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    铜及铜合金焊接

    2019-06-03    浏览次数:     

    在说“铜及铜合金焊接时防止产生气孔的主要措施”之前,我们先介绍下铜及铜合金焊接时产生气孔的原因:气孔是铜及铜合金焊接时一个主要问题,只要在氩气中加入筒量的氢和水蒸气,焊缝即出现气孔,产生气孔的倾向比碳钢严重得多,原因如下:

    1、铜的热导率比低碳钢高7倍以上,所以铜焊缝结晶很快,熔池易为氢所饱和而形成气泡,在凝固结晶很快的情况下,气泡不易析出,促使焊缝中形成气孔。

    2、氢在铜中的溶解度随温度升高而增大,直到熔点时氢在铜中的溶解度达最高值,温度再提高,液态铜开始蒸发,氢的溶解度下降。

    3、氩弧焊时氮也是形成气孔的原因,随着氩气中氮含量的增加,气孔数量随之上升。

    铜及铜合金焊接时防止产生气孔的主要措施:



    1、防止焊缝金属吸收氢气及氧化,焊件表面在焊前应去油污、水分等,焊条、焊剂要烘干使用,焊丝表面不得有水分。

    2、对焊缝加强脱氧,加入硅、铝、铁、锰等脱氧元素。

    3、焊接时加强?;?。


    4、选择合适的焊接工艺参数,降低冷却速度,熔深不可过大。

    铜及铜合金焊接时除了产生气孔问题,还会有其他原因。铜及铜合金焊接时的问题:

    1、难熔合及易变形:焊接纯铜及铜合金时,如果采用的焊接参数与焊接低碳钢差不多,母材散热太快,填充金属与母材不能很好地熔合,焊后变形也较严重,这与铜的热导率、线胀系数和收缩率有关。


    铜的热导率大,20摄氏度时铜的热导率比铁大7倍多,1000摄氏度时大11倍多,焊接时热量迅速从加热区传导出去,焊接区难以达到熔化温度,使母材与填充金属很难熔合。铜在熔化温度时的表面张力比铁小1/3,而流动性比铁大1~1.5倍,表面成形能力差。


    铜的线胀系数大15%,凝固时的收缩率比铁大1倍以上,再加上铜的导热能力强,使焊接热影响区加宽,焊接时如被焊工件刚度低,又无防止变形的措施,很容易产生较大变形。

    2、易产生裂纹:由于铜在液态时容易氧化,生成氧化亚铜,氧化亚铜与铜形成低熔点的脆性共晶体,造成偏析或存在于晶粒边界;由于上述内应力大或氢、水蒸气和二氧化碳造成的压力存在,因此,铜及铜合金的焊接,易产生裂纹。

    3、焊接接头性能下降:焊接接头的抗拉强与母材接近,但由于存在合金元素的氧化及蒸发,有害杂质的侵入,焊缝金属和热影响区组织的粗大,再加上一些焊接缺陷等问题,使焊接接头的强度、塑性、导电性、耐腐蚀性等性能往往低于母材。

    4、合金元素的氧化和蒸发:铜合金中的合金元素,一般比铜更易氧化。合金元素的烧损,降低了接头的机械性能,赞成焊接过程的困难。如焊接铝青铜时,铝氧化后生成难熔氧化铝,使熔池表面的熔渣发粘,阻碍基本金属和熔滴很好地熔合,容易生成气孔和夹渣。


    焊接锡青铜时,锡氧化后在焊缝中形成脆硬的氧化锡夹杂物,降低焊缝的抗蚀性?;仆械男糠械悖?06℃),在焊接过程中极易蒸发,在空气中形成白色雾状的氧化锌。锌的烧损不仅降低了接头的机械性能和抗蚀性,而且氧化锌烟雾会引起焊工严重的慢性中毒。

    铜及铜合金焊接的主要措施:

