铜/钢热丝TIG堆焊工艺及接头组织分析

作     者：陈基明 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：冯吉才

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：弹带 t8/5 晶间渗入 泛铁 

摘      要：针对某大型炮弹弹带装配工艺的改进,选择合适的铜合金材料采用热丝TIG焊接方法在35CrMnSiA钢弹体上堆焊炮弹弹带,取代应用H90铜合金机械收带装配弹带的传统弹带装配工艺。通过对Hs201、Hs211、Hs214、Hs216四种铜合金堆焊弹带与H90机械收带弹带的力学性能比较,确定Hs214堆焊弹带性能与H90机械收带弹带性能最接近,为最适合于该型号炮弹弹带堆焊的材料。 通过金相分析、扫描电镜、能谱分析及温度场测试等分析测试手段,系统研究了焊接电流、冷却条件及焊后热处理等工艺对Hs214铝青铜/35CrMnSiA钢堆焊接头组织及性能的影响规律。 金相分析结果显示,堆焊时基体热影响区分为淬火区和不完全淬火区。随着焊接电流的增大,热影响区面积增大,焊接电流较小时,水冷可以有效减小热影响区大小,而焊接电流较大时,水冷作用并不明显;SEM、EDS及显微硬度测试结果表明,Hs214/35CrMnSiA钢界面结合层主要相组成为残余奥氏体、马氏体及ε-Cu固溶体;焊接电流为160A时,界面结合层主要为奥氏体+少量针头马氏体;焊接电流大于240A时,界面结合层大部分转变为马氏体,同时马氏体带上弥散分布着少量的ε-Cu固溶体颗粒。当堆焊工艺不当时,会发生液态铜沿钢的晶间渗入,进而导致渗透裂纹,温度场测试结果显示,采用水冷缩短基体t8/5高温停留时间,可在一定程度上避免晶间渗入现象的发生。 增大焊接电流,堆焊层中的泛铁量增加,焊接电流小于240A,泛铁分布体现出明显流场迹线,此时泛铁以球状及较小树枝状晶形式存在;当焊接电流大于280A时,泛铁分布均匀,堆焊层顶部及铜/钢界面处泛铁以球状及小尺寸树枝状晶混合形式存在,堆焊层中部泛铁则以大尺寸树枝状晶形式存在;能谱分析表明,泛铁相成分分布不均匀,树枝状泛铁为α-Fe相,较小尺寸球状泛铁为α-Fe,而大尺寸球状泛铁为(α-Fe +ε-Cu)双相组织或(马氏体组织+ε-Cu)双相组织。 热处理调质后,基体转变为回火马氏体,铜/钢界面结合层转变为(α-Fe +ε-Cu)双相组织或(马氏体+ε-Cu)双相组织。硬度测试显热处理后基体与堆焊层硬度均有下降,堆焊层硬度下降100Hv,但仍满足使用要求;热处理前后抗剪试验均断裂于铜母材,断口分析表明热处理前抗剪断裂形式为脆性断裂,热处理后为混合型断裂形式。