銅與銅合金的焊接介紹

word格式完美整理/銅及銅合金的焊接介紹1銅及銅合金的分類純銅是紫紅色,俗稱紫銅。在純銅的基礎(chǔ)上加入不同的合金元素,可以成為不同性能的銅合金,常用的銅合金有黃銅、青銅及白銅等。2銅及銅合金的焊接性銅及銅合金經(jīng)輾壓或拉伸成不同厚度的銅板及銅合金板,不同規(guī)格的管子或各種不同形狀的材料,都可以用焊接的方法制成各種不同的產(chǎn)品。鑄造的銅及銅合金是通過(guò)模型直接澆鑄成需要形狀的部件或產(chǎn)品,焊接只用于修復(fù)或補(bǔ)焊。在焊接與補(bǔ)焊中易產(chǎn)生下列不良影響：2.1難熔合：銅及銅合金的導(dǎo)熱性比鋼好的多,銅的導(dǎo)熱系數(shù)是鋼的7倍,大量的熱被傳導(dǎo)出去,母材難以象鋼那樣局部熔化,對(duì)厚大銅及銅合金材料的焊接應(yīng)焊前預(yù)熱,采用功率大,熱量集中的焊接方法進(jìn)行焊接或補(bǔ)焊為宜。2.2易氧化：銅在常溫時(shí)不易被氧化。但隨著溫度的升高,當(dāng)超過(guò)300℃時(shí),其氧化能力很快增大,當(dāng)溫度接近熔點(diǎn)時(shí),其氧化能力最強(qiáng),氧化的結(jié)果生成氧化亞銅〔Cu2O。焊縫金屬結(jié)晶時(shí),氧化亞銅和銅形成低熔點(diǎn)〔10642.3易產(chǎn)生氣孔：銅導(dǎo)熱性好,焊接熔池,比鋼凝固速度快,液態(tài)熔池中氣體上浮的時(shí)間短來(lái)不及逸出也會(huì)形成氣孔。2.4易產(chǎn)生熱裂紋：銅及銅合金焊接時(shí)在焊縫及熔合區(qū)易產(chǎn)生熱裂紋。形成裂紋的主要原因：銅及銅合金的線膨脹系數(shù)幾乎比低碳鋼大50％以上,由液態(tài)轉(zhuǎn)變到固態(tài)時(shí)的收縮率也較大,對(duì)于剛性大的工件,焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。熔池結(jié)晶過(guò)程中,在晶界易形成低熔點(diǎn)的氧化亞銅—銅的共晶物〔Cu＋Cu2O。凝固金屬中的過(guò)飽和氫向金屬的顯微缺陷中擴(kuò)散,或者它們與偏析物〔如Cu2O及應(yīng)生成的H2O在金屬中造成很大的壓力。母材中的鉍、鋁等低熔點(diǎn)雜質(zhì)在晶界上形成偏析。施焊時(shí),由于合金元素的氧化及蒸發(fā)、有害雜質(zhì)的侵入,焊縫金屬及熱影響區(qū)組織的粗大、加上一些焊接缺陷等問(wèn)題,使焊接接頭的強(qiáng)度、塑性、導(dǎo)電性、耐腐蝕性等往往低于母材所致。3焊接方法的選擇選擇銅及銅合金的焊接方法,主要應(yīng)考慮被焊工件的焊接性、焊件的材質(zhì)、厚度、生產(chǎn)條件、空間位置及焊接質(zhì)量要求,表1可供選擇焊接方法時(shí)參考。