    1、针对难熔合及易变形问题:焊接时必须采用功率大、热量集中的热源,并采取预热措施,不允许采用悬空单面焊接,单面焊时,反面必须加垫板或成形装置。

    2、针对易产生裂纹问题:

    (1)必须严格限制焊件和焊接材料的氧、铅、铋、硫等有害元素的含量。

    (2)通过焊丝加入硅、锰、碳、磷等合金元素增强对焊缝的脱氧能力。

    (3)选用能获得双相组织的焊丝,使焊缝晶粒细化、晶界增长,使易熔共晶分散,不连续。

    (4)焊接时加强对熔池的?;?,采用减小焊接应力的工艺措施,如选用热量集中的热源、焊前预热、选择合理的焊接顺序、焊后缓冷等。

    3、针对焊接接头性能下降问题:改善和防止的办法是选择合适的焊接材料,严格控制工艺参数,有可能时要作焊后热处理。

    4、针对合金元素的氧化和蒸发问题:采用含有脱氧剂(如磷、硅、锰)的焊丝,能溶解氧化铜生成的熔渣的铜焊粉;去除工件和焊丝吸附的水分,并采取焊前预热等措施。

    “铜及铜合金焊接时防止产生气孔的主要措施”了解了,我们说下铜及铜合金的焊接方法:主要以紫铜焊接和黄铜焊接为例子。

    1、紫铜的焊接

    焊接紫铜的方法有气焊、手工碳弧焊、手工电弧焊和手工氩弧焊等方法,大型结构也可采用自动焊。

    (1)紫铜的气焊

    焊接紫铜最常用的是对接接头,搭接接头和丁字接头尽量少采用。气焊可采用两种焊丝,一种是含有脱氧元素的焊丝,如丝201、202;另一种是一般的紫铜丝和母材的切条,采用气剂301作助熔剂。气焊紫铜时应采用中性焰。

    (2)紫铜的手工电弧焊

    在手工电弧焊时采用紫铜焊条铜107,焊芯为紫铜(T2、T3)。焊前应清理焊接处边缘。焊件厚度大于4mm时,焊前必须预热,预热温度一般在400~500℃左右。用铜107焊条焊接,电源应采用直流反接。

    焊接时应当用短弧,焊条不宜作横向摆动。焊条作往复的直线运动,可以改善焊缝的成形。长焊缝应采用逐步退焊法。焊接速度应尽量快些。多层焊时,必须彻底清除层间的熔渣。

    焊接应在通风良好的场所进行,以防止铜中毒现象。焊后应用平头锤敲击焊缝,消除应力和改善焊缝质量。

    (3)紫铜的手工氩弧焊

    在紫铜手工氩弧焊时,采用的焊丝有丝201(特制紫铜焊丝)和丝202,也采用紫铜丝,如T2。

    焊前应对工件焊接边缘和焊丝表面的氧化膜、油等脏物都必须清理干净,避免产生气孔、夹渣等缺陷。清理的方法有机械清理法和化学清理法。

    对接接头板厚小于3mm时,不开坡口;板厚为3~10mm时,开V型坡口,坡口角度为60o~70o;板厚大于10mm时,开X型坡口,坡口角度为60o~70o;为避免未焊透,一般不留钝边。根据板厚和坡口尺寸,对接接头的装配间隙在0.5~1.5mm范围内选取。

    紫铜手工氩弧焊,通常是采用直流正接,即钨极接负极。为了消除气孔,保证焊缝根部可靠的熔合和焊透,必须提高焊接速度,减少氩气消耗量,并预热焊件。板厚小于3mm时,,预热温度为150~300℃;板厚大于3mm时,预热温度为350~500℃。预热温度不宜过高,否则使焊接接头的机械性能降低。

