仿金材料及焊接工艺研究.pdf

仿金材料及焊接工艺研究 王碧文王涛 港甜铜加工厂，河南，4 7 1 0 3 9 擒錾搬告Ye Ⅱ一A 【一N { 一I n 幕嚣盒对料和焊接工芑研兜缔泉，井盛带干瞥陀上【【南海观 音黼型螭畦像静建造，谖实拽蓑孵掰研巍的台盘疑煮健趣曲工u 芷性嚣。滞接蛙链，耐性性扼．瑟寿美 丽的盘黄断色，是⋯种优秀舫仿食艺术瑚锕合禽， 关键词锕音盘；盎黄色；焊接 午百年采，人们一壶致力于艺术用铜合 盒的研究和置艺品擞产实践，然而就丈型露 天镶像露害，妈然{ 骛瘸藩锅毒钢燕台金。为 了获褂美丽的金黄颜色，人们在铜制品表面 递褥凌垒残匏学警魏。1 9 9 6 年普陀出鳞教 协会提出要在普陀山海滨建造一尊想高 2 0 m 、慧重7 趣褒海躐学傍受铜豫，莛指舔是 摊像为盒黄颜色、撬八缀始震、十二级盎 风。瓣兹我粕拜震了结金镧台金瓣辩、浑接 山赢海观鬻巨型锎像，收到了嶷好的效果， 结柬了千酉年来风使用锡青铜建造巨型露哭 锅缀救掰变。 l 合金的研究 各国对惦叠钢食金妁研究，主要是黄铜 秘镄毒镪系列 袭1 ，煎在普陀由海攘气蘸 条{ 孛下，铜像将受刭海洋大气的侵蚀，黄钢 系携金辩辩将会产璧麓锌捐煮继，嚣托我粕 工艺等研究，并且用两年对闯，建成了罄陀集中选择C u - A 1 一N i 系进行研究。 表1 艺宋用锎台金 { ．1禽金戚酚的遗撵由c u A l ～N i 三 元相嘤”1 可知，C u 姆N i 讨以无限互港。在 此基础上，当A I ≤1 0 ％合盒处于单相医，没 育盒耩纯裔物析豳，可班确傈裔金避免电他 学腐蚀丽日l 趄的点蚀，而且A l 的加入，可以 形成自愈性保护膜．当保护层被破坏之后， 万方数据 可以迅速再生。N i 元素可以提高合金的耐 蚀性能，它与C u 形成连续固溶体，I n 的加人 可以保持金属的颜色，A 1 的加人，可以增强 台金美丽的光泽，A 1 对金属的色泽发生重要 的影响，研究结果列入表2 。我们选定的成 分具有美丽的金黄色。其成分为 ％ A 15 ～6 、N il ～2 、I n 00 5 ～O ．1 5 。 表2铝对台金颜色的影响 为了查明各元素对合金机械性能的影 响，我们分别配制不同含铝量合金，使用半 连续方法，铸造7 5 3 3 0 6 5 0 r a m 铸锭，然 后切取试样进行机械性能测定。结果表明铝 对性能发生重要影响，随着其含量增加不但 合金颜色发生由金黄向青绿色转变，而强度 也明显增加，当铝含量大于74 ％之后强度 激烈增加．其原因是此时合金出碗了F 相 试验表明单相a 合金强度最高值为 3 4 0 N ／m m2 ．其具体情况见图l 。 图l 吒和A l 含量关系 铸造收缩率对巨型铜像建造极为重要， 它涉及到模型设计、装配、像高总体控制，我 们选择树脂砂型铸造试板 1 9 4 ～1 9 6 1 4 8 ～1 4 9 进行测定，其结果列人表3 。对 C u - A 1 一N i 系合金来说，凝固收缩率为1 8 ‰ 左右，与一般锡青铜相比较略高一些。在 试验中还表明其金属流动性处于中等水平。 