表1常用銅及銅合金的焊接性及適用的厚度范圍焊接方法材料牌號(hào)及焊接性適用的厚度范圍〔mm紫銅黃銅青銅鎳白銅鎢極氬弧焊〔TIG焊好較好較好好1～10熔化極半自動(dòng)氬弧焊〔MIG焊好較好較好好4～50氣焊差較好差—0.5～6碳弧焊尚可尚可較好—6～25焊條電弧焊差差尚可較好2～10埋弧自動(dòng)焊較好尚可較好—6～30等離子弧焊較好較好較好好1～164焊接材料銅及銅合金所用焊接材料的種類和應(yīng)用范圍見(jiàn)表2、表3、表4。表2銅及銅合金焊絲的牌號(hào)和用途牌號(hào)名稱主要用途絲201特制紫銅焊絲適用于紫銅的氣焊、鎢極氬弧焊、焊接工藝性能好,機(jī)械性能高。絲202低磷銅焊絲適用于紫銅的碳弧焊、氣焊。絲221錫黃銅焊絲適用于氣焊黃銅和釬焊銅、銅鎳合金、灰鑄鐵與鋼,也可用來(lái)釬焊合金刀具〔頭。絲222鐵黃銅焊絲用途與絲221相同,流動(dòng)性好,焊縫表面略顯黑斑點(diǎn),焊接時(shí)煙霧較少。絲224硅黃銅焊絲用途與絲221相同,由于含硅量0.5%左右,氣焊時(shí)能有效地控制的蒸發(fā),消除氣孔和得到滿意的機(jī)械性能,該焊實(shí)用性強(qiáng),是常用的品種之一。表3銅及銅合金焊劑的牌號(hào)及用途牌號(hào)氣劑301氣劑401應(yīng)用范圍適用于銅及銅合金氣焊及碳弧焊適用于氣焊鋁青銅的焊接表4銅及銅合金電焊條牌號(hào)及用途牌號(hào)焊芯主要成分焊接工藝要點(diǎn)主要用途銅107純銅焊件焊前預(yù)熱400～500℃適用于紫銅件的焊接。銅227磷青銅磷青銅預(yù)熱150～200℃,紫銅400～500℃。在碳鋼上堆焊200℃適用于碳青銅、紫銅、黃銅、鑄鐵及鋼的焊接和堆焊。銅237鋁青銅鋁青銅的焊接及碳鋼堆焊不預(yù)熱。厚件預(yù)熱200℃,黃銅焊接須預(yù)熱300～350適用于鋁青銅與其他銅合金焊件的焊接及銅合金與銅的焊接?，F(xiàn)將六例焊接銅及銅合金的方法奉獻(xiàn)給大家。焊接方法包括焊條電弧焊、氧-乙炔焊、鎢極氬弧焊、熔化極氬弧焊等,能使讀者一看就懂,一看就能比照著去焊接,焊接后有所體會(huì)和提高。例1焊條電弧焊補(bǔ)焊大型鑄銅件變壓器調(diào)整機(jī)構(gòu)機(jī)頭系大型鑄銅件,其成分〔％為：Cu66.9、Al5.6、Mn1.6、Zn22.1由于澆鑄溫度偏低,出現(xiàn)鑄造缺陷,造成縮孔一處〔面積約750mm2,深25mm、裂紋一條〔深8mm、長(zhǎng)140mm,詳見(jiàn)圖1。圖1缺陷位置示意圖由于鑄件尺寸厚大、受熱面積大、散熱快,補(bǔ)焊時(shí)應(yīng)集中熱源,采用焊條電弧焊進(jìn)行補(bǔ)焊,具體補(bǔ)焊工藝如下：1.1坡口制備裂紋處開60°～70°V型坡口；縮孔處用扁鏟鏟除雜質(zhì)后開U型坡口。坡口兩側(cè)15mm處清理干凈,露出金屬光澤。1.2焊條及焊機(jī)的選擇選用Ф4mm的銅107焊條,焊前經(jīng)250℃,2小時(shí)烘干。焊機(jī)選用AX11.3補(bǔ)焊工藝將工件放入爐中加熱至400℃,出爐后置于平焊位置。先焊裂紋,用短弧施焊,第一層焊接電流為170A,從裂紋的兩端往中間焊,焊接時(shí)焊條作往復(fù)運(yùn)動(dòng),焊速要快,第二層的焊接電流比第一層略小〔160A,焊條作適當(dāng)?shù)臋M向擺動(dòng),使邊緣熔合良好。焊縫略高出工件平面1mm縮孔處因呈U型坡口狀,填充金屬量較大,故采用堆焊方法完成,焊道順序見(jiàn)圖2。堆焊至高出工件平面1mm即可。焊接電流第一層大些,其余層小些〔大的160A,小的150A。各層之間要嚴(yán)格清渣。圖2焊接順序圖整個(gè)焊接過(guò)程中,搬動(dòng)和翻動(dòng)焊件要注意,因焊件處于高溫狀態(tài),容易變形、損壞。

