超塑焊接接头形成过程分析

金属铸锻焊技术：“ｌＣａｓｔｍｇ・Ｆｏｒｇｉｎｇ・Ｗｅｌｄｉｎｇ

２００８年１月

钢与铜合金超塑焊接接头形成过程分析

韩彩霞

（威海职业（技术）学院机电工程系，山东威海２６４２１０）

摘要：基于４０Ｃｒ待焊面表层实施激光淬火组织超细化处理后，与ＱＣｒＯ．５异材实施恒温超塑性固态焊接可行性分析的基础上，探讨了恒温超塑性固态焊接的接头形成过程。试验结果表明：在４０Ｃｒ与ＱＣｒ０．５超塑性固态焊接的过程中，硬度较低的ＱＣｒＯ．５首先在硬度较高的４０Ｃｒ焊接面凸起处粘结，同时发生元素扩散，随焊接过程的进行，粘结物逐渐增多，元素扩散加剧，最终实现异材的超塑性固态连接。

关键词：钢；铬青铜；固态焊接；接头；粘结物

中图分类号：ＴＧ４５３

文献标识码：Ａ

文章编号：｝１００１．３８１４（２００８）０１．００３６．０２

Ａｎａｌｙｓｉｓ

ｏｎ

ＦｏｒｍｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓｏｆＳｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｅ

ａｎｄＣｏｐｐｅｒＡｌｌｏｙ

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Ｗｅｌｄｉｎｇ

ＪｏｉｎｔｏｆＳｔｅｅｌ

（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｗａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｅｉｈａｉ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ

ｏｎ

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Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｗｅｉｈａｉ２６４２００，Ｃｈｉｎａ）

ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅｗｅｌｄｉｎｇｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂａｓｅ

ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

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ｔｈａｔ，ｉｎｔｈｅ

ｃｏｕｒｓｅ

Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｌｏｗｅｒｈａｒｄｎｅｓｓｓｔｉｃｋｓｆｉｒｓｔｌｙａｔｉｎｔｈｅ

ｏｆｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃ

ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅｗｅｌｄｉｎｇｏｆ４０ＣｒａｎｄＱＣｒ０．５，ＱＣｒＯ．５ｗｉｔｈ

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ｗｅｌｄｉｎｇｓｕｒｆａｃｅ’Ｓｐｒｏｊｅｃｔｉｎｇｏｆ４０Ｃｒｗｉｔｈｈｉｇｈｅｒｈａｒｎｅｓｓ，ａｎｄｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔｄｉｆｆｕｓｉｏｎｓ

ｍｅａｎｔｉｍｅ．Ａｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｓｔｉｃｋｉｎｇｓｕｂｓｔａｎｃｅｓｉｎｃｒｅａｓｅｇｒａｄｕａｌｌｙａｎｄｅｌｅｍｅｎｔｓｄｉｆｆｕｓｉｎｇｂｅｃｏｍｅ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ；ｃｈｒｏｍｅｂｒｏｎｚｅ；ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅｗｅｌｄｉｎｇ；ｗｅｌｄｉｎｇｊｏｉｎｔｓ；ｔｉｃｋｉｎｇｓｕｂｓｔａｎｃｅ

钢与铜合金的复合构件能在性能与经济上优势互补而具有良好的应用前景。但由于二者在熔点等方面的较大差异，采用一般的熔焊方法难以获得良好的焊接接头【１］。目前，二者的焊接多采用真空扩散焊连接［２－３１。恒温超塑性固态焊接作为一种新的材料固态连接技术，具有工艺简单、成本低和能实现性能迥异的材料固态连接等优点，已成为近年来固态焊接非常活跃的研究领域。本文基于４０Ｃｒ待焊面表层实施激光淬火组织超细化处理后，与ＱＣｒＯ．５异材实施恒温超塑性固态焊接可行性分析的基础上，探讨了恒温超塑性固态焊接的接头形成过程，为工业应用提供试验依据。

态４０Ｃｒ钢，将其加工成咖１５ｍｍｘ２５ｍｍ试样。用ＣＷＣ０２激光器对４０Ｃｒ待焊面进行激光淬火预处理；因ＱＣｒ０．５本身具有超塑性１４一，无需进行预处理。将预处理后的４０Ｃｒ与ＱＣｒ０．５试样端面磨光并清洗，对接后置于ＷＪ一１０Ａ万能试验机上．用３ｋＷ电阻炉加热，由可编程温控仪ＳＨＩＭＤＥＮ—ＳＲ７３控温。加热至超塑变形温度（７５０℃），并在超塑应变速率下

（睁２．５ｘ１０４ｓ’１）经短时（ｔ）压接（焊接）后卸载空冷。将

焊后试样加工成咖５ｍｍｘ２５ｍｎｑ拉伸试样。在

Ｓ瑚黼ｚＵＡＧ．Ｉ型万能电子拉伸试验机上进行接

侧进行观察和成分分析。

头抗拉强度试验；对焊接面断Ｅｌ４０Ｃｒ侧与ＱＣｒ０．５

ｌ试验方法

试验采用热挤态铬青铜ＱＣｒ０．５和热轧退火

收稿日期：２００７．１０—２５

基金项目：甘肃工业大学省部共建有色金属新材料国家重点实验

室基金［２００３１、华中科技大学激光技术国家重点实验室开放基金（［２００１】０１１０）、河南省教育厅自然科学基金

ｆ２００３４３０２１

２试验结果与分析

经ｔ＝０

ｓ、６０Ｓ、１２０

Ｓ短时压接后所得试样的

抗拉强度分别为：１５４Ｍ．Ｐａ、２３４ＭＰａ、２５ｌＭＰａ，均断在界面处。

‘

图ｌ为焊后拉伸试样断在界面处的断口ＳＥＭ照片。可见。４０Ｃｒ侧断口主要由焊合区和未焊合区组成（Ｉｎ图ｌａｓ）。焊合区为沿ＱＣｒ０．５原加工痕迹（磨痕）凸起处的白亮区（Ａ区），未焊合区为

Ｈｏｔ

１）资助项目

作者简介：韩彩霞（１９７１一），女，河南新安人，讲师，硕士；

电话：１３７９２７０４０５６；Ｅ—ｍａｉｌ：ｈａｎｃａｉｘｉａ＠１６３．ｔｏｍ

Ｗｏｒｋｉｎｇ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００８，Ｖ０１．３７，Ｎｏ．１

万方数据

上半月出版

Ｃａｓｔｉｎｇ・Ｆｏｒｇｉｎｇ・Ｗｅｌｄｉｎｇ金属铸锻焊技术

图１焊后试样拉伸断口ＳＥＭ照片（０－－商６．６ＭＰａ，ｔ庐７５ｍｉｎ）

Ｆｉｇ．１

Ｔｈｅ

ＳＥＭｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓｏｆｓａｍｐｌｅｔｅｎｓｉｌｅ丘ａｃｔＩｌｒｅａｆｔｅｒｗｅｌｄｉｎｇ（０＂０＝５６．６ＭＰａ，ｔｏ＝７．５ｍｉｎ）

