銅及銅合金焊接

1、銅及銅合金焊接在說“銅及銅合金焊接時防止產(chǎn)生氣孔的主要措施”之前， 我們先介紹下銅及銅合金焊接時產(chǎn)生氣孔的原因： 氣孔是銅及銅合金焊接時一個主要問題， 只要在氬氣中加入筒量的氫 和水蒸氣，焊縫即出現(xiàn)氣孔，產(chǎn)生氣孔的傾向比碳鋼嚴(yán)重得多，原因如下：1、銅的熱導(dǎo)率比低碳鋼高 7 倍以上，所以銅焊縫結(jié)晶很快，熔池易為氫所飽和而形成 氣泡，在凝固結(jié)晶很快的情況下，氣泡不易析出，促使焊縫中形成氣孔。2、氫在銅中的溶解度隨溫度升高而增大，直到熔點時氫在銅中的溶解度達(dá)最高值，溫 度再提高，液態(tài)銅開始蒸發(fā)，氫的溶解度下降。3、氬弧焊時氮也是形成氣孔的原因，隨著氬氣中氮含量的增加，氣孔數(shù)量隨之上升。銅及銅合金焊接

2、時防止產(chǎn)生氣孔的主要措施：1、防止焊縫金屬吸收氫氣及氧化，焊件表面在焊前應(yīng)去油污、水分等，焊條、焊劑要 烘干使用，焊絲表面不得有水分。2、對焊縫加強(qiáng)脫氧，加入硅、鋁、鐵、錳等脫氧元素。3、焊接時加強(qiáng)保護(hù)。4、選擇合適的焊接工藝參數(shù)，降低冷卻速度，熔深不可過大。 銅及銅合金焊接時除了產(chǎn)生氣孔問題，還會有其他原因。銅及銅合金焊接時的問題：1、難熔合及易變形： 焊接純銅及銅合金時， 如果采用的焊接參數(shù)與焊接低碳鋼差不多，母材散熱太快， 填充金屬與母材不能很好地熔合， 焊后變形也較嚴(yán)重， 這與銅的熱導(dǎo)率、線脹系數(shù)和收縮率有關(guān)。銅的熱導(dǎo)率大， 20 攝氏度時銅的熱導(dǎo)率比鐵大 7 倍多， 1000 攝氏度

3、時大 11 倍多，焊接時熱量迅速從加熱區(qū)傳導(dǎo)出去，焊接區(qū)難以達(dá)到熔化溫度，使母材與填充金屬很難熔合。銅在熔化溫度時的表面張力比鐵小 1/3 ，而流動性比鐵大 11.5 倍，表面成形能力差。 銅的線脹系數(shù)大 15% ，凝固時的收縮率比鐵大 1 倍以上，再加上銅的導(dǎo)熱能力強(qiáng)，使焊接熱影響區(qū)加寬， 焊接時如被焊工件剛度低， 又無防止變形的措施， 很容易產(chǎn)生較大變形。2、易產(chǎn)生裂紋：由于銅在液態(tài)時容易氧化，生成氧化亞銅，氧化亞銅與銅形成低熔點的脆性共晶體， 造成偏析或存在于晶粒邊界； 由于上述內(nèi)應(yīng)力大或氫、 水蒸氣和二氧化碳造成的壓力存在，因此，銅及銅合金的焊接，易產(chǎn)生裂紋。3、焊接接頭性能下降：焊接

4、接頭的抗拉強(qiáng)與母材接近，但由于存在合金元素的氧化及蒸發(fā)， 有害雜質(zhì)的侵入， 焊縫金屬和熱影響區(qū)組織的粗大，再加上一些焊接缺陷等問題，使 焊接接頭的強(qiáng)度、塑性、導(dǎo)電性、耐腐蝕性等性能往往低于母材。4、合金元素的氧化和蒸發(fā)：銅合金中的合金元素，一般比銅更易氧化。合金元素的燒 損，降低了接頭的機(jī)械性能，贊成焊接過程的困難。如焊接鋁青銅時， 鋁氧化后生成難熔氧 化鋁，使熔池表面的熔渣發(fā)粘，阻礙基本金屬和熔滴很好地熔合，容易生成氣孔和夾渣。焊接錫青銅時， 錫氧化后在焊縫中形成脆硬的氧化錫夾雜物， 降低焊縫的抗蝕性。 黃銅中的鋅沸點(906 C),在焊接過程中極易蒸發(fā)，在空氣中形成白色霧狀的氧化鋅。鋅的燒

