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Análisis de la soldadura de cobre y acero inoxidable austenítico
La soldadura de cobre y acero inoxidable austenítico pertenece a la soldadura de metales diferentes. Las propiedades físicas de los dos son muy diferentes y la diferencia de punto de fusión es de más de 400 ℃, lo que dificulta la soldadura. La obtención de una unión de soldadura satisfactoria depende de las propiedades físicas, la composición química y el método y proceso de soldadura del metal soldado.
Análisis de las diferencias de propiedades físicas
Las propiedades físicas del acero y el cobre son muy diferentes. La conductividad térmica del cobre es 2316 veces mayor que la del acero. Durante la soldadura, el calor se transferirá rápidamente desde la zona de calentamiento al exterior y es difícil que la zona de fusión alcance la temperatura de fusión, lo que da como resultado una soldadura deficiente del metal de relleno y el material base.
El coeficiente de expansión lineal del cobre es ligeramente mayor que el del acero y la tasa de contracción es 2135 veces mayor que la del acero. Además, el cobre tiene una fuerte conductividad térmica y una gran deformación durante el enfriamiento y la solidificación. La rigidez de la junta soldada es grande. Después de bloquear la deformación de la soldadura, se generará una gran tensión de soldadura, que se convierte en la causa mecánica de las grietas de soldadura.
Análisis de las diferencias de composición química
Según los principios de la metalurgia, la compatibilidad entre elementos juega un papel decisivo en la soldabilidad de metales diferentes. La solubilidad mutua entre elementos químicos depende de las diferencias en el tipo de red cristalina, el tamaño atómico y la constante de red entre los elementos solutos. A altas temperaturas (912-1390 °C), las estructuras cristalinas de Fe y Cu son cúbicas centradas en las caras (fcc), con tamaños de radio atómico y constantes de red similares, por lo que la soldabilidad del acero y el cobre es buena [1]. Sin embargo, cuando se sueldan cobre y acero, se forman fácilmente una variedad de eutécticos de bajo punto de fusión como (Cu+Cu2O), (Fe+Fe3S2) y (Ni+Ni3S2) entre los granos del metal de soldadura. En la etapa posterior de la solidificación y cristalización del metal de soldadura, estos eutécticos de bajo punto de fusión se distribuyen continuamente en forma de "películas líquidas" en los límites de grano del cobre sólido, cortando la conexión entre los cristales sólidos, debilitando la capacidad de unión intercristalina y provocando que la plasticidad del metal de soldadura disminuya significativamente. En este momento, la tensión de tracción generada más o menos debido a la diferencia significativa en las propiedades físicas entre el acero y el cobre puede causar grietas térmicas en las partes frágiles de la junta de soldadura.
Según el análisis de la soldabilidad del cobre y el acero, la elección del método de soldadura adecuado y los materiales de relleno adecuados y la formulación de un proceso de soldadura razonable son las claves para obtener excelentes juntas soldadas.
Selección del método de soldadura
Se pueden utilizar soldadura con gas, soldadura con arco de argón y otros métodos de soldadura para soldar cobre y acero inoxidable. La temperatura del baño de soldadura de la soldadura con gas es fácil de controlar y es fácil lograr una soldadura de un solo lado y un conformado de doble lado. También es conveniente precalentar y poscalentar la soldadura antes de soldar. Sin embargo, debido a la baja temperatura de la llama de oxiacetileno y la dispersión de calor, es difícil superar el defecto de la mala soldadura causada por la rápida disipación de calor del cobre, y es difícil obtener una buena calidad de soldadura. La soldadura manual con arco de argón (TIG) tiene una protección de argón confiable, y el metal del baño fundido no es fácil de oxidar; la temperatura de soldadura es alta, la energía está concentrada y el arco y el baño fundido son visibles, la operación es conveniente y es fácil controlar la forma del baño fundido y la formación de la soldadura; no hay escoria, no es necesario limpiar la escoria después de la soldadura y la calidad de apariencia de la junta soldada es buena, por lo que se determina el método de soldadura TIG.
Selección de material de soldadura
Se selecciona el alambre de soldadura de cobre HS201 como material de relleno.
Precalentamiento antes de soldar
Dado que el cobre tiene una gran conductividad térmica y disipa el calor rápidamente, un lado del tubo de cobre debe precalentarse con una llama neutra antes de soldar (temperatura 400-450 ℃), y la temperatura entre las capas de soldadura debe mantenerse no inferior a la temperatura de precalentamiento durante la soldadura.
Puntos clave de la soldadura
Utilice soldadura por arco corto durante la soldadura, y el centro del arco debe estar sesgado hacia el lado del tubo de cobre unos 2-4 mm. Por un lado, puede reducir la pérdida de calor en el lado del tubo de cobre para evitar defectos como soldadura incompleta y fusión incompleta; por otro lado, también puede evitar que un lado del tubo de acero inoxidable se sobrecaliente y provoque quemaduras y socavaduras. Utilice alimentación de alambre continua y no utilice el método de fusión directa de los dos materiales principales sin agregar alambre de soldadura.
Intente reducir la cantidad de veces que se apaga el arco durante la soldadura. Antes de apagar el arco, para evitar la aparición de picaduras de arco y la pérdida prematura de la protección, se debe agregar más metal de relleno antes de apagar el arco, y el arco se debe apagar después de llenarlo y se debe detener el suministro de gas argón.
Conservación del calor después de la soldadura
Después de soldar, cubra la soldadura con fieltro de silicato compuesto para mantenerla caliente y enfríela lentamente para reducir la tensión de soldadura y evitar grietas.