暗区（Ｂ区）。对４０Ｃｒ侧断口Ａ区能谱分析（图２）表明，其主要成分是铜，表明界面处已发生了ＱＣｒＯ．５与４０Ｃｒ的局部连接。在未焊合区（Ｂ区），可观察到原４０Ｃｒ表面磨痕。

（

ｕ

处的ＱＣｒＯ．５就首先与４０Ｃｒ发生连接，为焊合区。而相对凹处的ＱＣｒ０．５由于还未发生塑性变形，表现出直线状的凹坑，为未焊合区。

３焊接接头形成过程

ＱＣｒＯ．５侧：当焊接时间ｔ－－－ＯＳ时（图１ａ。），未焊合区（图中暗区）的凹坑深而宽，且呈连续分布。焊合区

∞厶

Ｕ

Ｃ１１

Ｆｅ

域较少。当ｔ＝６０Ｓ时（图ｌｂｌ），未焊合区（图中暗区）的凹坑深度变浅、宽度明显变小。由图１ｃ，可见，当ｔ＝

巍

０

～旦～上。．

２

４

６

８

盍

１０

１２０

１２

Ｓ时，ＱＣｒＯ．５侧未焊合区（凹坑）消失、形成较均匀

的韧窝，这时基本上实现了整个接头的冶金连接。

４０Ｃｒ侧：４０Ｃｒ侧的变形如图ｌａ２、ｂ２、Ｃ２、ａ３、ｂ３，ｃ３（其中图１ａ３、ｂ３、Ｃ３为高倍ＳＥＭ照片）。由图１ａ２可见：当ｔ－－－０Ｓ时，４０Ｃｒ侧未发生明显塑性变形。当ｔ＝

Ｅ｛ｋ～

图２图１ａ３中Ａ区成分分析

ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｒｅｇｉｏｎｉｎｐｉｃｔｕｒｅｌａ３

Ｆｉｇ．２

Ｔｈｅ

由图ｌａｌ、ｂ，、ｃ，可见，ＱＣｒ０．５侧断口也有焊合区和未焊合区组成。焊合区为图ｌａ，、ｂ。中颜色较亮区，该区有明显的韧性断裂特征；未焊合区为图ｌａ。、ｂ，中颜色较深的类似直线状的暗区，该区不具有韧性断裂特征。由于ＱＣｒ０．５的塑性、超塑性变形首先对应于该侧待焊表面原加工痕迹（磨痕）的凸起处，于是，该《热加工工艺》２００８年第３７卷第１期

６０ｓ，１２０Ｓ时，４０Ｃｒ上磨痕深度减小，间距增大（见

图１ｂ３、ｃ３）。当ｔ＝６０Ｓ时，白亮层呈块状分布（如图ｌｂ２所示）；当ｔ＝１２０Ｓ时，ＱＣｒＯ．５呈较连续的大片状连接到４０Ｃｒ上（如图ｌｃ２所示）。此时ＱＣｒＯ．５与４０Ｃｒ发生比较完全的冶金结合。４０Ｃｒ／ＱＣｒＯ．５焊后接头区显微组织如图３所示，可见，在超（下转第４１页）

３７

万方数据

上半月出版

Ｃａｓｔｉｎｇ・Ｆｏｒｇｉｎｇ・Ｗｅｌｄｉｎｇ

ｌ金属铸锻焊技术

形成较大的压力挤压刚塑性迁移区的金属．刚塑性压外围的材料向上迁移。右旋螺纹的搅拌针作用迁移区的金属受焊缝底部的高压区与焊缝中上部方式则相反。

的低压区的压力差作用，向上迁移，并汇集于低压（２）搅拌针上的螺距越大，有利于标示材料在焊区，焊缝塑性金属就是在密闭箱体内完成抽吸一挤缝厚度方向上的迁移，洋葱环的直径也增大；但螺距压过程。如果瞬时空腔填充不及时就会形成缺陷。

过大时，容易使底部材料的包铝层卷入焊缝中。

图４（ｂ）为右旋螺纹搅拌针作用下的焊缝塑（３）建立的抽吸一挤压物理模型能很好的解释性金属的抽吸一挤压物理模型。与图４（ａ）不同的塑性金属在焊缝厚度方向上的迁移方式。是垂直于螺纹表面的压力Ｐ是斜向上的，厂和Ｐ的参考文献：

合力方向为斜向上，因此在搅拌针的旋转过程中，［１］

ＣｏｌｌｌｉｇａｎＫ．Ｍａｔｅｒｉａｌ

ｆｌｏｗｂｅｈａｖｉｏｒ

ｄｕｒｉｎｇ

ｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒ

不断抽吸焊缝底部的材料向上迁移，并在焊缝底ｗｅｌｄｉｎｇｏｆ

ａｌｕｍｉｎｕｍ［Ｊ］．Ｗｅｌｄｉｎｇｊｏｕｍａｌ，１９９９，７（２）：

２２９．２３７．部形成一个瞬时低压区；向上抽吸的金属材料积［２】

Ｇｕｅｒｒａ

Ｍ，ＳｃｈｍｉｄｔＣ，ＭｃＣｌｕｒｅＪＣ，ｅｔａ１．Ｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎｓ

聚于轴肩下方，轴肩阻止塑性材料继续向上迁移，ｄｕｒｉｎｇｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒ

ｗｅｌｄｉｎｇ【Ｊ】．ＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，

聚集的材料在轴肩下方产生很大的压力，并开始

２００２，４９（２）：９５・１０１．

［３】Ｎｕｎｅｓ

ＡＣＪｒ，ＢｅｍｓｔｒｅｉｎＥＬ．Ａ

Ｒｏｔａｔｉｏｎ

Ｐｌｕｇ

Ｍｏｄｅｌ

ｆｏｒ

挤压四周的材料向下迁移，并汇集于瞬时低压区，ＦｒｉｃｔｉｏｎＳｔｉｒＷｅｌｄｉｎｇ［Ａ］．Ｔｈｅ８１ｓｔＡｍｅｒｉｃａｎＷｅｌｄｉｎｇＳｏｃｉｅｔｙ

如果低压区不能被及时填充就会形成缺陷。

Ａｎｎｕａｌ

Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ［Ｃ］．２０００．

【４】ＳｅｉｄｅｌＴＵ，ＲｅｙｎｏｌｄｓＡＰ．Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｆｌｏｗ

３

结论

ｉｎＡＡ２１９５ｆｒｉｃｔｉｏｎ—ｓｔｉｒｗｅｌｄｓｕｓｉｎｇ

ａ

ｍａｒｌ（ｅｒｉｎｓｅｒｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．

Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ

ａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎ

Ａ［Ｊ】．Ｐｈｙｓｉｃａｌ

ｆ１）搅拌针上螺纹的旋向决定了焊缝塑性金

ＭｅｔａｌｌｕｒｇｙａｎｄＭａｔｅｄａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ，２００１，３２（１１）：２８７９—２８８４．属在厚度方向上的迁移方向，左旋螺纹的搅拌针【５】柯黎明，邢丽，黄奉安．搅拌摩擦焊接头形成过程的二维观

