氬弧焊焊接技術在深沖鈮帶中的應用

黃斐 毛明 焦軍臣

摘 要：金屬鈮具有耐高溫、強度大，以及良好的低溫塑性，良好的熱離子發射性等性能，被廣泛的應用于電子、航空、航天、化工等領域。近年來由于電子行業的需求，鈮帶被用于液晶顯示器、液晶電視等產品，作為一種背光源材料。為了滿足鈮帶在軋制、深沖過程中能提高效率，這就要求所生產的鈮帶盡可能的長。為了滿足這一要求，采用氬弧焊焊接方法將0.4-1.0mm鈮帶焊接后進行軋制、深沖。因鈮是高活性金屬，其熔點高、密度大，導熱性差，焊接時熱循環特點與鋼比較高溫停留時間長，冷卻速度較慢，焊縫熱影響區大，易氧化等特點，而且高溫下易與四大間隙元素化（C、N、H、O）等氣體發生強烈的反應，溫度越高，反應越劇烈。在空氣中熔焊會使焊縫完全脆化、開裂，完全失掉塑性，給焊接帶來很大的困難，所以焊接是鈮帶生產中至關重要的環節。本文介紹采用氬弧焊局部保護的方法對0.4-1.0mm鈮帶進行焊接，大大提高了生產效率，滿足了國際市場需求。

關鍵詞：焊縫；焊接熱影響區；鈮帶

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.056

1 前言

鈮是一種銀灰色的難熔金屬，其熔點為2469℃，比重為8.6g/cm3。具有良好的低溫塑性，可冷加工成各種成品。耐髙溫、強度大，在1000℃以上仍具有足夠的強度、塑性和導熱性。在極低的溫度下超導性最好，如在零下260℃左右其電阻接近于零，在150℃以下抗化學腐蝕扣大氣腐蝕，常溫下在許多酸和鹽中都是穩定的。所以被廣泛的應用于電子、航空、 航天、化工等領域。0.15×67×Lmm規格的鈮帶就是用來生產背光源的材料，國際市場需求量巨大。

為了提高生產效率，大批量生產0.15×67×Lmm規格的鈮帶，在實際的生產中，需將多根1.0×150×Lmm規格的鈮板坯帶用焊接的方法連接成一條長帶。（在萬能軋機帶張力經多道次進行軋制到0.4mm時，改用300噸小四輥軋機帶張力多道次軋制到0.15×67×Lmm規格）。

工藝規定焊縫不能有任何焊接缺陷。一旦焊縫產生缺陷，在帶張力多道次軋制過程中焊縫缺陷會延伸、擴大直至開裂、拉斷。這就對焊接質量提出特別嚴格的要求，所以焊接是鈮帶生產流程中至關重要的工序環節之一。

鈮是高活性金屬，其熔點高、密度大，導熱性差，焊接熔池有很高的溫度，熱循環特點與鋼比較焊接時高溫停留時間長，冷卻速度較慢，焊縫熱影響區大，易氧化等特點，給施焊帶來很大的困難。鈮在高溫下易與四大間隙元素（C、N、H、O）等氣體發生強烈的反應，溫度越高，反應越強烈。在空氣中熔焊會使焊縫完全脆化、開裂，降低塑性，甚至完全失掉塑性。因此，鈮在采用惰性氣體保護下可以防止與有害氣體發生劇烈反應，有利于完成焊接。

2 焊接實驗過程

2.1 焊接工裝卡具設計

本焊接實驗針對的銀帶規格（0.4?1.0mm），厚度非常薄，在裝卡時很難組對，給焊接帶來很大困難，焊接時易出現錯邊，焊縫燒穿等缺陷。為了保證焊接接頭無錯邊、氧化，提高焊縫及熱影響區的加工性能，專門設計制作了焊接工裝卡具，如圖1，保證了焊接工序的順利完成。

焊接的關鍵在于控制好錯邊量，選擇好焊接工藝，控制電弧長度，如圖2所示。

2.2 焊接工藝實施

（1）焊接前的準備及清理。鈮帶焊接前端部要平整、剪邊、齊頭，被焊接邊緣和填充絲，焊接前需酸洗處理，以便去除被焊接區表面的沾污和氧化層，酸洗后及時用淸水沖洗干凈，并用吹風機吹干水份，保證即洗即焊，焊接時需帶干凈的手套，清理是防止產生焊接缺陷的唯一可靠措施。

為了降低H、O含量及消除焊絲的殘余應力，焊絲必須經過真空退火處理。

施焊前工裝卡具均要用酒精或丙酮淸洗，去除表面油污和灰塵等雜物，減少間隙元素的危害，防止氣孔、裂紋及其焊接缺陷的產生。

（2）焊接方法。手工鎢極氬弧焊

（3）焊接設備。采用YC—300TSP氬弧焊機

（4）焊縫接頭型式。不加填料對接接頭，單面焊接雙面成型。

（5）焊接規范。1）焊接工藝選擇。合理的焊接規范是保證焊縫質量的關鍵，焊縫必須一次焊接成型，多次焊接會使焊縫及熱影響區晶粒異常長大或者出現氧化現象，影響后續加工，通過反復試驗得出以下焊接工藝，如表1所示；2）氬氣流量選擇。焊接是在大氣下進行的，采用局部氬氣保護的方法，使焊縫溶池，焊接熱影響區，正反面以及未冷卻的焊縫都處在氬氣有效保護范圍內，保證不氧化方可，氬氣流量如表2所示。

（6）焊接檢驗。鈮帶焊縫經宏觀檢查，焊縫兩面成型均勻一致，無錯邊、咬肉等現象，焊縫及熱影響區無氧化、焊縫表面光滑，呈現銀白色金屬光澤，焊縫表面無氣孔、裂紋等其它焊接缺陷。

3 焊接實驗結論

（1）手工鎢極氬弧焊，采用適當的焊接工焊接0.4?1.0mm的鈮帶可以獲得良好的焊縫。

（2）焊縫經真空退火后，塑性高、硬度適中。

（3）采用局部氬氣保護的方法，能有效地防止焊縫正、反面及熱影響區的氧化。

（4）經過多道次的軋制，焊縫未開裂、拉斷，證明此焊接工藝是行之有效的，提高了生產效率，滿足了生產需求。

（5）解決了帶長不足的問題。