5、損不僅降低了接頭的機(jī)械性能和抗蝕性，而且氧化鋅煙霧會引起焊工嚴(yán)重的慢性中毒。銅及銅合金焊接的主要措施：1、針對難熔合及易變形問題：焊接時必須采用功率大、熱量集中的熱源，并采取預(yù)熱 措施，不允許采用懸空單面焊接，單面焊時，反面必須加墊板或成形裝置。2、針對易產(chǎn)生裂紋問題：(1) 必須嚴(yán)格限制焊件和焊接材料的氧、鉛、鉍、硫等有害元素的含量。(2) 通過焊絲加入硅、錳、碳、磷等合金元素增強(qiáng)對焊縫的脫氧能力。(3) 選用能獲得雙相組織的焊絲，使焊縫晶粒細(xì)化、晶界增長，使易熔共晶分散，不連 續(xù)。(4) 焊接時加強(qiáng)對熔池的保護(hù)， 采用減小焊接應(yīng)力的工藝措施， 如選用熱量集中的熱源、 焊前預(yù)熱、選擇合理的焊

6、接順序、焊后緩冷等。3、針對焊接接頭性能下降問題：改善和防止的辦法是選擇合適的焊接材料，嚴(yán)格控制 工藝參數(shù)，有可能時要作焊后熱處理。4、針對合金元素的氧化和蒸發(fā)問題：采用含有脫氧劑(如磷、硅、錳 ) 的焊絲，能溶解氧化銅生成的熔渣的銅焊粉 ;去除工件和焊絲吸附的水分，并采取焊前預(yù)熱等措施?！般~及銅合金焊接時防止產(chǎn)生氣孔的主要措施” 了解了， 我們說下銅及銅合金的焊接方 法：主要以紫銅焊接和黃銅焊接為例子。1、紫銅的焊接焊接紫銅的方法有氣焊、 手工碳弧焊、 手工電弧焊和手工氬弧焊等方法， 大型結(jié)構(gòu)也可 采用自動焊。(1) 紫銅的氣焊焊接紫銅最常用的是對接接頭， 搭接接頭和丁字接頭盡量少采用。 氣

7、焊可采用兩種焊絲， 一種是含有脫氧元素的焊絲， 如絲 201 、202;另一種是一般的紫銅絲和母材的切條，采用氣劑 301 作助熔劑。氣焊紫銅時應(yīng)采用中性焰。(2) 紫銅的手工電弧焊在手工電弧焊時采用紫銅焊條銅 107 ，焊芯為紫銅 (T2 、 T3) 。焊前應(yīng)清理焊接處邊緣。 焊件厚度大于4mm時，焊前必須預(yù)熱，預(yù)熱溫度一般在400500 C左右。用銅107焊條焊接，電源應(yīng)采用直流反接。焊接時應(yīng)當(dāng)用短弧， 焊條不宜作橫向擺動。 焊條作往復(fù)的直線運(yùn)動， 可以改善焊縫的成 形。長焊縫應(yīng)采用逐步退焊法。 焊接速度應(yīng)盡量快些。 多層焊時， 必須徹底清除層間的熔渣。焊接應(yīng)在通風(fēng)良好的場所進(jìn)行， 以防止

8、銅中毒現(xiàn)象。 焊后應(yīng)用平頭錘敲擊焊縫， 消除應(yīng) 力和改善焊縫質(zhì)量。(3) 紫銅的手工氬弧焊在紫銅手工氬弧焊時，采用的焊絲有絲 201（ 特制紫銅焊絲 ）和絲 202 ，也采用紫銅絲， 如 T2 。焊前應(yīng)對工件焊接邊緣和焊絲表面的氧化膜、 油等臟物都必須清理干凈， 避免產(chǎn)生氣孔、 夾渣等缺陷。清理的方法有機(jī)械清理法和化學(xué)清理法。對接接頭板厚小于 3mm時，不開坡口 板厚為310mm 時，開V型坡口，坡口角度 為 60o70o; 板厚大于 10mm 時，開 X 型坡口，坡口角度為 60o70o; 為避免未焊透，一 般不留鈍邊。根據(jù)板厚和坡口尺寸，對接接頭的裝配間隙在0.51.5mm 范圍內(nèi)選取。紫