察与分析【Ｊ】．焊接学报，２００５，２６（３）：ｌ＿４．

驱使其周围的材料向下迁移，向下迁移的材料不［６】韩晓辉，王希靖．铝合金搅拌摩擦焊三维模拟流场水平流动

断积累并受到垫板的阻碍作用，迫使塑性材料挤状况分析【Ｊ】．电焊机，２００６，２６（３）：５２．５４．田（上接第３５页）效果。

参考文献：

（３）焊接电流为１６０Ａ、焊接速度为５０【１】张忠典，李冬青，尹孝辉，等．外加磁场对焊接过程的影响

【Ｊ】Ｊ．焊接，２００２，（３）：７６—８２．

ｍｍ／ｍｉｎ、间歇交变磁场电流为３Ａ、间歇交变磁［２】刘政军，刘景铎，牟力军，等．磁场强度对重熔层耐磨性的影

场频率为１０Ｈｚ，间歇交变磁场占空比为６０％时，响［Ｊ】．焊接学报，２００１，２２（５）：７３—７５．堆焊层金属性能达到最佳值。

【３】应小午，李午申，冯灵芝．电磁搅拌对超高硬度堆焊层组织

和性能的影响［Ｊ］．焊接，２００４，（３）：２０—２３．田

（上接第３７页）塑压接条件下，界面结合良好，无焊

中，硬度较低的ＱＣｒＯ．５首先在硬度较高的４０Ｃ

ｒ

接缺陷．

焊接面凸起处粘结，同时发生元素扩散，随焊接过程的进行，粘结物逐渐增多，元素扩散加剧，最终实现异材的超塑性固态连接。参考文献：

［１］韩彩霞，张柯柯，杨蕴林，等．钢与铜及铜合金的焊接研究现

’

状［Ｊ】．热加工工艺，２００３，（６）：１４—１６．

［２］王希琳，王贞炳，陈志华，等．铜与４５钢扩散接合的研究

【Ｊ】．热加工工艺，１９９３，（４）：３４—３６．ｒ［３】

Ｍａｅｈａｍ

Ｙ，ＫｏｍｉｚｏＹ，Ｌａｎｇｄｏｎ

Ｔ

Ｇ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ

ｏｆ

ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃ

ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ

ｂｏｎｄｉｎｇ【Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ

图３

ｔ＝１８０ｓ时４０Ｃｒ／ＱＣｒＯ．５接头区显微组织Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ４０Ｃｒ／ＱＣｒ０．５ｊｏｉｎｔ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９８８，１４（４）：６６９—６７４．

ｒｅｇｉｏｎｗｈｅｎｔ＝１８０ｓ

［４】韩彩霞，张柯柯，杨蕴林，等．４０Ｃｒ与ＱＣｒ０．５的恒温超塑性

５

结论

固态焊接【Ｊ】．河南科技大学学报，２００３，（４）：１４—１６．

【５】杨蕴林，马峰，王长生，等．基于铬青铜超塑变形的铬青铜／

在４０Ｃｒ与ＱＣｒ０．５超塑性固态焊接的过程钨合金固态焊接［Ｊ】．焊接学报，２００１，２２（２）：１５．１８．喇

万方数据

《热加工工艺》２００８年第３７卷第１期

４１

钢与铜合金超塑焊接接头形成过程分析

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

韩彩霞， HAN Caixia

威海职业(技术)学院机电工程系,山东,威海,264210热加工工艺

HOT WORKING TECHNOLOGY2008，37(1)0次

参考文献(5条)

1.韩彩霞.张柯柯.杨蕴林 钢与铜及铜合金的焊接研究现状[期刊论文]-热加工工艺 2003(06)2.王希琳.王贞炳.陈志华 铜与45钢扩散接合的研究[期刊论文]-热加工工艺 1993(04)

3.Maehara Y.Komizo Y.Langdon T G Principles of superplastic diffusion bonding 1988(04)4.韩彩霞.张柯柯.杨蕴林 40Cr与QCr0.5的恒温超塑性固态焊接[期刊论文]-河南科技大学学报(社会科学版)2003(04)

5.杨蕴林.马峰.王长生 基于铬青铜超塑变形的铬青铜/钨合金固态焊接[期刊论文]-焊接学报 2001(02)

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2.期刊论文 张秉刚.何景山.吴林.冯吉才.ZHANG Bing-gang.HE Jing-shan.WU Lin.FENG Ji-cai 铬青铜与双相不锈钢偏钢电子束焊接头组织及相构成 -焊接学报2005,26(11)

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3.学位论文 张权明 铬青铜—不锈钢异种材料扩散焊接行为研究 2005

为解决液氧/煤油高压补燃液体火箭发动机燃烧室及收扩段部分扩散焊缝的强度问题，确定合理的扩散镀层结构和厚度，摸索出较佳的扩散焊接工艺参数，生产出满足推力室技术状态要求的合格产品，本论文开展铬青铜—不锈钢异种材料扩散焊接行为研究。根据燃烧室的结构特点，设计了模盒试验件，对不同厚度的镀层在不同扩散焊接条件(焊接温度和时间)下的焊接试验件进行了分析研究。

论文分别研究了宏观爆破压力和微观组织结构对试验件焊接质量产生的影响；计算了铁和银元素在铬青铜合金内的扩散系数；对扩散过程发生的冶金结合机理和元素的扩散形式进行了探讨。

结果表明，当银、铜镀层厚度为10μm，焊接参数选择为950℃保温15分钟时足以形成充分的扩散层，产生的脆性相相对较少，扩散焊缝强度可以达到与铬青铜母材相当的强度，焊接试验件的爆破压力结果可以达到发动机的实际使用要求，该工艺参数可以应用到燃烧室产品的研制生产中。

4.期刊论文 陈安民.CHEN Anmin 钢与铜合金超塑焊接接头形成过程物理模型 -热加工工艺2010,39(3)

基于40Cr待焊面表层实施激光淬火组织超细化处理后,与QCr0.5异材实施恒温超塑性固态焊接可行性分析与接头形成过程分析,探讨了恒温超塑性固态焊接接头形成的物理模型.试验结果表明:焊接接头形成过程大致为:接合面紧密接触→界面处QCr0.5首先发生常规塑性变形、超塑性变形等→氧化膜破碎→新界面贴紧→QCr0.5磨痕凸起处与40cr发生连接→连接面积逐渐增大→界面两侧原子发生互扩散→形成界面冶金结合区、原界面消失.

