铜与钢的焊接

摘 要：本文通过比较铜和铁的参数，简单介绍了钢与铜或铜合金的焊接方法、每一种焊接方

法的优点及缺点，以及如何使用。探讨了扩散焊如何选择扩散中间材料，加入镍层的目的。

关键词：熔化焊 固相压力焊 渗透裂纹 钨极氩弧焊 金属埋弧焊 奥氏体不锈钢 韧窝型

在核电站、航空航天、化工、冶金、机电等领域中都能见到钢与铜或铜合金之间形成的复合

焊接接头。复合焊接有如下优点：一方面钢与铜或铜合金连接能形成满足各种特殊需求的金

属结构，特别是既要求具有高强度，又要求具有高导电性和导热性能的工件；另一方面，在

钢上堆焊铜合金能改善工件表面的性能，如能提高耐磨耐蚀性能、增强润滑和密封能力等。

由二元相图可以看出，铜和铁的原子半径、晶体类型、晶格常数、原子外层电子数等较为接

近。二者在液相中能无限固溶；二者在固态时，虽只能有限固溶，但并不会形成脆性金属间

化合物，而是形成“x+ε”的双相组织，其中α相是Cu（<0.3%）在铁中形成的固溶体，

ε相为Fe（<0.2%）在铜中形成的固溶体。这些都是钢与铜或铜合金焊接的有利因素。但

是铜与铁的熔点、导热系数、热膨胀系数等参数又存在较大的不同，易在焊接接头产生应力

集中，导致形成焊接裂纹，这对获得优质焊接接头是不利的，使焊接具有较大困难。

一、钢与铜或铜合金焊接的方法

钢与铜或铜合金焊接的方法主要有熔化焊和固相压力焊。当用铜焊丝在钢表面进行熔化堆焊

时，由于母材中Fe、Cr、Ni等元素的融入，以及氧与铜的强烈亲和作用和多种低溶共晶体的

存在，常常使焊缝金属区脆化，导致铜未焊透、气孔、夹杂、裂纹和烧穿等施焊处结晶组织

晶粒粗大。另外，在焊接过程中，液态铜或铜合金向所接触的近缝区钢表层渗透，即沿微裂

纹浸润深入以及沿晶界扩散发展等形成“渗透裂纹”，是熔化焊接中另一个会产生的主要问题。

“渗透裂纹”的产生原理是：在应力的作用下，液态铜原子在毛细管效应作用下，渗透到裂

纹尖端和沿晶界扩散，使得晶界表面能降低。铁铜的表面能比铁铁的界面能低两倍，使得晶

界强度弱化。液态铜在微裂纹壁上还会产生一个附加压力，从而导致微裂纹进行扩展。

二、钨极氩弧焊（TIG）的优缺点

用钨极氩弧焊（TIG）焊接铜与钢，其优点是：

首先，氩气是惰性气体，既不与熔池金属发生化学反应，也不溶于液态金属。因此，焊接时

不易产生气孔，合金元素也不会被烧损。氩气的密度比空气大1.25倍，覆盖在熔池周围时会

形成坚实的氩气隔离层，从而能获得优良的焊缝。