1.4焊后處理焊后用平頭錘敲擊焊縫,消除應(yīng)力,使組織致密,改善機(jī)械性能。焊件置于室內(nèi)自然冷卻即可。經(jīng)機(jī)械加工除焊縫顏色與母材略有不同外,未發(fā)現(xiàn)有裂紋、夾渣、氣孔等缺陷。例2氧-乙炔焊焊接δ=2mm薄紫銅板高爐循環(huán)冷卻水池止水帶為δ=2mm薄紫銅板組對(duì)焊接而成。施焊時(shí)因紫銅導(dǎo)熱性極好,要么由于溫度不夠形不成熔池,造成焊道上的金屬不熔合或熔合不良；要么就是溫度過(guò)高,焊接區(qū)域熔化了一大片,形成燒穿或焊瘤等焊接缺陷,薄紫銅板的焊接是項(xiàng)比較"棘手"的難題。根據(jù)上述情況采用"黃銅釬焊"的焊接方法可以很好的解決這一難題。焊前的準(zhǔn)備工作和焊接時(shí)操作工藝如下：〔1將焊縫的兩側(cè)各60mm做去污處理并用鋼絲刷打磨露出金屬光澤。〔2焊件組對(duì)不開坡口,組對(duì)間隙應(yīng)＜1mm?！?采用Ф3mm硅黃銅焊絲〔絲224與焊劑301焊劑?！?將被焊處墊平〔墊板采用較平鋼板,要求厚些,以防熱變形。〔5預(yù)熱,兩名焊工采用中號(hào)焊槍,中性焰同時(shí)加熱施焊處,溫度達(dá)500～600℃。一人焊接,另一人仍然在施焊位置的前方繼續(xù)加熱,以保證施焊過(guò)程的穩(wěn)定進(jìn)行?！?預(yù)熱的的焊工采用中性焰,施焊焊工采用微氧化焰?！?定位焊與正式焊接要連續(xù)進(jìn)行,定位的間距以60～80mm為宜,定位焊點(diǎn)應(yīng)小些?！?加熱與施焊時(shí)要密切注意焊接區(qū)域溫度的變化,防止過(guò)高與過(guò)低,一般目測(cè)以暗紅色〔550～600℃為宜。〔9焊嘴的擺動(dòng)要平穩(wěn),并勻速地向前移動(dòng)?；鹧娴难嫘尽舶c(diǎn)要高于熔化池5～8mm?；鹧娴妮喞獞?yīng)始終籠罩著熔池,避免與空氣接觸。保證黃銅液很自然、順利地漫延到焊縫的兩側(cè),并浸入到間隙中去。〔10為了使焊接接頭的組織結(jié)晶細(xì)密,提高強(qiáng)度與韌性,焊后要用小錘適當(dāng)?shù)那么蚝溉??！?1焊后做致密性能檢驗(yàn)。例3黃銅合金軸承瓦的氧-乙炔補(bǔ)焊黃銅是銅和鋅的合金,鋅的熔點(diǎn)僅419℃,沸點(diǎn)906℃1.1焊前準(zhǔn)備焊接材料選擇焊接性及耐磨性良好的絲221黃銅焊絲,銅釬劑301。設(shè)備及工具氧-乙炔焊炬及氣帶、氧和乙炔氣瓶、鋼絲刷、炭火爐等。銅瓦拆卸時(shí)要按組〔對(duì)打上鋼印標(biāo)記。