发布时间：2020-11-23点击：3377
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茫�， ，，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。。 。。。。 。�？？？？？杉覆亩狭亚埃�， ，，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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