发布时间：2020-11-23点击：3354
无氧铜(OFC)作为一种高纯度铜材料 ，，，，，有着极好的导热、导电性和良好的耐蚀、加工、焊接性。。。 。�；；；；；谕诟鞲隽煊蛑械墓惴河τ� ，，，，，其焊接性能越来越受到关注。。。 。。
但是 ，，，，，铜在焊接过程中会出现以下几种问题：
1.焊缝难熔合 ，，，，，成形差；；；；；
2.容易发生焊接变形 ，，，，，热裂倾向大；；；；；
3.热输入量大导致晶粒粗大 ，，，，，焊接接头性能下降。。。 。。
解决方法：电子束焊接热效率高、能量集中、热输入量小 ，，，，，使得焊缝金属冷却快 ，，，，，能有效避免晶粒粗大。。。 。。
近年来 ，，，，，有学者针对铜及铜合金与异种金属的焊接性能进行了一些研究 ，，，，，主要焊接方式有搅拌摩擦焊、激光焊、氩弧焊、钎焊等 ，，，，，而关于无氧铜电子束焊接的研究较少。。。 。。为此 ，，，，，笔者选取了合理的电子束焊接工艺 ，，，，，研究了大厚度无氧铜板材焊接接头的显微组织和力学性能 ，，，，，为铜及铜合金的电子束焊接应用提供参考依据。。。 。。
一、试样制备与试验方法
试验材料：
牌号为TU１的国产退火态无氧铜板 ，，，，，化学成分(质量分数％)为：99.97Cu＋Ag ，，，，，0.002P ，，，，，0.004Fe ，，，，，0.003Pb ，，，，，0.003Zn ，，，，，0.002O ，，，，，0.004S。。。 。。
试验设备：
高压真空电子束焊机ZD150-15A、Leica DM6000M光学显微镜、DMH-2显微硬度计、Zeiss Supra 55扫描电镜、日本岛津AG-100kNG电子万能试验机
工艺方式：临界穿透焊 ，，，，，焊接参数为加速
使用标准：
GB/T 228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第１部分：室温试验方法》
二、试验结果与讨论
1.显微组织
由图1可见无氧铜厚板焊接接头横截面表面形貌良好 ，，，，，无明显缺陷。。。 。。焊缝为深宽比很大的钉形焊缝 ，，，，，***大宽度约为1mm。。。 。。焊缝与母材组织分界明显 ，，，，，而焊缝两侧热影响区很窄与母材分界不明显。。。 。。
由图2可见 ，，，，，母材为单相α-Cu组织 ，，，，，由于铜的层错能较低 ，，，，，导致晶内生成大量退火孪晶；；；；；焊缝熔池在凝固过程中形成了大量等轴晶粒；；；；；热影响区受焊接热影响 ，，，，，越靠近母材 ，，，，，过冷度和冷却速率越小 ，，，，，导致晶粒粗化长大 ，，，，，焊缝与母材的显微组织同为α-Cu相。。。 。。
由图3可见 ，，，，，随着与焊缝上表面距离的增大 ，，，，，焊缝等轴晶晶粒尺寸逐渐减小。。。 。。
2.显微硬度
由图4可知 ，，，，，3个位置的硬度均在50~60HV0.025。。。 。。对于同一位置的焊接接头来说 ，，，，，硬度在焊缝、热影响区和母材处没有明显区别；；；；；对于上、中、下3个位置的接头来说 ，，，，，组织晶粒尺寸不同没有给材料的显微硬度带来明显差异 ，，，，，即上、中、下3个位置抵抗局部变形能力相同。。。 。。无氧铜纯度很高 ，，，，，焊接过程中 ，，，，，熔池内外几乎没有成分差异 ，，，，，凝固时不发生相变 ，，，，，因此焊缝内外的晶体结构相同。。。 。。虽然焊缝上、下部位显微组织的晶粒尺寸相差较大 ，，，，，但测得材料的显微硬度没有太大变化。。。 。。
3. 拉伸性能
由表1可见 ，，，，，电子束焊接接头的抗拉强度稍低于母材的 ，，，，，约为母材的97% ，，，，，屈服强度则与母材的相当。。。 。。对比母材与接头的断后伸长率和断面收缩率 ，，，，，可知接头的断后伸长率相比于母材的稍有下降 ，，，，，而断面收缩率几乎一致 ，，，，，说明焊接接头塑性无明显降低 ，，，，，在使用要求范围内。。。 。。
图5所示为焊接接头分别断于母材与焊缝的断口纵截面显微组织形貌。。。 。。�？ ？？？？杉覆亩狭亚� ，，，，，晶粒被拉长呈纤维状 ，，，，，晶内出现大量裂纹；；；；；焊缝断裂前 ，，，，，断口处部分等轴晶粒没有较大变形 ，，，，，说明等轴晶粒的塑性变形能力不如母材的 ，，，，，这也解释了焊接接头平均断后伸长率相比母材的稍有下降的原因。。。 。。
图6为母材和焊接接头拉伸断口扫描电镜微观形貌 ，，，，，可见无氧铜母材与焊接接头光滑试样的拉伸断裂均为韧性断裂 ，，，，，并发生明显颈缩 ，，，，，断口外形呈杯锥状 ，，，，，锥面与主应力成45°。。。 。。母材断口表面较为平整 ，，，，，大量等轴韧窝在表面均匀分布。。。 。。断口侧面出现大量蛇行滑动花样 ，，，，，这是拉伸开动时多个滑移系交互作用的结果。。。 。。焊缝断口表面较为凹凸不平 ，，，，，韧窝分布不均匀 ，，，，，局部有剪切形成的拉长韧窝。。。 。。
三、结论
1.电子束焊接能量集中、热输入量小 ，，，，，且无氧铜导热率高 ，，，，，因此焊接接头焊缝狭窄且表面无明显缺陷。。。 。。焊缝区显微组织为αＧC铸态等轴组织 ，，，，，母材显微组织为αＧCu退火孪晶组织 ，，，，，热影响区显微组织为母材晶粒粗长大的组织 ，，，，，且与母材的区别不明显。。。 。。
2.无氧铜焊接接头从焊缝到母材 ，，，，，显微硬度没有发生明显变化 ，，，，，说明焊缝和母材抵微区变形的能力相当。。。 。。
3.无氧铜焊接接头经室温拉伸发生明显塑性变形 ，，，，，在母材和焊缝处均有断裂 ，，，，，其抗拉强度和塑性与母材的相当。。。 。。
来源：《理化检验-物理分册》微信公众号 选自：《理化检验-物理分册》 Vol.54 2018.3作者：丁寻 ，，，，，助理工程师 ，，，，，中国航空制造技术研究院
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