1.2施焊施焊銅瓦放在炭火爐中預(yù)熱至500℃左右,不冒油煙為止,取出后用鋼絲刷刷去銅瓦表面上的雜質(zhì)和氧化物,按銅瓦磨損的程度來(lái)決定補(bǔ)焊厚度〔但必須高出機(jī)加工余量1mm左右。施焊時(shí)采用左焊法,焊槍與銅瓦保持70°～80°夾角,焊絲與焊槍保持40°～50°施焊時(shí)采用微氧化焰,火焰焰芯要尖,焊槍只能上下跳動(dòng),不宜作橫向擺動(dòng),應(yīng)控制熔池不要過(guò)大,一般為焊絲直徑的2～2.5倍為宜。焊絲與焊槍配合要得當(dāng),焊絲以點(diǎn)焊方式不間斷地送入熔池,即焊絲末端要始終在火焰外焰內(nèi),保持紅熱狀態(tài),一個(gè)熔池形成后,立即向熔池內(nèi)點(diǎn)一滴銅水,隨即焊槍向前推移,焊絲退出,一個(gè)焊點(diǎn)疊一個(gè)焊點(diǎn)地向前施焊,隨著焊接溫度的升高,焊接速度和點(diǎn)送焊絲的速度也應(yīng)逐漸加快。焊縫接頭時(shí),應(yīng)在中斷處退后10mm處開始接頭焊接,使焊縫金屬接頭質(zhì)量好,焊道平整美觀,并注意在施焊中不能間斷使用釬劑。施焊順序是先從銅瓦縱向的邊緣開始往里一條焊縫疊一條焊縫地堆焊,因黃銅熔化后流動(dòng)性好,所以每焊一道焊縫時(shí)都應(yīng)將銅瓦填平,一直焊到中間,見(jiàn)圖3。然后再?gòu)牧硪贿吘夐_始往里連續(xù)堆焊,與已焊完的前一半焊道接上為止。每條焊道要求筆直平整、高度一致,相互搭接焊道寬度的2／3,不得有夾渣、氣孔、熔合不良、溝槽、缺焊肉等現(xiàn)象。最后將銅瓦立起來(lái)再把兩個(gè)半圓弧面上的邊緣處各種補(bǔ)焊一條焊道〔圖4,以滿足加工要求尺寸。圖3軸承瓦堆焊順序示意圖圖4軸承瓦邊緣焊縫位置示意圖1.3注意事項(xiàng)及焊后效果施焊前銅瓦應(yīng)墊牢,防止在施焊時(shí)滾動(dòng),以免燙傷。焊接時(shí)由于鋅的蒸發(fā),操作者應(yīng)戴口罩,并注意通風(fēng)或在上風(fēng)處施焊。采用氧-乙炔焰補(bǔ)焊,機(jī)加工修復(fù)銅合金軸承瓦的方法簡(jiǎn)便易行、操作方便,能降低成本70％以上,此方法值得推廣。例4熔化極半自動(dòng)氬弧焊〔MIG焊焊接Ф273mm×12mm黃銅管與黃銅〔H62管的對(duì)接采用焊接熱效率高,焊縫質(zhì)量好的熔化極半自動(dòng)氬弧焊能收到較好的效果,具體工藝如下：〔1為保證銅管連續(xù)焊接,自制轉(zhuǎn)胎、卡具一套,該轉(zhuǎn)胎能按焊接要求,組對(duì)管件并轉(zhuǎn)速可調(diào)。〔2黃銅液態(tài)金屬流動(dòng)性大,焊縫成形差,焊接時(shí)易產(chǎn)生燒穿、焊瘤、熔合不良等缺陷,采用襯環(huán)可防止上述缺陷。襯環(huán)的外徑應(yīng)小于被焊黃銅管內(nèi)徑1mm,盡量緊配合,襯環(huán)的尺寸為寬×高＝40mm×〔4～6mm,材質(zhì)為黃銅或不銹鋼均可。〔3焊接設(shè)備：NB-500型焊機(jī),氧-乙炔焊設(shè)備、氬氣等?！?