銅及銅合金氬弧焊激光焊說(shuō)明

1、銅及銅合金焊接由于銅的導(dǎo)熱系統(tǒng)數(shù)大, 熱容量也大, 焊接時(shí)熱量迅速?gòu)臒釁^(qū)傳導(dǎo)出去, 使母材和填充材料難以熔合,因此焊接時(shí), 必須采用大功率熱源, 必要時(shí), 還要采取預(yù)熱措施。對(duì)于薄板來(lái)講，選用加熱面積小、能量密度大、功率大的焊接方法較好?，F(xiàn)有針對(duì)銅及銅合金板材的焊接較常用的為鎢極氬弧焊，采用激光焊接的較少。1 鎢極氬弧焊鎢極電弧非常穩(wěn)定，特別適合薄板材料焊接，填充焊絲不通過(guò)電流，焊接過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生飛濺，焊縫成形美觀；但鎢極承載電流能力差，過(guò)大的電流會(huì)引起鎢極的熔化和蒸發(fā)，其熔化的微?？赡苓M(jìn)入熔池而引起焊縫夾雜；另外，鎢極氬弧焊具有熔敷速度小，熔深淺和生產(chǎn)效率低缺點(diǎn)。表1 直流TIG焊接工藝參數(shù)

2、針對(duì)焊接軋制成型管中的縱焊縫，張健1關(guān)于薄板（板厚1mm）高速 TIG 焊溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬的研究中表明，采用直流TIG焊接紫銅板取得了較好的效果，其工藝如表1，其焊縫寬度約為1.0mm，如圖1 a和b，焊縫成形質(zhì)量較好。針對(duì)薄板軋制成型管焊接成形焊縫，TIG焊接可以作為其中的一種焊接方式。鎢極直徑/mm鎢極至工件的距離/mm電弧加熱有效半徑/mm焊接電流/A電弧電壓/U焊接速度m/min133801010a圖1 焊縫宏觀照片b2 激光焊接2.1現(xiàn)有激光焊接研究中，針對(duì)白銅激光焊接研究較少，紫銅激光焊接研究相對(duì)較多2。銅及銅合金的線膨脹系數(shù)大，液態(tài)凝固時(shí)的收縮率比鐵大一倍以上，再加上銅的導(dǎo)熱性能

3、良好，使得焊接熱影響區(qū)加寬，在工件厚度較薄或結(jié)構(gòu)剛度較小，又無(wú)防止變形的措施時(shí)，工件焊后很容易產(chǎn)生較大的變形。因此在選用激光焊接薄板白銅時(shí)，由于激光能量較大，焊接熱影響區(qū)寬度必須嚴(yán)格控制，因此，在焊縫成形質(zhì)量較好的前提下，應(yīng)選用較低的激光功率。圖2 不同波長(zhǎng)下不同金屬材料的激光吸收率曲線表2 激光器種類及參數(shù)激光焊接一般為脈沖激光焊和連續(xù)激光焊，而脈沖激光焊其能量至工件時(shí)斷續(xù)的、脈沖式的。激光器種類見表23。針對(duì)焊接白銅薄板，因銅材對(duì)激光吸收率較低，導(dǎo)熱系數(shù)大，建議選用橫流CO2激光器或YAG型激光器，CO2激光器輸出功率較大，且為連續(xù)激光焊接；YAG型激光器波長(zhǎng)較小，相對(duì)CO2激光器銅對(duì)波長(zhǎng)

4、1.06 m的激光吸收率較高4，銅在不同波長(zhǎng)下對(duì)激光的吸收率如圖2，銅在不同溫度下激光的吸收率如圖3，由圖可知，選用激光焊接，隨著焊接的進(jìn)行，銅薄板對(duì)激光的吸收率逐漸增加，在焊接過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)初始的焊縫未完全熔合或部分熔合。圖3 在不同溫度下鋁、銅、鐵、鉑的激光吸收率選用橫流CO2激光器或YAG型激光器焊接白銅薄板時(shí)，為確保焊接過(guò)程中板與板之間的相對(duì)位置不變，一般都要采取適當(dāng)夾緊方式。在軋制成形管激光焊接過(guò)程中可采用定位夾緊棍來(lái)夾緊或固定，如圖4。定位夾緊棍圖4 激光焊定位夾緊方式2.2激光焊接異?，F(xiàn)象 激光焊接過(guò)程中出現(xiàn)的兩種異?，F(xiàn)象，即焊縫的縮頸和表面凸起現(xiàn)象5。針對(duì)焊縫的縮頸原因有以下

