铍铜带材TIG焊接带材加工适应性研究

焦晓亮，郑学清，张 勇，安东宁

（西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司、稀有金属特种材料国家重点实验室，宁夏 石嘴山 753000）

铍铜又称铍青铜，是铜合金中的“弹性之王”，经固溶时效热处理后，可获得高强度、高导电性能的产品。高铍铜具有高强度、高硬度、高导电性、高弹性、耐磨、耐疲劳、抗腐蚀性及弹性滞后小等特点，主要用于温度控制器、手机电池、电脑、汽车零配件、微电机、电刷针、高级轴承、接触件、齿轮、冲头、各类无火花开关[1,2]。由于铍青铜加工硬化快的特性，带材在经过一次固溶处理后最大可承受37%～40%加工率[3，4]。带材在成品前要经过多次轧制-酸洗-固溶处理的过程，而在上述过程中由于轧机启停车造成的公差波动段需在固溶处理过程中切除、酸洗时头尾接带表面酸液浸泡印迹缺陷的切除等几何损失成为影响产品成材率的重要因素。因此，铍铜带材焊接工艺是亟待解决，非常有必要深入研究尽快应用于生产的关键技术突破[5]。本文对固溶态铍铜带材，利用钨极氩弧焊(TIG)对其施焊，并对焊后合金的力学性能进行系统研究，旨在为铍铜带材的对焊焊接提供参考。

1 试验材料

表1 焊接原材料表

2 试验方案

同种规格同种状态的QBe2与QBe2对焊成型后进行组织性能检测，对比焊缝和基体力性差异。焊合后的板材直接轧制，再经过固溶处理+成品轧制，最终生产成CY态成品。通过各个状态焊缝和基体组织性能的对比，最终评判氩弧对焊的焊接质量和压力加工适应性。

3 工艺路线

焊接工艺研究：

（1）焊接注意事项。①弧长1mm～2mm，即钨极尖端至板材之间距离。②钨极尖端角度30°③钨极伸出长度5mm～6mm。④按照此工艺焊接钢带的焊接接头强度可达母材70%。⑤对焊板材缝隙C=0mm。⑥错边度＜0.05t t：板厚mm

（2）TIG自动焊接工艺参数。焊接前将试样焊缝区进行稍微打磨，以消除氧化物及油污、水分，使对接接口间隙尽可能小，并用夹具将试样固定，防止焊接过程中试样移动，从而保证试样的装配精度。

（3）工艺路线。0.8mm固溶态→对焊→冷轧至0.4mm→固溶→冷轧至0.2mm

（4）取样。0lympus Gx5金相显微镜观察合金的显微组织，使用INSTRON 5982电子万能试验机根据《GB/T 34505-2017铜及铜合金材料室温拉伸试验方法》测试合金的拉伸性能。采用HVS-1000型数显显微硬度计测量硬度。

4 结果与讨论

4.1 固溶态焊接性能及组织

表2 焊接基体和焊缝机械性能

由表2可以看出带材经氩弧焊接后抗拉强度、硬度、延伸率与基体存在较大差距。铍铜带材焊接从基体到焊接区域的组织变化。从基体到焊接区其组织依次为基体（固溶态晶粒）、热影响区、过渡区、焊合区（铸态组织）。TIG焊接时温度远高于QBe2熔化温度864℃，经熔化焊合冷却后即为图1～2所示铸态组织。在焊合区向基体1mm～1.5mm为热影响区，受短时低于熔化温度热影响导致晶粒长大。

4.2 焊接后板材轧制力性

表3 0.4mmY态力学性能

由表3可以看出焊接再经50%加工率冷轧后，焊缝处硬度与基体硬度接近，但强度和延伸率均低于基体性能。

4.3 0.4mmY态带材固溶

0.4mmY态带材经780℃×15min固溶后力学性能。由表3可知带材经固溶后含焊缝力学性能较基体略低，基本满足后续带材加工要求。

0.4mm带材780℃×15min固溶后显微组织，可以看出焊接区晶粒与基体存在一定差异。

4.4 0.2mmY态成品组织与性能

0.4mm固溶后经50%加工率轧制后力学性能，可知至0.2mm基体力性与焊缝趋于一致。

图1 焊缝区200×

图2 基体200×

图1为0.2mmY态焊缝和基体显微组织，由图2可以看出焊缝区为细小加工纤维组织，基体为不均匀晶粒。

5 结论

（1）固溶态带材焊接后50%加工率冷轧，再经过780℃×15min固溶处理焊缝强度、延伸率与基体接近，此时即可满足加工适应性。

（2）经焊接后带材，从基体到焊接区其组织依次为基体（固溶态晶粒）、热影响区、过渡区、焊合区（铸态组织）。

（3）固溶态带材焊接后50%加工率冷轧，再经过780℃×15min固溶处理+成品50%加工率轧制，最终生产成CY态成品。焊缝处力性指标接近母材，满足后续加工。但焊缝处纤维组织细小而基体组织粗大，为保证带材一致性，在成品使用时应去除焊缝。