焊接材料：Ф1.2mm青銅焊絲〔QSi3-1〔5坡口：坡口組對(duì)尺寸為85°,不留鈍邊,不留間隙,管坡口內(nèi)外兩側(cè)30mm范圍機(jī)械清理,露出金屬光澤?！?預(yù)熱：用氧-乙炔氣火焰將焊接局域加熱到300℃左右,并每間隔100mm〔7施焊：焊接電流200A左右,電弧電壓24～25V,氬氣流量18L／min。焊絲與管件位置見(jiàn)圖5所示。圖5焊絲與管件位置示意圖打底焊時(shí),焊絲對(duì)準(zhǔn)焊縫中心,焊絲做小幅度反月牙形擺動(dòng)。填充與蓋面焊時(shí)焊絲仍作反月牙擺動(dòng),并在坡口兩側(cè)稍加停留〔1～2s,防止坡口兩端出現(xiàn)夾角,而產(chǎn)生夾渣、熔合不良等缺陷?！?每道焊口應(yīng)連續(xù)焊完,并控制層間溫度不得低于300℃〔9焊后將工件〔焊接區(qū)域重新加熱到400℃〔10施焊時(shí)要墊好管件。不得在坡口以外管件上亂打火引弧,搭接線應(yīng)夾緊。例5紫銅管的手工鎢極氬弧焊某單位在設(shè)備安裝中有6個(gè)Φ180mm×10mm紫銅管〔牌號(hào)T2焊口需要焊接,采用手工鎢極氬弧焊方法取得了好的效果,其焊接工藝方法如下：

1.1焊前準(zhǔn)備

焊接設(shè)備為WSE-350型交直流氬弧焊機(jī),直流正接。焊接材料選用紫銅焊絲〔絲201,直徑為3mm。氬氣純度≥99.96%。

1.1.2坡口組對(duì)型式見(jiàn)圖6,組對(duì)時(shí)不留間隙。圖6坡口組對(duì)型式銅管的焊接區(qū)域與銅焊絲不得有油污、氧化層、水份等,并露出金屬光澤。焊接參數(shù)：鎢極：Φ3mm鈰鎢極,噴嘴：Φ14mm,焊接電流160～180A,氬氣流量：15L/min。預(yù)熱：由于紫銅的導(dǎo)熱系數(shù)和熱膨脹系數(shù)較大,又具有熱脆性,所以焊前對(duì)紫銅管的坡口及坡口兩側(cè)的60mm處進(jìn)行預(yù)熱,預(yù)熱方法采用氧-乙炔火焰加熱,預(yù)熱溫度為500℃左右,測(cè)溫方法為：點(diǎn)接觸測(cè)溫儀。將管件定位焊兩處〔按管周長(zhǎng)三等分,兩處為定位焊,一處為起焊點(diǎn),定位焊要求長(zhǎng)度≥10mm,焊高3mm為宜。1.2施焊焊接層次為二層,即打底層與蓋面層,均為轉(zhuǎn)動(dòng)焊,焊接位置在時(shí)鐘的10點(diǎn)到11點(diǎn)半,隨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)往上施焊。打底焊：打底焊采用左向焊法,施焊時(shí)要防止產(chǎn)生氣孔、夾渣、焊瘤及未焊透等缺陷。焊絲與管平面夾角應(yīng)盡量小些,以加強(qiáng)氬氣保護(hù)效果,詳見(jiàn)圖7。圖7焊絲與管平面夾角焊槍運(yùn)動(dòng)均勻,控制熔池溫度要適宜,不能太高或太低,焊接過(guò)程才能順利進(jìn)行,關(guān)鍵是要密切注意熔池銅的液體流動(dòng)情況,掌握好熔化、焊透的時(shí)機(jī),當(dāng)熔池金屬稍有下沉的趨勢(shì)說(shuō)明已焊透〔根部成形基本良好。