【摘 要】
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针对纯铜弹带粘黏和纯铁弹带刮擦膛线的难题,设计了新型“铜-软铁-铜”三段复合弹带结构,并采用异种双丝等离子弧堆焊方法,进行复合弹带堆焊工艺试验,深入研究了铜-软铁-铜复合接头的界面行为、显微组织、成分变化、硬度分布和剪切性能,为弹带焊接技术的发展和铜钢异种金属焊接机理的研究提供支持。课题首先分别进行软铁单道、纯铜和软铁单层多道等离子弧堆焊工艺试验,获得了软铁和纯铜单层多道堆焊的工艺规范。设计了“铜
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针对纯铜弹带粘黏和纯铁弹带刮擦膛线的难题,设计了新型“铜-软铁-铜”三段复合弹带结构,并采用异种双丝等离子弧堆焊方法,进行复合弹带堆焊工艺试验,深入研究了铜-软铁-铜复合接头的界面行为、显微组织、成分变化、硬度分布和剪切性能,为弹带焊接技术的发展和铜钢异种金属焊接机理的研究提供支持。课题首先分别进行软铁单道、纯铜和软铁单层多道等离子弧堆焊工艺试验,获得了软铁和纯铜单层多道堆焊的工艺规范。设计了“铜-软铁-铜”三段复合弹带的结构,规划了堆焊路径。然后进行了铜-软铁-铜复合结构平板堆焊工艺试验,获得的工艺规范为复合弹带堆焊提供基础。依据平板堆焊的工艺规范,设计实施了铜-软铁-铜复合弹带分层分带等离子弧堆焊工艺。软铁每层堆焊均采用同一工艺规范,保证软铁-钢界面微熔深和堆敷层间的可靠熔合;纯铜基体层堆焊采用固定焊接电流的工艺规范,以保证纯铜-钢界面无熔深;纯铜堆覆层堆焊采用按照堆敷位置变化焊接电流缓降的工艺规范,避免了纯铜堆覆层的过热塌陷问题,实现了外观成形良好复合弹带堆焊。通过观察铜-软铁-铜复合弹带轴向和环向截面发现,圆周方向上所有试样软铁和纯铜堆焊区域的层间和道间均结合良好,无未熔合现象。分析复合接头的显微组织发现,弹带不同位置的纯铜-钢界面均比较清晰,无泛铁和渗铜存在,界面处也无明显的过渡层。软铁堆焊区域的熔深均在0.5mm左右。电流缓降区域的纯铜-软铁交界处有部分泛铁扩散至纯铜堆覆层中;而电流稳定区的纯铜-软铁界面平直,没有泛铁扩散。对铜-软铁-铜复合接头进行了EDS成分检测,结果表明,弹带不同位置的纯铜-钢基体界面处存在宽度20μm以下的元素扩散区,表明纯铜带与钢基体之间达到了冶金结合,且无泛铁和渗铜存在。纯铜堆焊层的铁含量均未超过2%。软铁-钢界面处同样存在宽度不超过20μm的元素扩散区,表明软铁堆焊区域钢基体的成分过渡较少。铜-软铁-铜复合弹带的硬度分布测试结果表明,弹带不同位置上,从钢基体到纯铜带显微硬度从180HV以上陡降至100HV以下,表明整个圆周方向上纯铜-钢界面处熔合区极窄,无过渡区存在,且界面处的纯铜层内没有泛铁,钢基体内也无渗铜。软铁带的平均显微硬度值在120HV左右,明显低于钢基体,纯铜带的平均显微硬度在85HV左右。剪切试验结果表明复合弹带剪切过程由纯铜堆焊层受剪阶段和软铁-纯铜复合受剪阶段构成,剪切力-位移曲线存在明显的台阶。复合弹带的抗剪强度达到170MPa以上且抗剪强度会随软铁基体层宽度增加而提高。复合弹带的剪切断面均在弹带内,表明复合弹带与钢基体的结合强度大于弹带自身的抗剪强度。
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