9、銅手工氬弧焊，通常是采用直流正接， 即鎢極接負(fù)極。 為了消除氣孔，保證焊縫根部 可靠的熔合和焊透， 必須提高焊接速度， 減少氬氣消耗量， 并預(yù)熱焊件。 板厚小于 3mm 時， 預(yù)熱溫度為150300 C;板厚大于3mm時，預(yù)熱溫度為350500 C。預(yù)熱溫度不宜過高， 否則使焊接接頭的機(jī)械性能降低。還有紫銅的碳弧焊， 碳弧焊使用的電極有碳精電極和石墨電極。紫銅碳弧焊所用的焊絲和氣焊時一樣，也可用母材剪條，可用氣焊紫銅的助熔劑，如氣劑301 等。2、黃銅的焊接黃銅焊接的方法有：氣焊、碳弧焊、手工電弧焊和氬弧焊。(1) 黃銅的氣焊 由于氣焊火焰的溫度低，焊接時黃銅中鋅的蒸發(fā)比采用電焊時少，所以在黃

10、銅焊接中， 氣焊是最常用的方法。黃銅氣焊采用的焊絲有：絲 221 、絲 222 和絲 224 等，這些焊絲中含有硅、錫、鐵等 元素， 能夠防止和減少熔池中鋅的蒸發(fā)和燒損， 有利于保證焊縫的性能和防止氣孔產(chǎn)生。 氣 焊黃銅常用的熔劑有固體粉末和氣體熔劑兩類，氣體熔劑由硼酸甲脂及甲醇組成;熔劑如氣劑 301 。(2) 黃銅的手工電弧焊焊接黃銅除了用銅 227 及銅 237 外，也可以采用自制的焊條。黃銅電弧焊時， 應(yīng)采用直流電源正接法， 焊條接負(fù)極。焊前焊件表面應(yīng)作仔細(xì)清理。坡 口角度一般不應(yīng)小于 6070o，為改善焊縫成形，焊件要預(yù)熱150250 C。操作時應(yīng)當(dāng)用短弧焊接，不作橫向和前后擺動，只

11、作直線移動，焊速要高。與海水、氨氣等腐蝕介質(zhì)接觸 的黃銅焊件，焊后必須退火，以消除焊接應(yīng)力。(3) 黃銅的手工氬弧焊黃銅手工氬弧焊可以采用標(biāo)準(zhǔn)黃銅焊絲：絲221 、絲 222 和絲 224 ，也可以采用與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。用交流焊接時，鋅的蒸發(fā)比直流正接時輕。 通常 焊前不用預(yù)熱，只有板厚相差比較大時才預(yù)熱。焊接速度應(yīng)盡可能快。焊件在焊后應(yīng)加熱 300400 C進(jìn)行退火處理，消除焊接應(yīng)力，以防止焊件在使用過程中裂縫。(4) 黃銅碳弧焊黃銅碳弧焊時，根據(jù)母材的成分選用絲221、絲 222 、絲 224 等焊絲，也可用自制的黃銅焊絲施焊。焊接可以采用氣

12、劑 301 等作熔劑。焊接應(yīng)短弧操作，以減少鋅的蒸發(fā)和燒 損。直流 TIG 焊工藝方法廣泛應(yīng)用于銅及銅合金的焊接，焊風(fēng)成型好，內(nèi)外質(zhì)量優(yōu)良，在氬氣的保護(hù)下，熔池純凈，氣孔少，熱裂影響小，操作易掌握。厚度w4mm時可不用焊前預(yù)熱，直接用氬氣預(yù)熱，待熔池溫度接近600 C時，可加填充焊絲熔化母材，實現(xiàn)焊接。厚度大于4mm的銅材，純銅應(yīng)預(yù)熱 400 600 C。銅合金焊接預(yù)熱 200 300 C。300TSP , 315TX直流TIG焊機(jī)可焊接純銅、硅青銅、 磷青銅、 黃銅、白銅等銅合金。 300WP5 、300/500WX4 交直流兩用 TIG 焊機(jī)可用交流 TIG焊接鋁青銅 （用交流方波清除表面氧化膜 ）及用直流 TIG 焊接上述銅材。近年來，采用MIG方法焊接銅及銅合金的施工越來越多，尤其對于厚度3mm的鋁青銅、硅青銅和白銅最好選用MIG焊方法。厚度314mm 或14mm 的銅及銅合金幾乎總要選用 MIG 焊，因為熔敷效率高、熔深大、焊速快（一般為 TIG 焊的 34 倍），實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本的經(jīng)濟(jì)效益要求。銅材施焊前均應(yīng)達(dá)到預(yù)熱溫度要求（純銅4006