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纯铜的TIG单面焊双面成形工艺

发布时间:2019-02-18 20:20:39人气:
纯铜CII000属非铁金属,以往多采用焊条电弧焊、气焊进行焊接,但二者都有其局限性。近年来,钨极氩弧焊开始在纯铜焊接中应用,但大多限于理论研究,或者实际操作尝试深度不够,有时在打底焊过程中采用垫块对背面强制成形,一方面增加了操作工艺,较为繁琐;另一方面在背面焊缝容易形成气孔缺陷。笔者采用小孔技术,取得了单面焊双面成形的效果,并对纯铜的TIG焊焊接工艺要求进行了介绍。
1          焊接性分析
纯铜CII000中含wGu)为99.99%,其余为Bi, Pb, S,O等杂质。由于铜和铁物理性能有很大差别,因而焊接性较差,主要体现在以下几个方面。
11      焊缝成形能力差
纯铜的热导率是铁热导率的711倍,焊接时热量从加热面迅速传导出去,使填充金属与母材难为熔合;另外,纯铜的密度较大,液体金属表面张力比铁的小1/3,流动性是铁的11.5倍,所以,来不及与母材熔合的填充金属极易流失,焊缝成形能力差。这也是采用单面焊双面成形焊接纯铜遇到的最大难题。
1.2          热裂倾向大
   纯铜中含有0.1%的杂质,与铜极易生成多种低熔点 共晶则不可避免地存在焊接应力,致使焊缝熔敷金属由液态向固态转化时,分布于晶界间的低熔点共晶体成为强度薄弱区,易产生热裂纹。
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1.3          气孔倾向严重
纯铜焊接气孔主要是扩散气孔和反应气孔。由图1可知,氢在液态铜蒸发前的极限溶解与液一固转变时最大溶解度比传真值为3.7,始、即高温熔池极易吸收氢;另一方面,纯铜极强的导热性使其液-固转变时间极短,气孔扩散和上浮的条件太其有限,所以气孔敏感性大。
 
1.4          焊接接头性能的影响
焊接时出现的粗大晶粒,以及加入的脱氧元素,使焊接接头塑性下降,另外加入的脱氧元素以杂质形式于铜内,使晶格发生扭曲、导电性下降。
2          焊接试验
在安装工作中涉及到用作导电的铜排母线,规格为  100㎜X10㎜,材质为纯铜C11000,需要采用焊接方式 连接。正式焊接之前练习并做工艺试件。
2.1焊接方式
采用手工钨极氩弧焊、正流正接,以较为集中的热量以及氩气的有效保护,得到符合要求的焊接接头。
2.2          焊接设备及工具
ZX7-500电焊面、QS-75°/500ATIG氩弧焊机、氩气流量计、扁铲、角向磨光机、接触式测湿仪。
2焊接材料
   刚开始时,采用HS201焊丝试焊,因其含有脱氧元素,液态金属表面包裹一层薄膜,流动性较差,易形成砂眼和层间未熔合,工艺性能很差,且易产生裂纹。随后改用C11000纯铜丝(φ2.5㎜)试焊,效果很好。
 其它材料:φ5.0铈钨棒、氩气、丙酮。
2.4焊接工艺
2.4.1焊前准备
将铜排(段200㎜)刨成60°V形坡口,钝化≤1.0㎜。
将纯铜丝用砂纸擦亮,用不锈钢丝轮将坡口及两侧各50㎜范围内打磨出金属光泽,再用丙酮焊口擦洗一遍,以除掉有机物。
2.4.2        焊接参数
通过对纯铜C11000焊接性分析,试验所采用焊接参数见表 1
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2.4.3焊接预热
焊接预热温度定为400℃,可用测温仪测量。在操作时也可拉长电弧烘烤坡口及两侧母材,在面罩内观察金属颜色变化,待看到坡口没有金属反光,颜色变黑变暗时,则表明达到预热温度。
2.4.4组对点固
组对要求如图2所示。采用跳弧法进行点固焊,如图3所示
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先在母材1-侧坡口加热送丝形成熔池点A,跳弧到母材2-侧坡口加热送丝形成熔池B;然后跳弧到熔池点A加丝,使填充金属向焊缝间隙中间延伸,再跳弧到熔池B 加丝,直到2个熔池之间形成一个完整的熔池座。用同样的方法将另一端点固。跳弧动作要掌握时机,轻快稳定,电弧不能拉得过长,到熔池点时,电弧长度为5㎜左右,一次加丝不能太多,否则易产生未熔合或金属流失。
2.4.5        正式焊接
焊接时要使用引弧板。因为没有强制成形垫块,所以打底层应特别注意,防止金属流失。采用左向焊法,焊枪和焊缝中心线呈85°~90°夹角,始终保持焊枪中民线和焊缝中心线重合,不能左右摆动,电弧长度8㎜左右,太长保护效果不好,太短影响视线,背面成形尖涩,阳极斑点距熔池前部边缘2-3㎜。
在氩气保护气氛下的电弧均匀地铺在坡口底部和熔池上,将熔池和钝边熔成弧形小孔,直径约为3.0㎜。这时将焊丝送到距熔孔2㎜的熔池前部边缘上,形成熔滴,与原来熔池熔合。
打底焊时,焊枪运行要平稳,将注意力放在观察熔孔上,熔孔没有形成弧形时不能加丝,弧度变大时要加速加丝,始终保持小孔大小一致。送丝要稳、准、匀、不能断馈给,熔滴不能太大,否则会产生未熔合缺陷。其余各层焊接电弧长度可保持在4-7㎜,焊枪月牙形运行,在坡口两侧稍作停顿,以保持充分熔合,在上一层焊完进行下一层焊接之前,必须用钢丝轮清理一次,以防止氧化物聚集产生平渣等缺陷。在进行盖面层焊接时,应从两端向中间焊接,并将弧坑填満。
3          焊后检验
参考GBJ149-1990《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》中规定,对铜排试件进行外观检查、射线探伤,结果符合规范要求,证明纯铜TIG单面焊双面成形方法得到,工艺合理,可用于实际生产。
 
作者简介:王炎 (1969- ),男,工程师,现主要从事焊接检验及培训工作。

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