表3树脂砂型壁板的凝固收缩率 ％ - 线收缩率为长宽收缩率的平均值； 体收缩率 { 型腔面积一壁板面积w 型腔面积x1 0 0 ％ 1 ．2熔炼与铸造合金可用新金属或金属 回炉料，用感应电炉熔炼，覆盖木炭加冰晶 石，浇铸温度为1 1 8 0 ～1 2 5 0 ℃，异型树脂 砂。为适应浇道漫长的需要，铸造温度提高 至1 2 5 0 ～1 3 0 0 ℃。浇注速度要快些，半 连续铸造速度为3 ．5 ～5 m h a ，铸锭规格为 中8 5 、中1 9 5 、7 5 3 3 0 ，1 2 0 6 4 0 r a m 。合金 具有优良的铸造性能、流动性能趄好，适应 工业规模生产。铸造组织为典型的铸造组 织，铁模半连续柱状晶十分发达，而砂模等 轴晶区明显加宽，没有化台物析出，铸造性 能见表4 。 表4 仿金材料铸造性能 1 ．3塑性加工仿金材料作为艺术铜雕塑 台金，不但要满足异型铸造产品的需要，而 且要有各种压力加工制品，比如锻铜雕像、 各类工艺品焊接用焊丝等，各种制品的生产 工艺流程为 万方数据 1 板材1 2 0 x6 4 0 m m 煤气加熟 炉9 2 0 ～9 5 0 ℃m8 5 0 15 0 0 轧机，热 麓至8 m m 热转蛋1 0 0 0 3 5 0 0 筑辊，2 ．0 1 0 0 0 2 0 0 0 m 退火6 5 0 ℃。 性熊d b3 5 0 4 0 0 M P a ，d n ，1 6 0 2 0 0 M P a ，052 5 ％～3 0 ％。 2 焊丝生产0 1 4 5X3 0 0 ⋯煤气炉 抽热9 瓣～9 5 0 ℃1 5 0 0 t 拳压撬垂1 6 m m 控伸，两次遢火间总加工率小于5 0 ％。 成品规格巾3 ．2 、m l0 r a m 。 毪髓9 53 8 0 4 2 0 M P a ，d o ，1 8 0 - 2 0 0 M P a ，054 0 ％～4 5 ％。 2 烊褛王艺研究 铜及合金导热性良好、热收缩大、焊接时 舍金嚣索曩烧援、湛淹金籀客易教牧氢气蠢 氧化等特点，给焊接工作特来很大困难，焊 接金属艨量也镊难控制。因此铜台盎焊接一 般不弼气焊，斑选用较大翁焊接热褫、较裔 焊速、较窄焊道，一般采用涂有低氧焊药的 焊条手工电弧辫、钨极气俸爨护簿 T i G 法、熔化极气体保护焊【M I G 法 。营陀山南 海观音巨型露天铜像怫体为铸造壁板、焊接 结构，菸有9 7 头壤扳缰畿。环浮耩1 9 2 m ，立 缝1 6 5 m ，其它焊缝7 m ，共3 6 4 m 。内外焊 接，每遘焊缝搬焊3 ～4 遍，烬道总畿 1 8 0 0 m 。焊缝不允许有炙杂、裂纹等缺陷， 1 0 0 ％进行x 光探伤，均殿达到I 嫒标准 焊缝金爝经打磨蠢必须与撩薄菝惫一羲，累 允许存在颜色的纲格现象，针对上述具体要 求，开疑了焊丝成分、焊接工艺、设备选择等 研究，确定了如下方案 1 由于普陀山大佛采用C u 一50 ％ A l 一2 ．