5.会议论文 王俊秀 过硫酸铵银盐硫酸亚铁铵滴定法测定铬青铜中铬 2009

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6.会议论文 张柯柯.韩彩霞.权淑丽.满华.杨蕴林 基于钢表面激光淬火的40Cr/QCr0.5恒温超塑性焊接 2005

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8.学位论文 张秉刚 QCr0.8/1Cr21Ni5Ti异种材料电子束自熔钎焊工艺及其机理研究 2005

本文针对铬青铜(QCr0.8)与双相不锈钢(1Cr21Ni5Ti)薄板对接件进行了异种材料电子束焊接工艺研究.采用常规电子束对中焊接方法对

QCr0.8/1Cr21Ni5Ti对接接头进行了电子束焊接性试验,研究了焊接参数对QCr0.8/1Cr21Ni5Ti对接焊缝表面成形、接头组织结构及力学性能的影响.为改善接头两侧异种材料的传热和熔化不均,控制接头组织,寻求适宜的熔接接头形式,提出了电子束非对中偏束熔接工艺.通过对电子束偏束熔接工艺方法所获得的偏钢焊接接头和偏铜焊接接头的组织结构及性能研究表明,偏钢焊时接头组织主要为α+ε相,组织宏观不均虽有所改善,但接头力学性能对偏钢量的变化敏感,随电子束偏钢量的增大铜合金的熔合比急剧下降,铬青铜母材参与熔接状况不断恶化,接头强度低于电子束对中焊时的接头强度.采用电子束偏铜焊接,当偏铜量在某一数值范围内,形成了具有熔合过渡层和钎合面复合界面结构的自熔钎焊接头.该接头的最高强度可达330MPa,已可满足实际应用要求.由此,本文提出了有别于传统熔焊-钎焊的电子束自熔钎焊方法,指出一侧母材作为钎料熔化和复合结构的熔钎界面是自熔钎焊方法的最大特点,并分析了异种材料自熔钎接的形成条件.本文研究了电子束自熔钎焊接头的形成机理.在电子束偏束熔接接头组织结构研究的基础上,根据QCr0.8与1Cr21Ni5Ti主要组元的物化性能及结晶反应特点,结合Fe-Cu相图及焊接冶金基础理论对偏铜电子束焊接接头形成的动态过程进行了分析,并建立了

QCr0.8/1Cr21Ni5Ti电子束自熔钎焊接头演变模型.从理论分析角度,对异种材料电子束输入能量控制进行了探索性研究.提出了四种基本的电子束能量控制途径:脉冲能量控制、多焦点多束控制、扫描能量控制及偏束能量控制.认为偏束控制操作简单易行,对熔钎界面的热控制作用效果好,不失为一种异种材料电子束自熔钎焊接的有效能量控制方法.从传热学角度提出了熔钎界面附近等效导热系数的概念.

9.期刊论文 张秉刚.何景山.冯吉才.吴林.杨卫鹏.朱春玲.李宏伟 铬青铜与双相不锈钢电子束焊接头组织及形成 -中国有色金属学报2004,14(9)

对QCr0.8与1Cr21Ni5Ti的2 mm厚平板试件进行了等厚对中电子束焊接;采用光学显微镜、扫描电镜能谱分析方法对接头区显微组织及成分进行了研究,确定了显微组织构成;根据电子束焊接的特点,建立了QCr0.8与1Cr21Ni5Ti等厚对中电子束焊接接头形成的物理模型,并对接头不均匀组织的形成机制进行了探讨.结果表明:QCr0.8/1Cr21Ni5Ti等厚对中电子束焊接接头显微组织形貌为组织及化学成分极不均匀的Cu(Fe)+(α+ε)的铸态混合组织,其宏观组织可分为3个区域:显微组织结构相同,均为以Cu(Fe)为主,内有一定数量不均匀弥散分布的α+ε相混合组织的焊缝左上部组织区及焊缝底部组织区;以α+ε相为主,内有少量弥散分布的Cu(Fe)颗粒混合组织的焊缝中部组织区;接头组织的形成是由接头金属熔化及匙孔形成阶段,接头凝固的初期阶段(析出γ+ε相,并形成3个区域),接头凝固的中期阶段(γ+ε相结晶完成),接头凝固的后期阶段(形成Cu(Fe)相,焊缝完全变为固态),接头凝固的最终阶段(元素扩散及γ→α相变,形成最终组织)联合作用的结果.

10.期刊论文 张秉刚.冯吉才.吴林.何景山.杨卫鹏.朱春玲 铬青铜与双相不锈钢异种材料电子束熔钎焊 -焊接学报2004,25(4)

对QCr0.8与lCr21Ni5Ti偏铜电子束焊接接头的组织和力学性能进行了研究.研究结果表明,随电子束距对接中线铜侧偏移值的增加

,QCr0.8/lCr21Ni5Ti对接接头焊缝组织及成分逐渐均匀化,接头熔接状态得到改善;铜侧偏移值达0.8～1.0 mm时,形成焊缝组织成分均匀化的熔钎接头,其抗拉强度可达330 MPa左右,已可满足实际使用要求.

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_rjggy200801013.aspx

授权使用：洛阳工学院（河南科技大学）(wflskd)，授权号：143bc34f-04b0-4f53-a037-9ea700a6416a

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金属铸锻焊技术：“ｌＣａｓｔｍｇ・Ｆｏｒｇｉｎｇ・Ｗｅｌｄｉｎｇ

２００８年１月

钢与铜合金超塑焊接接头形成过程分析

韩彩霞

（威海职业（技术）学院机电工程系，山东威海２６４２１０）

摘要：基于４０Ｃｒ待焊面表层实施激光淬火组织超细化处理后，与ＱＣｒＯ．５异材实施恒温超塑性固态焊接可行性分析的基础上，探讨了恒温超塑性固态焊接的接头形成过程。试验结果表明：在４０Ｃｒ与ＱＣｒ０．５超塑性固态焊接的过程中，硬度较低的ＱＣｒＯ．５首先在硬度较高的４０Ｃｒ焊接面凸起处粘结，同时发生元素扩散，随焊接过程的进行，粘结物逐渐增多，元素扩散加剧，最终实现异材的超塑性固态连接。

关键词：钢；铬青铜；固态焊接；接头；粘结物

中图分类号：ＴＧ４５３

文献标识码：Ａ

文章编号：｝１００１．３８１４（２００８）０１．００３６．０２

Ａｎａｌｙｓｉｓ

ｏｎ

ＦｏｒｍｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓｏｆＳｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｅ

ａｎｄＣｏｐｐｅｒＡｌｌｏｙ

ＨＡＮＣａｉｘｉａ

Ｗｅｌｄｉｎｇ

ＪｏｉｎｔｏｆＳｔｅｅｌ

（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｗａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｅｉｈａｉ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ

ｏｎ

Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ

Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｗｅｉｈａｉ２６４２００，Ｃｈｉｎａ）

ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅｗｅｌｄｉｎｇｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂａｓｅ

ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｍｅｔａｌｓｏｆ４０ＣｒａｎｄＱＣｒＯ．５，ｔｈｅ

ｓｕｒｆａｃｅ

ｕｌｔｒａｆｉｎｅ

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ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ，ａｎｄ

ｔｈｅ

ｆｏｒｍｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔｓｏｆｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅｗｅｌｄｉｎｇｗａｓｅｘｐｌｏｒｅｄ．

ｔｈａｔ，ｉｎｔｈｅ

ｃｏｕｒｓｅ

Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｌｏｗｅｒｈａｒｄｎｅｓｓｓｔｉｃｋｓｆｉｒｓｔｌｙａｔｉｎｔｈｅ

ｏｆｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃ

ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅｗｅｌｄｉｎｇｏｆ４０ＣｒａｎｄＱＣｒ０．５，ＱＣｒＯ．５ｗｉｔｈ

ＯＣＣＩ．ＩＩ＂

ｗｅｌｄｉｎｇｓｕｒｆａｃｅ’Ｓｐｒｏｊｅｃｔｉｎｇｏｆ４０Ｃｒｗｉｔｈｈｉｇｈｅｒｈａｒｎｅｓｓ，ａｎｄｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔｄｉｆｆｕｓｉｏｎｓ

ｍｅａｎｔｉｍｅ．Ａｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｓｔｉｃｋｉｎｇｓｕｂｓｔａｎｃｅｓｉｎｃｒｅａｓｅｇｒａｄｕａｌｌｙａｎｄｅｌｅｍｅｎｔｓｄｉｆｆｕｓｉｎｇｂｅｃｏｍｅ

ｗｅｌｄｉｎｇｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓ

ｆａｓｔ．Ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ

ｆｉｎａｌｌｙ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ；ｃｈｒｏｍｅｂｒｏｎｚｅ；ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅｗｅｌｄｉｎｇ；ｗｅｌｄｉｎｇｊｏｉｎｔｓ；ｔｉｃｋｉｎｇｓｕｂｓｔａｎｃｅ

钢与铜合金的复合构件能在性能与经济上优势互补而具有良好的应用前景。但由于二者在熔点等方面的较大差异，采用一般的熔焊方法难以获得良好的焊接接头【１］。目前，二者的焊接多采用真空扩散焊连接［２－３１。恒温超塑性固态焊接作为一种新的材料固态连接技术，具有工艺简单、成本低和能实现性能迥异的材料固态连接等优点，已成为近年来固态焊接非常活跃的研究领域。本文基于４０Ｃｒ待焊面表层实施激光淬火组织超细化处理后，与ＱＣｒＯ．５异材实施恒温超塑性固态焊接可行性分析的基础上，探讨了恒温超塑性固态焊接的接头形成过程，为工业应用提供试验依据。

态４０Ｃｒ钢，将其加工成咖１５ｍｍｘ２５ｍｍ试样。用ＣＷＣ０２激光器对４０Ｃｒ待焊面进行激光淬火预处理；因ＱＣｒ０．５本身具有超塑性１４一，无需进行预处理。将预处理后的４０Ｃｒ与ＱＣｒ０．５试样端面磨光并清洗，对接后置于ＷＪ一１０Ａ万能试验机上．用３ｋＷ电阻炉加热，由可编程温控仪ＳＨＩＭＤＥＮ—ＳＲ７３控温。加热至超塑变形温度（７５０℃），并在超塑应变速率下

（睁２．５ｘ１０４ｓ’１）经短时（ｔ）压接（焊接）后卸载空冷。将

焊后试样加工成咖５ｍｍｘ２５ｍｎｑ拉伸试样。在

Ｓ瑚黼ｚＵＡＧ．Ｉ型万能电子拉伸试验机上进行接

侧进行观察和成分分析。

头抗拉强度试验；对焊接面断Ｅｌ４０Ｃｒ侧与ＱＣｒ０．５

ｌ试验方法

试验采用热挤态铬青铜ＱＣｒ０．５和热轧退火

收稿日期：２００７．１０—２５

基金项目：甘肃工业大学省部共建有色金属新材料国家重点实验

室基金［２００３１、华中科技大学激光技术国家重点实验室开放基金（［２００１】０１１０）、河南省教育厅自然科学基金

ｆ２００３４３０２１

２试验结果与分析

经ｔ＝０

ｓ、６０Ｓ、１２０

Ｓ短时压接后所得试样的

抗拉强度分别为：１５４Ｍ．Ｐａ、２３４ＭＰａ、２５ｌＭＰａ，均断在界面处。

‘

图ｌ为焊后拉伸试样断在界面处的断口ＳＥＭ照片。可见。４０Ｃｒ侧断口主要由焊合区和未焊合区组成（Ｉｎ图ｌａｓ）。焊合区为沿ＱＣｒ０．５原加工痕迹（磨痕）凸起处的白亮区（Ａ区），未焊合区为

Ｈｏｔ

１）资助项目

作者简介：韩彩霞（１９７１一），女，河南新安人，讲师，硕士；

电话：１３７９２７０４０５６；Ｅ—ｍａｉｌ：ｈａｎｃａｉｘｉａ＠１６３．ｔｏｍ

Ｗｏｒｋｉｎｇ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００８，Ｖ０１．３７，Ｎｏ．１

万方数据

上半月出版

Ｃａｓｔｉｎｇ・Ｆｏｒｇｉｎｇ・Ｗｅｌｄｉｎｇ金属铸锻焊技术

图１焊后试样拉伸断口ＳＥＭ照片（０－－商６．６ＭＰａ，ｔ庐７５ｍｉｎ）

Ｆｉｇ．１

Ｔｈｅ

ＳＥＭｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓｏｆｓａｍｐｌｅｔｅｎｓｉｌｅ丘ａｃｔＩｌｒｅａｆｔｅｒｗｅｌｄｉｎｇ（０＂０＝５６．６ＭＰａ，ｔｏ＝７．５ｍｉｎ）

暗区（Ｂ区）。对４０Ｃｒ侧断口Ａ区能谱分析（图２）表明，其主要成分是铜，表明界面处已发生了ＱＣｒＯ．５与４０Ｃｒ的局部连接。在未焊合区（Ｂ区），可观察到原４０Ｃｒ表面磨痕。

（

ｕ

处的ＱＣｒＯ．５就首先与４０Ｃｒ发生连接，为焊合区。而相对凹处的ＱＣｒ０．５由于还未发生塑性变形，表现出直线状的凹坑，为未焊合区。

３焊接接头形成过程

ＱＣｒＯ．５侧：当焊接时间ｔ－－－ＯＳ时（图１ａ。），未焊合区（图中暗区）的凹坑深而宽，且呈连续分布。焊合区

∞厶

Ｕ

Ｃ１１

Ｆｅ

域较少。当ｔ＝６０Ｓ时（图ｌｂｌ），未焊合区（图中暗区）的凹坑深度变浅、宽度明显变小。由图１ｃ，可见，当ｔ＝

巍

０

～旦～上。．

２

４

６

８

盍

１０

１２０

１２

Ｓ时，ＱＣｒＯ．５侧未焊合区（凹坑）消失、形成较均匀

的韧窝，这时基本上实现了整个接头的冶金连接。

４０Ｃｒ侧：４０Ｃｒ侧的变形如图ｌａ２、ｂ２、Ｃ２、ａ３、ｂ３，ｃ３（其中图１ａ３、ｂ３、Ｃ３为高倍ＳＥＭ照片）。由图１ａ２可见：当ｔ－－－０Ｓ时，４０Ｃｒ侧未发生明显塑性变形。当ｔ＝

