宣布时间：2020-11-23点击：2307
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。
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，焊接接头性能下降。
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，能有效制止晶粒粗大。
近年来，有学者针对铜及铜合金与异种金属的焊接性能进行了一些研究，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、试样制备与试验要领
试验质料：
牌号为TU１的国产退火态无氧铜板，化学身分(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外貌形貌良好，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；关于上、中、下3个位置的接头来说，组织晶粒尺寸差别没有给质料的显微硬度带来明显差别，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，熔池内外险些没有身分差别，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变革。
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。比照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，而断面收缩率险些一致，说明焊接接头塑性无明显降低，在使用要求规模内。
图5所示为焊接接头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平滑试样的拉伸断裂均为韧性断裂，并爆发明显颈缩，断口外形呈杯锥状，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均匀漫衍。断口侧面泛起大宗蛇行滑动花样，这是拉伸开动时多个滑移系交互作用的结果。焊缝断口外貌较为高低不平，韧窝漫衍不均匀，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外貌无明显缺陷。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，显微硬度没有爆发明显变革，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爆发明显塑性变形，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》微信民众号 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