0 ％N i 、0 0 5 0 ，1 5 ％l n 豹台金，A l 在 焊接时易形成A l z o ，，造成杂夹等缺陷，必 须采用熔化电极蟓护气体焊，为t 果证颜色与 佛俸～致，同时氛有足够的强度，聚幕与母 材相同成分的焊熊。 2 为供应较大鳇爆接热瀑，辫撬戆性镌 必颓允许输如平稳的较大电流，参照天横大 佛的使用情况，我们选择了N B 一5 0 0 型 霹G ，M I G 秘羽氢气臻护疆簿鞔，宅具籀龟 流犬、上升快、电流电雁稳定．勰弧容易、送 丝平穗、速度快，可靠、无级调节。金属飞溅 小等特点。 3 焊接试板开v 型坡[ 1 ，使用角向磨 光聪开壤疆嚣，对坡[ } 避行麓艨，往之嚣凄 金属光泽。保护气体选用9 9 ．9 7 ％以上纯度 的裁气。为防止焊接施工中壁授变形，保证 组装靛采稻撵接矮量，确定了装三焊一，先 立后横，先内后外的现场施焊原则。 2 ．1 焊丝试粼焊丝憋试制对仿金挂拳莲极 为爨耍，焊墼必须满昆焊缝金属与基津颜色 一致星美丽的金黄色，保证与髓板同等强 度，辫揍对不产生有害气薄。撵焦生产互艺 要简单，不需骚特殊措施，具有廉价、低成本 等特点，经过比较初选焊丝成分为 ％ A 1 5 ．5 ～7 ．9 ％．N i i ，2 ～17 ，I n 0 ．0 5 ～0 ．2 5 ， C u 余量，焊丝的规格选为m 10 m m 和 0 3 ．2 m m 。 生产工艺l5 0 k g 感应熔炼含金，术炭覆 盖，熔炼温度1 2 0 0 ℃～1 2 5 0 ℃一半连续 铸遥，速度4 ．5 m ／h 一煤气秘热炉蕊热一 15 0 0 t 水压机双孔模拚脏m1 6 m m 线坯，挤压 温度8 3 0 ～8 鼬℃，搬热4 ～娆一拉传， 温甓6 3 0 ～6 5 0 ℃，2 h ，道次为m 1 6 一m 1 1 一心75 一曲4 ．3 一m 3 ．3 一曲2 ．5 一m 1 ．6 一辔l 。1 5 一辔l0 ，每遘次拉{ 串螽均采1 } { l 穰 护气体退火。焊丝的盘属组织均为d 单相 组织，台金其赢复好的塑性，其机械性麟见 表5 。该或分焊丝可以使用普通法生产，具 有成品率高、工艺流程简单等特点。 2 。2海接缝绥秘缝戆幕痨零1 , 0 m m 浮墼 氩气保护焊接方法，焊接试板采用v 型坡 口，焊缝大于1 0 0 r a m ，从基体、热影响区、焊 缝甄分弼取试样，铡定稿应薛辊械性施、观 察盒相组织，用肉眼观察金属焊缝的颜色． 并，扶爆缝处旗取试样，分辑其袋努，用袋剡 万方数据 表5 仿金焊旗的性能 规格{ m T n 壮杰 口【N j m m ，口一N , ‘m m2 5 S ％ 倘辨锻5 奄1 6 挤翩 4 4 2l 竹驰5 硬惑 6 7 56 6 7 9 _ 20 6 6 76 5 72 5 , O 垂75 4 9 3款25 9 0 邋走 ∞12 4 25 9 ．0 55。383瓣0 母32 毕硬惑 5 5 33 8 6 3 0 ．0 6 5 9＆53 5 中10半硬态 6 7 8 5 9 8 3 ．0 定烧损情况。试验袭明，焊缝、热影响隧性 能与基板强度无太差荆，无气i L 采杂等缺 陷，达到等强度要求。