5、三點(diǎn)：激光束的偏振小孔壁聚焦小孔內(nèi)高壓金屬蒸氣的形成激光焊接過(guò)程總表面凸起現(xiàn)象分析認(rèn)為是有以下三方面綜合作用造成：材料熱膨脹及熱應(yīng)力的影響熔池表面熔體的流動(dòng)組織的變化在實(shí)際的焊接過(guò)程中，若表面凸起較為嚴(yán)重，將在焊縫表面形成縱向呈魚鱗狀的凸起帶，稱為“魚鱗紋”。它對(duì)于激光焊接表面的質(zhì)量是不利的，針對(duì)其產(chǎn)生根源，對(duì)板材局部施壓，調(diào)節(jié)激光能量及施加方式，可以對(duì)凸起加以改善。而在板材對(duì)接焊中，卻可以利用表面凸起現(xiàn)象，在板材之間預(yù)留一道寬度適中的狹縫，在焊后可以得到表面齊平的焊道。2.3銅及銅合金焊接過(guò)程中易出現(xiàn)的缺陷 未熔合與未焊透銅導(dǎo)熱性良好，焊接時(shí)易產(chǎn)生未熔合和未焊透。 焊接變形或焊縫凹陷，針對(duì)此

6、缺陷要適當(dāng)控制焊接線能量，以減少熱輸入。 熱裂紋銅在液態(tài)時(shí)很容易被氧化生成氧化亞銅Cu2O。Cu2O與Cu可生成熔點(diǎn)為1060 的共晶，與Pb生成熔點(diǎn)為326 的CuPb共晶，與Bi生成熔點(diǎn)為270 的共晶，與CuS生成熔點(diǎn)為1067共晶，這些共晶的熔點(diǎn)均低于紫銅1083 的熔點(diǎn)。在結(jié)晶過(guò)程中，由于低熔點(diǎn)共晶體分布在枝晶間或晶界處，使銅和銅合金具有明顯的熱脆性，加上焊接應(yīng)力的作用，極易產(chǎn)生熱裂紋。針對(duì)熱裂紋的預(yù)防或消除，可采用加大氣體流量來(lái)保護(hù)熔池，以避免生產(chǎn)Cu2O。激光焊接中一般采用純氬氣保護(hù)熔池，氬氣流量為520L/min。 氣孔是銅及銅合金焊接時(shí)常見的缺陷，紫銅焊縫中的氣孔主要是氫氣孔

7、。氫氣孔的形成與氫在銅中的溶解度隨溫度下降突變有關(guān)。另一種氣孔是由冶金反應(yīng)生成的水蒸氣和二氧化碳等，在焊接凝固時(shí)來(lái)不及逸出形成的。 焊接接頭的塑性、導(dǎo)電性、耐蝕性焊縫及熱影響區(qū)受熱循環(huán)后晶粒變粗，各種脆性的低熔點(diǎn)共晶出現(xiàn)在晶界，使塑性和韌性顯著下降。為脫氧加入的錳、硅等元素，以及焊接過(guò)程中溶入的雜質(zhì)和合金元素，都會(huì)不同程度的降低銅接頭的導(dǎo)電性能。耐蝕性能的下降主要是有益元素如鋅、鎳、鋁等的蒸發(fā)和燒損造成的。選用激光焊接，元素的燒損會(huì)增加，因此要適當(dāng)控制焊接線能量，同時(shí)還要保證焊縫成形質(zhì)量較好。3 總結(jié) 激光焊接相對(duì)鎢極氬弧焊，其能量密度大，焊接速度快，生成率較高，但由于銅對(duì)激光的吸收率較低，因此要選用合適的焊接線能量，并最大程度降低焊接缺陷，保證焊縫質(zhì)量。另外，在蘇泰克公司中國(guó)銷售工程師處了解到，目前針對(duì)激光焊接銅管還沒(méi)有工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備，在歐洲游大學(xué)只是在實(shí)驗(yàn)室成功。4 參考文獻(xiàn)1 張健.薄板高速 TIG 焊溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬(碩士學(xué)位論文)，天津大學(xué)，2007.2 王金