Ｅ｛ｋ～

图２图１ａ３中Ａ区成分分析

ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｒｅｇｉｏｎｉｎｐｉｃｔｕｒｅｌａ３

Ｆｉｇ．２

Ｔｈｅ

由图ｌａｌ、ｂ，、ｃ，可见，ＱＣｒ０．５侧断口也有焊合区和未焊合区组成。焊合区为图ｌａ，、ｂ。中颜色较亮区，该区有明显的韧性断裂特征；未焊合区为图ｌａ。、ｂ，中颜色较深的类似直线状的暗区，该区不具有韧性断裂特征。由于ＱＣｒ０．５的塑性、超塑性变形首先对应于该侧待焊表面原加工痕迹（磨痕）的凸起处，于是，该《热加工工艺》２００８年第３７卷第１期

６０ｓ，１２０Ｓ时，４０Ｃｒ上磨痕深度减小，间距增大（见

图１ｂ３、ｃ３）。当ｔ＝６０Ｓ时，白亮层呈块状分布（如图ｌｂ２所示）；当ｔ＝１２０Ｓ时，ＱＣｒＯ．５呈较连续的大片状连接到４０Ｃｒ上（如图ｌｃ２所示）。此时ＱＣｒＯ．５与４０Ｃｒ发生比较完全的冶金结合。４０Ｃｒ／ＱＣｒＯ．５焊后接头区显微组织如图３所示，可见，在超（下转第４１页）

３７

万方数据

上半月出版

Ｃａｓｔｉｎｇ・Ｆｏｒｇｉｎｇ・Ｗｅｌｄｉｎｇ

ｌ金属铸锻焊技术

形成较大的压力挤压刚塑性迁移区的金属．刚塑性压外围的材料向上迁移。右旋螺纹的搅拌针作用迁移区的金属受焊缝底部的高压区与焊缝中上部方式则相反。

的低压区的压力差作用，向上迁移，并汇集于低压（２）搅拌针上的螺距越大，有利于标示材料在焊区，焊缝塑性金属就是在密闭箱体内完成抽吸一挤缝厚度方向上的迁移，洋葱环的直径也增大；但螺距压过程。如果瞬时空腔填充不及时就会形成缺陷。

过大时，容易使底部材料的包铝层卷入焊缝中。

图４（ｂ）为右旋螺纹搅拌针作用下的焊缝塑（３）建立的抽吸一挤压物理模型能很好的解释性金属的抽吸一挤压物理模型。与图４（ａ）不同的塑性金属在焊缝厚度方向上的迁移方式。是垂直于螺纹表面的压力Ｐ是斜向上的，厂和Ｐ的参考文献：

合力方向为斜向上，因此在搅拌针的旋转过程中，［１］

ＣｏｌｌｌｉｇａｎＫ．Ｍａｔｅｒｉａｌ

ｆｌｏｗｂｅｈａｖｉｏｒ

ｄｕｒｉｎｇ

ｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒ

不断抽吸焊缝底部的材料向上迁移，并在焊缝底ｗｅｌｄｉｎｇｏｆ

ａｌｕｍｉｎｕｍ［Ｊ］．Ｗｅｌｄｉｎｇｊｏｕｍａｌ，１９９９，７（２）：

２２９．２３７．部形成一个瞬时低压区；向上抽吸的金属材料积［２】

Ｇｕｅｒｒａ

Ｍ，ＳｃｈｍｉｄｔＣ，ＭｃＣｌｕｒｅＪＣ，ｅｔａ１．Ｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎｓ

聚于轴肩下方，轴肩阻止塑性材料继续向上迁移，ｄｕｒｉｎｇｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒ

ｗｅｌｄｉｎｇ【Ｊ】．ＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，

聚集的材料在轴肩下方产生很大的压力，并开始

２００２，４９（２）：９５・１０１．

［３】Ｎｕｎｅｓ

ＡＣＪｒ，ＢｅｍｓｔｒｅｉｎＥＬ．Ａ

Ｒｏｔａｔｉｏｎ

Ｐｌｕｇ

Ｍｏｄｅｌ

ｆｏｒ

挤压四周的材料向下迁移，并汇集于瞬时低压区，ＦｒｉｃｔｉｏｎＳｔｉｒＷｅｌｄｉｎｇ［Ａ］．Ｔｈｅ８１ｓｔＡｍｅｒｉｃａｎＷｅｌｄｉｎｇＳｏｃｉｅｔｙ

如果低压区不能被及时填充就会形成缺陷。

Ａｎｎｕａｌ

Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ［Ｃ］．２０００．

【４】ＳｅｉｄｅｌＴＵ，ＲｅｙｎｏｌｄｓＡＰ．Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｆｌｏｗ

３

结论

ｉｎＡＡ２１９５ｆｒｉｃｔｉｏｎ—ｓｔｉｒｗｅｌｄｓｕｓｉｎｇ

ａ

ｍａｒｌ（ｅｒｉｎｓｅｒｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．

Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ

ａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎ

Ａ［Ｊ】．Ｐｈｙｓｉｃａｌ

ｆ１）搅拌针上螺纹的旋向决定了焊缝塑性金

ＭｅｔａｌｌｕｒｇｙａｎｄＭａｔｅｄａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ，２００１，３２（１１）：２８７９—２８８４．属在厚度方向上的迁移方向，左旋螺纹的搅拌针【５】柯黎明，邢丽，黄奉安．搅拌摩擦焊接头形成过程的二维观

察与分析【Ｊ】．焊接学报，２００５，２６（３）：ｌ＿４．

驱使其周围的材料向下迁移，向下迁移的材料不［６】韩晓辉，王希靖．铝合金搅拌摩擦焊三维模拟流场水平流动

断积累并受到垫板的阻碍作用，迫使塑性材料挤状况分析【Ｊ】．电焊机，２００６，２６（３）：５２．５４．田（上接第３５页）效果。

参考文献：

（３）焊接电流为１６０Ａ、焊接速度为５０【１】张忠典，李冬青，尹孝辉，等．外加磁场对焊接过程的影响

【Ｊ】Ｊ．焊接，２００２，（３）：７６—８２．

ｍｍ／ｍｉｎ、间歇交变磁场电流为３Ａ、间歇交变磁［２】刘政军，刘景铎，牟力军，等．磁场强度对重熔层耐磨性的影

场频率为１０Ｈｚ，间歇交变磁场占空比为６０％时，响［Ｊ】．焊接学报，２００１，２２（５）：７３—７５．堆焊层金属性能达到最佳值。

【３】应小午，李午申，冯灵芝．电磁搅拌对超高硬度堆焊层组织

和性能的影响［Ｊ］．焊接，２００４，（３）：２０—２３．田

（上接第３７页）塑压接条件下，界面结合良好，无焊

中，硬度较低的ＱＣｒＯ．５首先在硬度较高的４０Ｃ

ｒ

接缺陷．

焊接面凸起处粘结，同时发生元素扩散，随焊接过程的进行，粘结物逐渐增多，元素扩散加剧，最终实现异材的超塑性固态连接。参考文献：

［１］韩彩霞，张柯柯，杨蕴林，等．钢与铜及铜合金的焊接研究现

’