套姻观察显示，焊接 各部位的高倍组织均为口单相蛆织，对耐腐 蚀性能不会产生不鼹影响 照片I 。化学分 辑表疆焊墼鞠簿缝豹A l 、N i 宙量势剐为 5 ．9 2 ％、1 ．3 3 ％翮58 5 ％，1 ．3 6 ％，没有明显变 傀，越、I 珏澎擐不太，也没誉毒气体产生，符 舍建学成分蠡灌。经遘封麓露簿缝垒T 羲与基 板颜色一致，不经指明无法确定焊缝位置。 照片1 焊缝区礴倍2 0 0 ，Ⅸ相，晶内 有点状技晶编辑 盖3 焊接工营经过试耱蜜、蕊场试验，在 正确选撵焊接毫漉，电蕊，簿攘速瘦的条{ 孛 下，该舍叠可避行手工魍弧焊，焊条辔3 ，2 r a m ， 焊药使用普通青铜焊璧焊药，也可雕使带自 耗电裰氩援滓接 醚l G ≥，使角度电流直淡氲 弧焊接施焊，对重型铜雕像捷嘏母I r r m l 焊 丝，送丝速度可以达到6 0 r n ／h 焊接坡口可为 3 04 ．可革面博接，也可以取筒霹接．工艺觅裘 表6 。 襄6 焊接工芭参数 3 瘗蚀援护 烽缝金褥黎| 慧体金瓣是答魏海洋大气瓣 蚀，对评价禽金和海滨穴佛建造扳为重要。 为此我们根据普陀山地区1 9 9 4 年日平均s O ， 浓度藏围O ．0 0 5 ～0 ．0 9 m g ／m L 、羲戴托褥 O ．0 0 3 ～0 ．0 8 m g l m L ，想悬浮嫩粒00 4 3 ～ 0 ．4 9 3 m g t r o l 的大气情况，选取不同的台金， 采用通常标准试验方法开震了试骚室、 海滨接片，模拟铜豫，实穆定期漫察等磷 究。结果表明，我们所研究的仿焱铜合金， 其有谴良的黼海洋大气窳德缝髓，浸蠢煮锻 秘应力壤蚀攘彝，撬予锔磷蠢壤鞠黄镳，年平 均腐蚀澡度不大予0 ，0 2 r a m 见表7 。为畿 麓保持锅像黄丽盒黄颜色，筏稻弹展了表谣 溶层静辑究，中南工挂大学他工掰季筝癌7 熬 要贡献。我们分别选撵了1 2 种配方，经过 筛选选定了有机硅和聚胺脂类为基础的两 夫系巅涂属，分剐船A 苯蕊三睦矮融粼和抗 紫羚线老弛剡，还专门拥人了钛联接刘，谋 海洋气氛中挂片试骆9 个月，歙属表面光 泽，模拟体1 1 个胄，潦壤宠整、透明、无剿 落。涂涅攥撵嫠用氮气骥涂方法 适予野辨 露天操作。 。 结论 f n C n 一5 ～6 ％A I l ～2 ％N i 一0 ．0 5 一 O ．1 5 ％I n 台盒及弹墼舆有簧酣的鑫黄颜色、 虢基斡工艺性黼、承镶经裁、浮接性钱秘适 宜的机械性能； 2 舍金具有优良的焊接性能，适于熔化 板气体傈护辉 酣I o 法 栩孕_ I 电舔群，采带 与母封赧羼成分的爆熊搏接，焊璇金壤具谢 万方数据 3 8 美丽的金蒙壤色、足够盼强度、垅霆盼醛海 洋大气腐蚀性能，先应力麟蚀颂向，焊丝加 工性能优良； 3 使用C u A l N i - I n 系仿垒材料， 戚功的建造了普陀m 南海艇音巨型铺 像。 参考究献 1 来租芳有色盘属的耐蚀性及成用．北京化学工 挂出版鞋，1 9 9 i 2 谭德睿等．艺术特造。上海交媛犬学出版社，1 9 9 6 ， 3 洛阳铜加工厂．份盒材料研究，内部资料， 1 9 9 6 ～l 瞄． 万方数据