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铜及铜合金的焊接工艺

发布时间:2019-02-18 20:22:27人气:
铜具有优良的导电性、导热性、耐腐蚀性、延展性及一定的强度等特性。在电气、电子、化工、食品、动力、交通及航空航天工业中得到广泛应用。在纯铜(紫铜)中添加10余种合金元素,形成固溶体的各类铜合金,如加锌为黄铜;加镍为白铜;加硅为硅青铜;加铝为铝青铜等等。
     铜及铜合金可用钎焊、电阻焊等工艺方法实现连接,在工业发达的今天、熔焊已占据主导地位。用焊条电弧焊、TIG焊、MIG焊等工艺方法容易实现铜及铜合金的焊接。
     影响铜及铜合金焊接性的工艺难点主要有四项元素:一是高导热率的影响。铜的热导热率比碳钢大7~11倍,当采用的工艺参数与焊接同厚度碳钢差不多时,则铜材很难熔化,填充金属和母材也不能很好地熔合。二是焊接接头的热裂倾向大。焊接时,熔池内铜与其中的杂质形成低熔点共晶物,使铜及铜合金具有明显的热脆性,产生热裂纹。三是产生气孔的缺陷比碳钢严重得多,与要是氢气孔。四是焊接接头性能的变化。晶粒粗化,塑性下降,耐蚀性下降等。
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4毫米时,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3毫米时,不开坡口;板厚为3~10毫米时, 开V型坡口,坡口角度为60~70º;板厚大于10毫米时,开X型坡口,坡口角度为60~70º;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0.5~1.5毫米范围内选取。
  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3毫米时,预热温度为150~300℃;板厚大于3毫米时,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,在氩气的保护下,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%

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