卓金管件有限公司MIG钎焊堆焊铜带技术的文献学习体会
文献概况与技术背景
本文发表于2006年《焊接》第6期，由机械科学研究院哈尔滨焊接研究所、黑龙江华安工业（集团）公司和123厂联合完成。文章针对机械加工制成铜带的不足之处，采用MIG钎焊方法堆焊铜带，探讨了焊接工艺参数对堆焊金属化学成分和力学性能的影响，形成了较好的工艺技术。该研究在铜基覆层制造领域具有重要的工程应用价值。
铜带覆层的应用需求
铜带覆层在工业中有着广泛的应用需求，主要包括：
| 应用领域 | 典型部件 | 覆层目的 |
|---|---|---|
| 电力电子 | 开关触点、导电排 | 提高导电性、耐电弧性 |
| 电镀行业 | 电镀挂具、导电杆 | 提高导电性、耐腐蚀性 |
| 机械传动 | 滑动轴承、导轨 | 减摩、耐磨 |
| 模具制造 | 热作模具表面 | 提高热导率、表面硬度 |
| 船舶行业 | 螺旋桨、舵叶 | 防腐蚀、减摩 |
传统机械加工方法制备铜带覆层存在以下不足：
- 材料利用率低：机械加工去除大量材料，造成铜材浪费。
- 生产效率低：机械加工速度慢，不适合大批量生产。
- 结合强度有限：机械结合方式难以实现铜层与钢基体的冶金结合。
- 铜层厚度受限：机械加工难以制备较厚的铜层。
MIG钎焊堆焊铜带技术通过焊接冶金方式实现铜层与钢基体的冶金结合，有效解决了上述问题。
MIG钎焊工艺原理
MIG钎焊（Metal Inert Gas Brazing）是一种介于熔焊和钎焊之间的焊接方法。其基本原理是利用惰性气体保护的熔化极电弧作为热源，加热基体至钎焊温度（低于基体熔点），同时熔化铜带作为钎料，在毛细作用下实现铜带与基体的冶金结合。
MIG钎焊的关键特征包括：
- 基体不熔化：基体温度控制在钎焊温度范围，避免基体熔化导致的稀释和变形。
- 钎料熔化：铜带作为钎料被电弧加热熔化，填充基体与铜带之间的间隙。
- 冶金结合：铜与钢在界面处形成Fe-Cu金属间化合物，实现冶金结合。
- 惰性气体保护：Ar或He气体保护防止熔池氧化。
焊接工艺参数对堆焊金属的影响
焊接电流
焊接电流直接影响电弧温度和熔池温度。较大的焊接电流提高熔池温度，有利于钎料的充分熔化和流动，但过大的电流可能导致基体局部熔化或过热。较小的焊接电流降低熔池温度，有利于控制基体温度，但可能导致钎料熔化不完全。
焊接速度
焊接速度影响单位长度热输入和熔池存在时间。较快的焊接速度降低热输入，减少基体热变形，但可能导致钎料填充不充分。较慢的焊接速度提高热输入，有利于钎料充分流动，但增加基体变形风险。
送丝速度
送丝速度影响钎料供给量。适当的送丝速度保证钎料充分填充，过快的送丝速度导致钎料堆积，过慢的送丝速度导致填充不足。
保护气体流量
保护气体流量影响熔池保护效果和电弧稳定性。适当的保护气体流量保证熔池免受氧化，过大的流量可能导致气流紊乱，影响钎料流动。
界面冶金结合分析
本文的一个重要发现是，MIG钎焊堆焊铜带与钢基体实现了冶金结合，界面与铜带无缺陷。这一结果对于铜带覆层的质量保证具有重要意义。
铜与钢的冶金结合机理包括：
- 液态铜润湿钢基体：液态铜在钢基体表面形成良好的润湿，铺展面积大。
- 界面反应：Cu与Fe在界面处发生扩散反应，形成FeCu、FeCu₃等金属间化合物。
- 扩散层形成：界面处形成一定厚度的扩散层，实现铜层与钢基体的牢固结合。
- 无缺陷界面：合理的工艺参数避免了界面处出现未熔合、气孔、裂纹等缺陷。
堆焊金属化学成分与力学性能
通过MIG钎焊堆焊的铜带，其化学成分接近纯铜或铜合金，具有良好的导电性和导热性。力学性能方面，铜层的硬度较低（约80-100 HV），但具有良好的延展性和减摩性。铜层与钢基体的结合强度取决于界面冶金结合的质量，合理的工艺参数可获得较高的结合强度。
工程实践启示
MIG钎焊堆焊铜带技术可应用于以下工程场景：
- 电力开关触点制造：在钢基体上堆焊铜层，提高触点的导电性和耐电弧性，降低接触电阻。
- 电镀导电挂具制造：在钢挂具上堆焊铜层，提高导电性，减少电镀过程中的电偶腐蚀。
- 滑动轴承制造：在钢基体上堆焊铜层，利用铜的减摩特性降低摩擦系数，延长轴承寿命。
- 模具表面覆铜：在热作模具表面堆焊铜层，提高热导率，改善模具冷却效果。
在实际应用中，应注意以下工艺要点：
- 基体预热：适当的预热温度（通常150-300℃）有利于铜的润湿和冶金结合。
- 清洁度控制：基体和铜带表面的氧化层、油污等必须彻底清除，否则严重影响冶金结合质量。
- 工艺参数优化：通过工艺评定确定最佳焊接电流、焊接速度、送丝速度等参数组合。
- 质量检测：采用渗透检测、超声检测等方法检测界面结合质量，确保无未熔合等缺陷。
学习心得与总结
本文提出的MIG钎焊堆焊铜带技术是一种有效的铜基覆层制造方法，通过焊接冶金方式实现了铜层与钢基体的牢固结合，克服了传统机械加工方法材料利用率低、结合强度有限等不足。该技术在电力电子、电镀、机械传动等领域具有广阔的应用前景。通过研读本文，我认识到钎焊技术作为一种介于熔焊和钎焊之间的焊接方法，在表面覆层制造领域具有独特的优势。MIG钎焊通过精确控制热输入和熔池温度，既保证了钎料的充分熔化和流动，又避免了基体的过度熔化，实现了高质量的冶金结合。随着焊接技术和检测技术的不断发展，MIG钎焊堆焊铜带技术将在更多领域得到应用，为铜基覆层的高效制造提供可靠的技术手段。