    还有紫铜的碳弧焊,碳弧焊使用的电极有碳精电极和石墨电极。紫铜碳弧焊所用的焊丝和气焊时一样,也可用母材剪条,可用气焊紫铜的助熔剂,如气剂301等。

    2、黄铜的焊接

    黄铜焊接的方法有:气焊、碳弧焊、手工电弧焊和氩弧焊。

    (1)黄铜的气焊

    由于气焊火焰的温度低,焊接时黄铜中锌的蒸发比采用电焊时少,所以在黄铜焊接中,气焊是最常用的方法。

    黄铜气焊采用的焊丝有:丝221、丝222和丝224等,这些焊丝中含有硅、锡、铁等元素,能够防止和减少熔池中锌的蒸发和烧损,有利于保证焊缝的性能和防止气孔产生。气焊黄铜常用的熔剂有固体粉末和气体熔剂两类,气体熔剂由硼酸甲脂及甲醇组成;熔剂如气剂301。

    (2)黄铜的手工电弧焊

    焊接黄铜除了用铜227及铜237外,也可以采用自制的焊条。

    黄铜电弧焊时,应采用直流电源正接法,焊条接负极。焊前焊件表面应作仔细清理。坡口角度一般不应小于60~70o,为改善焊缝成形,焊件要预热150~250℃。操作时应当用短弧焊接,不作横向和前后摆动,只作直线移动,焊速要高。与海水、氨气等腐蚀介质接触的黄铜焊件,焊后必须退火,以消除焊接应力。

    (3)黄铜的手工氩弧焊

    黄铜手工氩弧焊可以采用标准黄铜焊丝:丝221、丝222和丝224,也可以采用与母材相同成分的材料作填充材料。

    焊接可以用直流正接,也可以用交流。用交流焊接时,锌的蒸发比直流正接时轻。通常焊前不用预热,只有板厚相差比较大时才预热。焊接速度应尽可能快。焊件在焊后应加热300~400℃进行退火处理,消除焊接应力,以防止焊件在使用过程中裂缝。

    (4)黄铜碳弧焊

    黄铜碳弧焊时,根据母材的成分选用丝221、丝222、丝224等焊丝,也可用自制的黄铜焊丝施焊。焊接可以采用气剂301等作熔剂。焊接应短弧操作,以减少锌的蒸发和烧损。

    直流TIG焊工艺方法广泛应用于铜及铜合金的焊接,焊风成型好,内外质量优良,在氩气的?;は?,熔池纯净,气孔少,热裂影响小,操作易掌握。厚度≤4mm时可不用焊前预热,直接用氩气预热,待熔池温度接近600℃时,可加填充焊丝熔化母材,实现焊接。厚度大于4mm的铜材,纯铜应预热400—600℃。


    铜合金焊接预热200—300℃。300TSP,315TX直流TIG焊机可焊接纯铜、硅青铜、磷青铜、黄铜、白铜等铜合金。300WP5、300/500WX4交直流两用TIG焊机可用交流TIG焊接铝青铜(用交流方波清除表面氧化膜)及用直流TIG焊接上述铜材。

    近年来,采用MIG方法焊接铜及铜合金的施工越来越多,尤其对于厚度≥3mm的铝青铜、硅青铜和白铜最好选用MIG焊方法。厚度3~14mm或>14mm的铜及铜合金几乎总要选用MIG焊,因为熔敷效率高、熔深大、焊速快(一般为TIG焊的3~4倍),实现高效、优质、低成本的经济效益要求。铜材施焊前均应达到预热温度要求(纯铜400~600℃,铜合金200~300℃),焊丝与母材化学充分相似,氩气纯度≥99.98%。

    “铜及铜合金焊接时防止产生气孔的主要措施”就这些了,我们说下铜及铜合金焊接时的注意事项:

    1、焊接处的间隙要严格控制好,以免影响装配质量。

    2、一个焊接节点工作完成后,要及时清理好焊缝及周围,然后再进行下一个。

    3、焊接完成后,等到焊缝冷却后要进行焊缝外观检查,不能有任何缺陷或者问题,焊缝应饱满,不能有裂缝。


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