状［Ｊ】．热加工工艺，２００３，（６）：１４—１６．

［２］王希琳，王贞炳，陈志华，等．铜与４５钢扩散接合的研究

【Ｊ】．热加工工艺，１９９３，（４）：３４—３６．ｒ［３】

Ｍａｅｈａｍ

Ｙ，ＫｏｍｉｚｏＹ，Ｌａｎｇｄｏｎ

Ｔ

Ｇ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ

ｏｆ

ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃ

ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ

ｂｏｎｄｉｎｇ【Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ

图３

ｔ＝１８０ｓ时４０Ｃｒ／ＱＣｒＯ．５接头区显微组织Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ４０Ｃｒ／ＱＣｒ０．５ｊｏｉｎｔ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９８８，１４（４）：６６９—６７４．

ｒｅｇｉｏｎｗｈｅｎｔ＝１８０ｓ

［４】韩彩霞，张柯柯，杨蕴林，等．４０Ｃｒ与ＱＣｒ０．５的恒温超塑性

５

结论

固态焊接【Ｊ】．河南科技大学学报，２００３，（４）：１４—１６．

【５】杨蕴林，马峰，王长生，等．基于铬青铜超塑变形的铬青铜／

在４０Ｃｒ与ＱＣｒ０．５超塑性固态焊接的过程钨合金固态焊接［Ｊ】．焊接学报，２００１，２２（２）：１５．１８．喇

万方数据

《热加工工艺》２００８年第３７卷第１期

４１

钢与铜合金超塑焊接接头形成过程分析

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

韩彩霞， HAN Caixia

威海职业(技术)学院机电工程系,山东,威海,264210热加工工艺

HOT WORKING TECHNOLOGY2008，37(1)0次

参考文献(5条)

1.韩彩霞.张柯柯.杨蕴林 钢与铜及铜合金的焊接研究现状[期刊论文]-热加工工艺 2003(06)2.王希琳.王贞炳.陈志华 铜与45钢扩散接合的研究[期刊论文]-热加工工艺 1993(04)

3.Maehara Y.Komizo Y.Langdon T G Principles of superplastic diffusion bonding 1988(04)4.韩彩霞.张柯柯.杨蕴林 40Cr与QCr0.5的恒温超塑性固态焊接[期刊论文]-河南科技大学学报(社会科学版)2003(04)

5.杨蕴林.马峰.王长生 基于铬青铜超塑变形的铬青铜/钨合金固态焊接[期刊论文]-焊接学报 2001(02)

相似文献(10条)

1.会议论文 张秉刚.何景山.吴林.冯吉才 铬青铜与双相不锈钢偏钢电子束焊接头组织及相构成 2005

本文对QCr0.8与1Cr21Ni5Ti异种材料对接接头进行了钢侧偏束电子束焊接试验.采用光学金相、电子探针、能谱分析和X衍射相分析方法对接头组织结构、成分分布及相组成进行了研究.研究结果表明,偏钢焊缝组织大部分为α+ε支晶相,且α相的含量要高于ε相,只在焊缝顶部偏铜侧形成了少量的Cu(ss.Fe)相组织,无脆性相生成;偏钢量hs直接影响接头区的组织结构和熔接状况,hs较小时有少量的QCr0.8金属熔入到焊缝中,焊缝与QCr0.8基体的组织和成分差异较大;随hs的增加,虽接头组织均匀化程度有所提高,但由于不均衡热输入及铬青铜的快速热传导性,导致铜侧母材的熔合状况不良.hs的小范围增加即可导致QCr0.8母材的基本不熔化,形成局部焊合或未焊合的接头.

2.期刊论文 张秉刚.何景山.吴林.冯吉才.ZHANG Bing-gang.HE Jing-shan.WU Lin.FENG Ji-cai 铬青铜与双相不锈钢偏钢电子束焊接头组织及相构成 -焊接学报2005,26(11)

对QCr0.8与1Cr21Ni5Ti异种材料对接接头进行了钢侧偏束电子束焊接试验.采用光学金相、电子探针、能谱分析和X射线衍射相分析方法对接头组织结构、成分分布及相组成进行了研究.研究结果表明,偏钢焊缝组织大部分为α+ε支晶相,且α相的含量要高于ε相,只在焊缝顶部偏铜侧形成了少量的Cu(ss.Fe)相组织,无脆性相生成;偏钢量hs直接影响接头区的组织结构和熔接状况,hs较小时有少量的QCr0.8金属熔入到焊缝中,焊缝与QCr0.8基体的组织和成分差异较大;随hs的增加,虽接头组织均匀化程度有所提高,但由于不均衡热输入及铬青铜的快速热传导性,导致铜侧母材的熔合状况不良.hs的小范围增加即可导致QCr0.8母材的基本不熔化,形成局部焊合或未焊合的接头.

3.学位论文 张权明 铬青铜—不锈钢异种材料扩散焊接行为研究 2005

为解决液氧/煤油高压补燃液体火箭发动机燃烧室及收扩段部分扩散焊缝的强度问题，确定合理的扩散镀层结构和厚度，摸索出较佳的扩散焊接工艺参数，生产出满足推力室技术状态要求的合格产品，本论文开展铬青铜—不锈钢异种材料扩散焊接行为研究。根据燃烧室的结构特点，设计了模盒试验件，对不同厚度的镀层在不同扩散焊接条件(焊接温度和时间)下的焊接试验件进行了分析研究。

论文分别研究了宏观爆破压力和微观组织结构对试验件焊接质量产生的影响；计算了铁和银元素在铬青铜合金内的扩散系数；对扩散过程发生的冶金结合机理和元素的扩散形式进行了探讨。

结果表明，当银、铜镀层厚度为10μm，焊接参数选择为950℃保温15分钟时足以形成充分的扩散层，产生的脆性相相对较少，扩散焊缝强度可以达到与铬青铜母材相当的强度，焊接试验件的爆破压力结果可以达到发动机的实际使用要求，该工艺参数可以应用到燃烧室产品的研制生产中。

4.期刊论文 陈安民.CHEN Anmin 钢与铜合金超塑焊接接头形成过程物理模型 -热加工工艺2010,39(3)

基于40Cr待焊面表层实施激光淬火组织超细化处理后,与QCr0.5异材实施恒温超塑性固态焊接可行性分析与接头形成过程分析,探讨了恒温超塑性固态焊接接头形成的物理模型.试验结果表明:焊接接头形成过程大致为:接合面紧密接触→界面处QCr0.5首先发生常规塑性变形、超塑性变形等→氧化膜破碎→新界面贴紧→QCr0.5磨痕凸起处与40cr发生连接→连接面积逐渐增大→界面两侧原子发生互扩散→形成界面冶金结合区、原界面消失.

