宣布时间：2020-11-23点击：3193
无氧铜(OFC)作为一种高纯度铜质料 ，有着极好的导热、导电性和优异的耐蚀、加工、焊接性 � ；谕诟鞲隽煊蛑械钠毡橛τ� ，其焊接性能越来越受到关注 。
可是 ，铜在焊接历程中会泛起以下几种问题：
1.焊缝难熔合 ，成形差 ；
2.容易爆发焊接变形 ，热裂倾向大 ；
3.热输入量大导致晶粒粗大 ，焊接讨论性能下降 。
解决要领：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 ，能有用阻止晶粒粗大 。
近年来 ，有学者针对铜及铜合金与异种金属的焊接性能举行了一些研究 ，主要焊接方法有搅拌摩擦焊、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讨论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、试样制备与试验要领
试验质料：
牌号为TU１的国产退火态无氧铜板 ，化学因素(质量分数％)为：99.97Cu＋Ag ，0.002P ，0.004Fe ，0.003Pb ，0.003Zn ，0.002O ，0.004S 。
试验装备：
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
工艺方法：临界穿透焊 ，焊接参数为加速
使用标准：
GB/T 228.1-2010《金属质料 拉伸试验 第１部分：室温试验要领》
二、试验效果与讨论
1.显微组织
由图1可见无氧铜厚板焊接讨论横截面外貌形貌优异 ，无显着缺陷 。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显着 ，而焊缝两侧热影响区很窄与母材分界不显着 。
由图2可见 ，母材为单相α-Cu组织 ，由于铜的层错能较低 ，导致晶内天生大宗退火孪晶 ；焊缝熔池在凝固历程中形成了大宗等轴晶粒 ；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 ，随着与焊缝上外貌距离的增大 ，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 。关于统一位置的焊接讨论来说 ，硬度在焊缝、热影响区和母材处没有显着区别 ；关于上、中、下3个位置的讨论来说 ，组织晶粒尺寸差别没有给质料的显微硬度带来显着差别 ，即上、中、下3个位置对抗局部变形能力相同 。无氧铜纯度很高 ，焊接历程中 ，熔池内外险些没有因素差别 ，凝固时不爆发相变 ，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 ，但测得质料的显微硬度没有太大转变 。
3. 拉伸性能
由表1可见 ，电子束焊接讨论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 。比照母材与讨论的断后伸长率和断面缩短率 ，可知讨论的断后伸长率相比于母材的稍有下降 ，而断面缩短率险些一致 ，说明焊接讨论塑性无显着降低 ，在使用要求规模内 。
图5所示为焊接讨论划分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 ，晶内泛起大宗裂纹 ；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 ，这也诠释了焊接讨论平均断后伸长率相比母材的稍有下降的缘故原由 。
图6为母材和焊接讨论拉伸断口扫描电镜微观形貌 ，可见无氧铜母材与焊接讨论平滑试样的拉伸断裂均为韧性断裂 ，并爆发显着颈缩 ，断口形状呈杯锥状 ，锥面与主应力成45° 。母材断口外貌较为平整 ，大宗等轴韧窝在外貌匀称漫衍 。断口侧面泛起大宗蛇行滑动名堂 ，这是拉张开动时多个滑移系交互作用的效果 。焊缝断口外貌较为高低不平 ，韧窝漫衍不匀称 ，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 ，因此焊接讨论焊缝狭窄且外貌无显着缺陷 。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 ，且与母材的区别不显着 。
2.无氧铜焊接讨论从焊缝到母材 ，显微硬度没有爆发显着转变 ，说明焊缝和母材抵微区变形的能力相当 。
3.无氧铜焊接讨论经室温拉伸爆发显着塑性变形 ，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 。
泉源：《理化磨练-物理分册》微信公众号 选自：《理化磨练-物理分册》 Vol.54 2018.3作者：丁寻 ，助理工程师 ，中国航空制造手艺研究院
