T2紫铜与304不锈钢焊接以往均采用气焊方法，由于产品是在高温下使用，焊接接头经循环加热会出现松动现象，造成渗漏及接头强度降低，部分接头不能达到使用要求。采用氩弧焊焊接T2紫铜与不锈钢焊缝，经反复试验发现，工艺性能良好、操作简单、焊接质量稳定，大大降低了制造成本，缩短了生产周期，提高了接头的强度。

宇航兴达真空设备制造有限公司承接北京丹普表面技术有限公司真空室工程，此室体冷井部分有1根过渡管，材料为T2紫铜，与室体连接处为304不锈钢，以往均采用气焊焊接，气焊主要以氧乙炔气体为能源，焊缝母材不熔化，利用低熔点的钎料填充焊缝。焊接时环境恶劣，工艺复杂，外观质量较差，一般焊工无法完成焊接，T2紫铜管一旦熔化就面临报废危险，成本增加，工期延长。鉴于现状，公司决定以氩弧焊焊接T2紫铜与304不锈钢为课题进行试验研究。

1、T2紫铜与304不锈钢的焊接性分析

T2紫铜和304不锈钢的化学成分见表1。铁-铜相图见图1，钢和铜在高温时的晶格类型、晶格常数和原子半径非常接近，在液态时无限固溶，固态时有限固溶，不形成金属间化合物。当钢向铜扩散时，形成有限溶解度的ε固溶体，1 094℃时钢在铜中的溶解度为4%，650℃时为0.2%，温度再降低，溶解度无明显变化。这些因素非常有利于钢与铜之间的焊接。但是在熔点、热导率和线膨胀系数方面的差异较大，会给两种材料的焊接带来困难。铜的熔点是1 083℃，304不锈钢的熔点是1 450℃，铜的线膨胀系数约比钢大40%，钢-铜合金的结晶温度区间很大，约在300~400℃，加之容易形成（Cu+Cu2O）、（Fe+FeS）、（Ni+Ni3S）等低熔点共晶，所以钢与铜焊接时容易产生热裂纹。焊缝中w（Fe）=0.2%~1.1%时，焊缝组织呈粗大的α单相组织，抗裂性很差；随着含钢量的增加，焊缝为（α+ε）双相组织，当w（Fe）=10%~43%时，抗裂性最差，焊接方法及焊接工艺对焊缝影响非常大。

2、焊接性能对比

2.1气焊特点

以往采用气焊焊接T2紫铜与304不锈钢，配以美国Harris-0焊丝（化学成分见表2），以氧乙炔气体作为能源，焊接时环境恶劣，技术难度高，焊缝成形差，由于气焊的特点是母材不熔化，接头靠熔化的焊丝连接，铜焊丝熔点为1 083℃，而产品使用温度接近1 083℃，所以先焊好的管子因使用过程中反复加热会经常出现松动现象，造成渗漏及接头强度降低，部分接头根本达不到使用要求，水压试验仅承受2.5 MPa的压力。目前真空室冷井室体304不锈钢与冷却水管T2紫铜的焊接大多出现了这个问题，给真空装置的正常运行带来隐患。

2.2氩弧焊特点

现采用氩弧焊接，同样配以美国Harris-0焊丝，100%纯氩气保护。体积很小的焊枪适合任何位置焊接，由于T2紫铜与304不锈钢导热系数不同，所以前者比后者散热快，因此先在T2紫铜一侧起弧，坞极电弧以不熔化母材为准，目的是对T2紫铜管进行预热，待预热温度达到600~700℃时，电弧回拉到焊缝中心开始填充焊丝，钨极电弧围绕环管以左焊法施焊。待形成熔池后，向左方向推进，边推进边填充焊丝，焊接过程中将2/3的熔池控制在T2紫铜母材上，减少304不锈钢成分过多地迁移到焊缝，熄弧以后延缓3~5 s断气，以防因气体保护不良，焊缝氧化而产生裂纹影响焊接质量。焊接完工后，按JB/T 4730.5—2005渗透检测对焊缝进行表面检验，无任何缺陷。水压试验达到4.0 MPa压力，氩弧焊接头如图3所示。

3、结论

采用两种不同焊接方法均可以焊接真空室体冷井部分304不锈钢与T2紫铜管，而采用氩弧焊接时两种母材与焊丝液态时无限固溶形成一体，提高了焊接接头的抗裂性能，其各项检验均符合技术要求。