5.会议论文 王俊秀 过硫酸铵银盐硫酸亚铁铵滴定法测定铬青铜中铬 2009

本文研究了铬青铜中铬的测定方法及测定铬的最佳条件。铬青铜样品用稀硝酸溶解再加入硫磷混酸加热冒烟使金属铬完全溶解后，在催化剂硝酸银存在下，用过硫酸铵作为氧化剂将Cr3+氧化至Cr6+。以N-苯代邻氨基苯甲酸为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定高价铬，从而计算试样中的含铬量。并对分析方法的理论进行了探讨。

6.会议论文 张柯柯.韩彩霞.权淑丽.满华.杨蕴林 基于钢表面激光淬火的40Cr/QCr0.5恒温超塑性焊接 2005

基于对40Cr钢表面激光淬火后与铜合金QCr0.5恒温超塑性焊接可行性的分析,在非真空、无保护气氛下,进行了40Cr/ QCr0.5的焊接工艺试验.试验结果表明,40Cr钢待焊面经激光淬火预处理后与铜合金QCr0.5在预压应力56.6~84.9MPa、焊接温度750~800℃、初始应变速率(2.5~7.5)×10S的条件下,经120~180s短时压接,可实现固态焊接,接头强度可达QCr0.5母材强度,胀大率不超过6﹪.焊接过程中QCr0.5发生了超塑性流变,40Cr变形甚微.

7.期刊论文 张秉刚.冯吉才.吴林.李宏伟.杨卫鹏.朱春玲.ZHANG Bing-gang.FENG Ji-cai.WU lin.LI Hong-wei.YANG Wei-peng.ZHU Chun-ling 铬青铜与双相不锈钢电子束熔钎焊接头形成机制 -焊接学报2005,26(2)

采用光学金相、能谱分析及电子探针元素分析方法对QCr0.8/1Cr21Ni5Ti电子束熔钎焊接接头的组织结构进行了研究.研究结果表明,铬青铜与双相不锈钢电子束熔钎焊接头的焊缝组织为宏观均匀的Fe在Cu中的过饱和固溶体相,熔钎界面上部形成了与焊缝及钢侧母材连结良好的一薄的α+ε相熔合过渡层,下部为钎合面.给出了铜钢异种材料电子束熔钎接头形成的结构和热作用条件,并基于组织结构分析和电子束焊接的特点,建立了QCr0.8/1Cr21Ni5Ti电子束熔钎焊接接头形成的物理模型,探讨了其形成机制.分析认为,QCr0.8/1Cr21Ni5Ti电子束熔钎焊接头组织结构的形成是由匙孔形熔池形成阶段、熔合过渡层形成阶段、钎缝形成阶段及最终组织形成阶段组成.

8.学位论文 张秉刚 QCr0.8/1Cr21Ni5Ti异种材料电子束自熔钎焊工艺及其机理研究 2005

本文针对铬青铜(QCr0.8)与双相不锈钢(1Cr21Ni5Ti)薄板对接件进行了异种材料电子束焊接工艺研究.采用常规电子束对中焊接方法对

QCr0.8/1Cr21Ni5Ti对接接头进行了电子束焊接性试验,研究了焊接参数对QCr0.8/1Cr21Ni5Ti对接焊缝表面成形、接头组织结构及力学性能的影响.为改善接头两侧异种材料的传热和熔化不均,控制接头组织,寻求适宜的熔接接头形式,提出了电子束非对中偏束熔接工艺.通过对电子束偏束熔接工艺方法所获得的偏钢焊接接头和偏铜焊接接头的组织结构及性能研究表明,偏钢焊时接头组织主要为α+ε相,组织宏观不均虽有所改善,但接头力学性能对偏钢量的变化敏感,随电子束偏钢量的增大铜合金的熔合比急剧下降,铬青铜母材参与熔接状况不断恶化,接头强度低于电子束对中焊时的接头强度.采用电子束偏铜焊接,当偏铜量在某一数值范围内,形成了具有熔合过渡层和钎合面复合界面结构的自熔钎焊接头.该接头的最高强度可达330MPa,已可满足实际应用要求.由此,本文提出了有别于传统熔焊-钎焊的电子束自熔钎焊方法,指出一侧母材作为钎料熔化和复合结构的熔钎界面是自熔钎焊方法的最大特点,并分析了异种材料自熔钎接的形成条件.本文研究了电子束自熔钎焊接头的形成机理.在电子束偏束熔接接头组织结构研究的基础上,根据QCr0.8与1Cr21Ni5Ti主要组元的物化性能及结晶反应特点,结合Fe-Cu相图及焊接冶金基础理论对偏铜电子束焊接接头形成的动态过程进行了分析,并建立了

QCr0.8/1Cr21Ni5Ti电子束自熔钎焊接头演变模型.从理论分析角度,对异种材料电子束输入能量控制进行了探索性研究.提出了四种基本的电子束能量控制途径:脉冲能量控制、多焦点多束控制、扫描能量控制及偏束能量控制.认为偏束控制操作简单易行,对熔钎界面的热控制作用效果好,不失为一种异种材料电子束自熔钎焊接的有效能量控制方法.从传热学角度提出了熔钎界面附近等效导热系数的概念.

9.期刊论文 张秉刚.何景山.冯吉才.吴林.杨卫鹏.朱春玲.李宏伟 铬青铜与双相不锈钢电子束焊接头组织及形成 -中国有色金属学报2004,14(9)

对QCr0.8与1Cr21Ni5Ti的2 mm厚平板试件进行了等厚对中电子束焊接;采用光学显微镜、扫描电镜能谱分析方法对接头区显微组织及成分进行了研究,确定了显微组织构成;根据电子束焊接的特点,建立了QCr0.8与1Cr21Ni5Ti等厚对中电子束焊接接头形成的物理模型,并对接头不均匀组织的形成机制进行了探讨.结果表明:QCr0.8/1Cr21Ni5Ti等厚对中电子束焊接接头显微组织形貌为组织及化学成分极不均匀的Cu(Fe)+(α+ε)的铸态混合组织,其宏观组织可分为3个区域:显微组织结构相同,均为以Cu(Fe)为主,内有一定数量不均匀弥散分布的α+ε相混合组织的焊缝左上部组织区及焊缝底部组织区;以α+ε相为主,内有少量弥散分布的Cu(Fe)颗粒混合组织的焊缝中部组织区;接头组织的形成是由接头金属熔化及匙孔形成阶段,接头凝固的初期阶段(析出γ+ε相,并形成3个区域),接头凝固的中期阶段(γ+ε相结晶完成),接头凝固的后期阶段(形成Cu(Fe)相,焊缝完全变为固态),接头凝固的最终阶段(元素扩散及γ→α相变,形成最终组织)联合作用的结果.

10.期刊论文 张秉刚.冯吉才.吴林.何景山.杨卫鹏.朱春玲 铬青铜与双相不锈钢异种材料电子束熔钎焊 -焊接学报2004,25(4)

对QCr0.8与lCr21Ni5Ti偏铜电子束焊接接头的组织和力学性能进行了研究.研究结果表明,随电子束距对接中线铜侧偏移值的增加

,QCr0.8/lCr21Ni5Ti对接接头焊缝组织及成分逐渐均匀化,接头熔接状态得到改善;铜侧偏移值达0.8～1.0 mm时,形成焊缝组织成分均匀化的熔钎接头,其抗拉强度可达330 MPa左右,已可满足实际使用要求.

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