钢和铜合金组合的熔焊焊接性及工艺选择

1.12Cr18Ni9不锈钢与H62黄铜组合的TIG焊

钢与铜合金组合的焊接性比钢与纯铜组合焊接性有较大的优势。

以黄铜为例讨论铜合金与钢组合异种金属的焊接性特点：

1）黄铜热导率只有纯铜的1/3，因此，钢+黄铜组合，黄铜侧的预热温度可以比纯铜低，根据黄铜厚度δ≥3mm时，可以使预热温度控制在200～300℃之间。

2）黄铜是铜锌合金，常见黄铜为α+β双相组织，α为锌在铜中的固溶体，β为铜锌化合物CuZn为基体的固溶体，以及黄铜的表面张力比纯铜大得多，因此，钢+黄铜组合发生铜渗透裂纹的倾向几乎为零。

3）钢与黄铜组合，仍然属于高熔点与低熔点的组合焊接，因此，焊缝金属适宜采用与低熔点相同或相近的材料作为填充金属，以及适宜采用TIG-钎接焊接法。对于高熔点的钢是以黄铜为钎料、以TIG电弧为热源的钎接，对低熔点的黄铜是熔焊（TIG），TIG-钎接焊接法的要点是开不对称或半V形坡口，电弧偏向低熔点侧，尽量减少钢的熔化量。

采用铝青铜焊丝作为填充金属，可以制约焊缝中氢气孔的产生，焊缝金属含有铝时，氢的溶解度会大大降低。同时，铝（还有钛等）也是很强的脱氧剂。

4）焊接工艺选择合适时，钢与黄铜组合焊接一般不会有气孔、裂纹等缺陷产生。表3-23是12Cr18Ni9不锈钢与HSn-62黄铜组合的TIG焊的焊接参数，焊丝为HSn62-1。

表3-23 12Cr18Ni9不锈钢与HSn-62黄铜组合的TIG焊的焊接参数

图3-14为板厚大于等于3mm时，TIG-钎接焊接法的接头形式与电弧位置示意图，其钝边在1～2mm范围内，间隙在0～0.2mm之间，或不留间隙。

焊前需清理焊件表面，正反面涂上溶剂[w（H₃BO₃）为70%，w（Na₂B₄O₂）为21%，w（CaF₂）为9%]，烘干后施焊。焊丝选用含铝的铝青铜合金焊丝（HSCuAl），或含硅的硅青铜焊丝（HSCuSi）。所选用焊丝的化学成分见表3-24。

图3-14 TIG-钎接焊接法的接头形式与电弧位置示意

1—钨极 2—电弧 3—高熔点金属（钢） 4—低熔点金属（黄铜）

表3-24 铜及铜合金焊丝的化学成分、用途及标识（摘自GB/T9460—2008）

2.12Cr18Ni9不锈钢与H62黄铜组合的焊条电弧焊

奥氏体型不锈钢（12Cr18Ni9）和黄铜（H62）组合的焊条电弧焊，是焊接成本较低的一种方法，而且接头质量基本上可以满足使用要求。(www.xing528.com)

焊条不宜采用不锈钢，会产生渗透裂纹。高熔点金属与低熔点金属组合的焊缝填充金属不能采用高熔点金属，这是原则。最好采用纯镍焊条Ni112或铜镍焊条（ECuNi-A）。适宜用小直径、小电流、快速焊及不摆动的焊接工艺。表3-25是不锈钢与纯铜、黄铜及青铜等铜合金组合的焊条电弧焊（SMAW）焊接参数。

表3-25 不锈钢与铜合金组合的焊条电弧焊的焊接参数

3.低碳钢与白铜组合的TIG焊及焊条电弧焊

白铜是铜镍合金，从其二元合金相图显示了结晶区间很窄。由表3-1可知，其物理性能和低碳钢很接近，除线胀系数略大之外，其热导率比低碳钢还小。因此，熔焊时不用预热，白铜是钢与铜及铜合金组合中熔焊焊接性最好的金属材料，一般不会出现焊接缺陷，如果出现了热裂纹，那是原材料（钢或白铜板）本身杂质（P、S、Pb）太高，与焊接工艺几乎没有关系。钢+白铜组合对熔焊方法的工艺适应性是最好的。

低碳钢与白铜组合的TIG焊时，可以用白铜板切边作为填充金属，可用板厚为3mm的B30白铜板切成2mm×3mm的板条，可当作TIG焊的焊丝使用。

低碳钢与白铜的组合采用焊条电弧焊时，适宜采用铜锡焊条T227（也称做磷青铜焊条），直流反接，不预热焊接，其焊接参数见表3-26。

表3-26 低碳钢与白铜焊条电弧焊的焊接参数

4.低碳钢与铝青铜组合的TIG焊及焊条电弧焊

（1）低碳钢与铝青铜组合的TIG焊 铝青铜（QA19-2）的热导率只有纯铜的1/6，比低碳钢略高，结晶区间很窄。熔焊的问题是熔池液体表面容易形成高熔点的脆性Al₂O₃。因此，Q235低碳钢+QA19-2铝青铜组合或者12Cr18Ni9不锈钢+QA19-2铝青铜组合采用TIG焊会有较好的焊接性。焊前不用预热。但仍属于高熔点与低熔点金属组合，TIG焊焊接时仍需要按图3-14所示的要求处理坡口及电弧偏移。尽量减少钢的熔化量。

填充金属采用铝青铜切条，或HSCuAl（或HSCuNi）焊丝均可。焊丝化学成分见表3-24中的代号213及234焊丝。避免采用锡青铜焊丝，因为这种焊丝会明显地降低接头的力学性能。对于Q235低碳钢+QA19-2铝青铜的组合TIG焊，板厚为3mm+3mm的接头，其TIG焊的焊接参数为：焊接电流100～120A，钨极直径3mm，氩气流量10～12L/min。

对于12Cr18Ni9不锈钢+QAl9-2铝青铜的组合TIG焊，建议采用纯镍焊丝ERNi-1或铜镍焊丝ERNiCu-7，不宜采用纯铜焊丝，尤其不允许采用不锈钢焊丝，以防止铜渗透裂纹的产生。

（2）低碳钢与铝青铜组合的焊条电弧焊 Q235+QAl9-2组合接头，推荐采用T237（ECuAl-C）焊条，直流正接，焊前不预热，板厚大于3mm时，在铜侧开半V形坡口，以减小钢的熔化量。

5.低碳钢与硅青铜组合的TIG焊及焊条电弧焊

QSi3-1硅青铜的热导率只有纯铜的1/10，比低碳钢的热导率还略小，焊接时可不用预热。Q235低碳钢+QSi3-1硅青铜组合的焊条电弧焊，可采用硅青铜焊条T207（ECuSi-B），直流正接。

Q235低碳铜+QSi3-1硅青铜组合的TIG焊，建议采用硅青铜切条或HSCuSi焊丝，其他焊接参数可参考钢与铝青铜的焊接。当厚度大于3mm或在10～15mm之间，则采用MIG焊会有高的生产率和较好的效果，仍可采用HSCuSi焊丝或ERNiCu焊丝。