采取"間斷"送絲法進(jìn)行填絲,即銅焊絲一送一退,送得"利索",退得"干凈",始終保持這種狀態(tài)均勻地向前焊接,如果焊接速度稍慢或焊透不勻就會(huì)出現(xiàn)未焊透或出現(xiàn)燒穿,而形成焊瘤。其引弧、接頭與操作方法與前述氬弧焊焊管方式相同。蓋面層的焊接：焊槍左右擺動(dòng),焊絲也隨焊槍運(yùn)動(dòng)而送絲,電弧運(yùn)動(dòng)到坡口兩側(cè)時(shí)要稍作停頓,并添加焊絲,以填滿坡口,并高出管平面1.5～2mm,焊槍與焊絲相互配合恰當(dāng),并擺動(dòng)均勻,才能控制熔池形狀一致,才能焊出內(nèi)外質(zhì)量?jī)?yōu)良的焊縫。注意事項(xiàng)〔1施焊中嚴(yán)禁"打鎢"〔即鎢極與焊絲或鎢極與熔池相接觸現(xiàn)象發(fā)生。焊接時(shí)"打鎢"時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的金屬煙塵、金屬蒸氣進(jìn)入熔池,焊縫中就會(huì)產(chǎn)生大量的蜂窩狀氣孔或裂紋,如發(fā)生"打鎢"現(xiàn)象,必須停止焊接,處理打磨干凈后再焊接,并更換鎢極或?qū)㈡u極尖重新修整,達(dá)到無(wú)銅斑金屬為止?！?搭接線接觸要牢靠,防止擦傷管表面。〔3待焊縫稍冷卻后,再轉(zhuǎn)動(dòng)管件,并墊牢固?！?控制層間溫度,發(fā)現(xiàn)施焊熔化困難時(shí),說(shuō)明溫度已低,應(yīng)重新預(yù)熱至500℃〔5在保證熔合良好的情況下,焊接速度應(yīng)稍快些,并掌握送絲適宜,注意母材與焊絲同時(shí)熔化而融為一體,防止產(chǎn)生未熔合或熔合不良等缺陷?！?焊接熄弧時(shí),焊槍不能立即抬起,應(yīng)繼續(xù)利用滯后停氣保護(hù)功能保護(hù)熔池,以防產(chǎn)生氣孔。焊后處理經(jīng)檢查,確無(wú)氣孔、裂紋、夾渣等缺陷后,將被焊管接頭的焊接區(qū)域重新加熱到600～700℃,用自來(lái)水急冷,使焊接區(qū)域塑性增加。例6黃銅齒輪斷齒的補(bǔ)焊某大型設(shè)備的黃銅齒輪在使用中有兩個(gè)齒斷掉,該齒輪直徑為560mm,厚為94mm,為直齒齒高32mm。黃銅是銅和鋅的合金,鋅的熔點(diǎn)僅419℃,沸點(diǎn)925℃,因此焊接和補(bǔ)焊黃銅時(shí),在焊接高溫下,鋅熔化后即蒸發(fā),很容易使焊肉產(chǎn)生氣孔,影響齒輪的使用強(qiáng)度,為此采用熱量集中、焊接質(zhì)量好的手工鎢極氬弧焊〔TIG方法補(bǔ)焊,取得較好的效果。1.1焊前準(zhǔn)備選用WSE-350交直流方波氬弧焊機(jī)、交流施焊。選用硅黃銅焊絲〔絲224,由于該焊絲含硅量0.5%左右,能有效地控制鋅的蒸發(fā),消除氣孔和得到滿意的機(jī)械性能。氬氣純度≥99.99%。將斷齒處用汽油清洗干凈,用角向砂輪打磨,露出金屬光澤,并將齒輪墊好,斷齒處朝上,保持水平狀態(tài),以利堆焊。1.2施焊預(yù)熱：銅及銅合金有很高的導(dǎo)熱性,同時(shí)焊黃銅也象