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紫铜及紫铜与低碳钢的焊接工艺

发布时间:2019-02-18 20:19:18人气:
紫铜的特点:具有极高的导电性、导热性、优良的可塑性、耐腐蚀性、低温塑性。
由于紫铜导热性好,焊接时热量迅速从加热区传导出去,使母材与填充金属难以融合,这种现象尤其在厚板焊接时表现得更明显。
“金属结晶器”整体由低碳钢与紫铜焊接.因为内桶为全紫铜制作,而且内桶与外桶的连接是低碳钢法蓝,从而涉及到紫铜及紫铜与低碳钢的焊接工艺。
焊接要求:
要求结晶器整体在6Mpa压缩空气下10分钟无渗漏现象。
把母材需要焊接的位置通过机械加工和等离子切割而得到需要的坡口形式,方便达到焊接要求。
焊接方法的选择:
紫铜焊接有很多方法,如气焊、焊条电弧焊、TIG焊、CO2焊、埋弧焊等等方式.考虑到母材结构、工艺、与焊接设备等因素,选择了TIG焊(高纯Ar气体保护焊)。
焊接材料的准备:
焊丝:HS201   (HS201是含有少量硅、锰、磷脱氧元素的特制紫铜焊丝。加了锡改善了熔融铜的流动性。具有焊接工艺性能优良、焊缝成型良好,机械性高,抗裂性好等优点)
焊剂:四硼酸钠(焊接助熔剂,吸湿性较强,具有脱氢作用,可加深清除焊缝表面残留氧化膜、杂质)。
焊前准备
紫铜焊接部位需严格去油、氧化物及其它污物,焊接坡口部位需去油、除涂锈等杂质。法蓝破口用角磨机清除切割残留氧化膜与杂质,打磨平滑,
焊接过程:
1      紫铜桶状焊缝:
紫铜尤其是厚件必须预热,预热温度一般在600℃左右。因焊件为圆桶状,焊缝过长,我们采用专门为了焊接此设备制作的长炉,为了更有效更持续的给焊缝加温、保温。当焊缝附近温度接近600度左右(视觉观察成暗红色)时,在坡口处开始第一遍打底焊。仔细观察焊缝融合情况,根据母材温度适当调节输出电压,从而实现焊接的流畅性。第一遍打底以后,观察焊缝四硼酸钠固液混合状态的情况,在聚集较多的地方应该用氧气乙炔火焰清理焊缝,避免焊接过程出现四硼酸钠夹杂混流在金属焊缝深层的现象。第二、三遍过度焊同上工艺。盖面焊时,要注意焊缝的余高,既加强高度。保证焊缝的强度。
在温度适当的情况下,铜的金属熔液流动性很好,在注意熔合焊缝的情况下,一定保证焊枪角度和高度,避免在焊接过程中出现填充金属未熔合或焊枪太高,气体保护不到焊缝形成气孔等缺陷。焊后用炉火保温,焊缝上端用石棉铺盖,加强保温与缓冷的效果。
2、紫铜与低碳钢法蓝的焊缝:
   Fe与Cu的原子半径、点阵类型、晶格常数及外层电子数都比较接近,这对钢与紫铜之间的焊接比较有利。但是,钢与紫铜的熔化焊接还有一定的难度,主要如下:
  (1)、钢与铜的物理性能不同,熔点及线膨胀系数差异大。紫铜的线膨胀系数大,在焊接过程中会产生较大的焊接应力。所以我们要把法蓝内径与紫铜圆桶外径咬合好,用法蓝固定和限制紫铜圆桶的膨胀,从而减少焊后缓冷时产生裂纹。
  (2)、铜的导热系数是钢的8-9倍左右,熔池的冷却速度比钢要大得多,氢的扩散逸出和水的上浮条件更为恶劣,形成气孔的敏感性增大。
  (3)、在焊缝或近缝区易产生热裂纹,影响接头的强度及气密性,这是焊接工艺中重点要解决的问题。由于钢与紫铜中含有—定量的杂质,如氧、硫、磷等。在焊接过程中,这些杂质元素易形成各种低熔点的共晶体和脆性化合物而存于焊缝晶界处,严重削弱了金属在高温时的晶间结合力,是焊缝产生热裂纹的主要原因。
  (4)、施焊时,电弧应偏向紫铜侧,以减少熔合比。焊缝中的铁元素对热裂纹倾向的影响比较大,以保证铁在焊缝中的含量在10—43%之间(主要针对紫铜与低碳钢),使焊缝具有良好的抗裂性能。因此,控制焊缝的熔合比是相当重要的环节。
易出现问题:
   1、气孔   铜及铜合金产生气孔的倾向远比钢严重,其中一个直接原因是铜的导热性好,熔池凝固速度快,易造成气孔,但根本原因是气体溶解度随温度下降,而积聚下降及化学反应产生气体所致,气孔的类型有氢造成的扩散气孔和水蒸气造成的反应气孔。
   2、裂纹 铜及铜合金焊接时在焊缝及熔合区易产生热裂纹。
焊接要点:
(1)、合理控制焊接热循环,改善焊接应力状态和消除氧化物、硫化物以及低熔点共晶体的有害作用。具体地的方法就是采用热量集中的焊接方法,即: TIG焊(高纯Ar气体保护焊)。
   (2)、正确选择焊接材料,控制焊缝的化学成分,限制有害杂质的含量。
  (3)、采用合理的接头型式,改善接头的工艺性能和抗裂性能。
  (4)、严格进行焊接前期处理。
焊接工艺参数:
在我们采用融化极高纯Ar气体保护焊时,电流320左右,而电压随时要根据母材温度而调节。
焊后检测:
    紫铜圆桶试漏采用煤油试验,在圆桶外焊缝上涂石灰水,干燥后,再于圆桶内焊缝涂煤油,等待15分钟左右无渗透现象。
(当焊缝有穿透性缺陷时,煤油即渗透过去,在石灰粉上出现油斑或带条)。
    紫铜与低碳钢法蓝,则采用整体通过6Mpa压缩空气下试漏。
以上为金属结晶器的焊接工艺,其中焊接电流的选择这一点不太好把握,有经验的技术人员可能一下子就会调节的很合适,对于新手来说也没什么大不了的,首先可以参考焊接手册及相关标准的参数,这个参数不一定合适,通过试验最终肯定会调到理想参数。在本例中采用TIG焊(高纯Ar气体保护焊)时,可通过金属温度来调节电压大小来匹配相应的电流,因为在厚紫铜板的焊接过程中,大的电流电压足以保持或升高母材的温度.母材熔深加大,增强焊丝融化渗透.而小的电流电压,母材熔深减小,易产生未熔合缺陷,也保证不了焊接过程的温度.所以经过试验最终定为电流320左右。

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