黄铜与不锈钢焊管异种金属的应用及焊接性

黄铜与不锈钢焊管的化学成分、物理与化学性能存在很大的差异，例如，316L不锈钢焊管的含碳量很低，具有非常好的耐晶间腐蚀性能，316L不锈钢焊管中添加钼元素提高了其耐蚀性，并且在固溶状态无磁性；H62黄铜是铜锌合金，由α+β双相组织组成，H62黄铜中的锌元素可以提高材料的强度和硬度。

黄铜具有很好的导热导电性能，但是黄铜的强度很低，在一些需要承受高载荷的情况就会显得无能为力。不锈钢焊管具有较高的强度，但是其导热性较差，经常会导致受热不均匀。因此，黄铜-不锈钢焊管复合结构不仅具有黄铜优良的导热性能，而且还兼顾了不锈钢焊管良好的机械性能。黄铜与不锈钢焊管异种金属焊接结构应用越来越广泛，比如制冷设备中的冷却管道以及观察窗，Ⅲ类压力容器-液体低温储槽，汽车的热交换器、同步器锥环、减速机蜗轮、轴瓦等方面都采用的是黄铜与不锈钢焊管的焊接结构。

黄铜-不锈钢焊管焊接主要有以下特点：

（1）黄铜与不锈钢焊管的熔化温度、热导率、线膨胀系数、流动性等差异较大，这对黄铜与不锈钢焊管的焊接很不利；

（2）由于不锈钢焊管中的主要元素铁与黄铜在高温时的晶格类型、原子半径、晶格常数等都比较接近，这对金属之间的焊接有利；

（3）黄铜与不锈钢焊管的主要成分铜、铁元素在液态时能够发生无限互溶，而在固态时能够形成有限互溶的固溶体，两种金属不易形成金属间化合物，其组织主要由（α+ε）双相组织组成，这对焊接也是有利的，铜-铁的二元相图如图1-1所示；

（4）液态黄铜对近焊缝区不锈钢焊管一侧的晶界有较强的渗透作用，在结晶过程中，易形成微裂纹。

正因为黄铜-不锈钢焊管在焊接过程的这些特点，所以在焊接工艺方面，无论是采用对接方式、黄铜在上不锈钢焊管在下的搭接方式以及不锈钢焊管在上黄铜在下的搭接方式，黄铜和不锈钢焊管的温度分布均不同。激光焊接过程中，在激光热源作用力、液体表面张力、重力以及浮力的共同作用下熔池液态金属发生流动，黄铜和不锈钢焊管相互混合形成熔池。由于激光焊接时间很短，两种金属混合不充分，并导致焊缝两种金属的元素成分分布不均匀。如何控制黄铜-不锈钢焊管异种金属材料激光焊接的焊缝成形，获得所需要的接头微观组织结构，提高焊接质量，保证接头的使用性能成为本课题研究的关键问题。