有色金屬的焊接(Cu)剖析

第6章有色金屬的焊接(Cu)16.1銅及銅合金的焊接一、銅及銅合金的種類及性能特點根據(jù)化學(xué)成分來進行分類：純銅、黃銅、青銅及白銅等。（一）純銅：具有很高的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性，良好的耐蝕性和塑性。焊接結(jié)構(gòu)一般采用軟態(tài)純銅。

2（二）黃銅：以鋅為主要合金元素的銅合金。黃銅的耐蝕性高，冷熱加工性能好，導(dǎo)電性能比純銅差，力學(xué)性能優(yōu)于純銅，應(yīng)用較為廣泛。（三）青銅：青銅原指銅錫合金，現(xiàn)在習(xí)慣上將不以鋅或鎳為主要合金元素的銅合金稱為青銅。1、性能：青銅有良好的耐磨性和良好的力學(xué)性能，鑄造性能和耐蝕性能也比較好。2、分類：常用青銅有：錫青銅(QSn4-3)、鋁青銅(QAl9-2)、硅青銅(QSi3-1)等。此外，以鎳為主要合金元素的銅合金稱為白銅。白銅具有良好的耐蝕性能和力學(xué)性能

。3二、銅及銅合金的焊接性

焊接性比較差，焊接銅及銅合金比焊接低碳鋼困難得多。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(一)焊縫成形能力差

1、問題：容易出現(xiàn)難熔合、坡口焊不透和表面成形差的外觀缺陷（這主要是由于銅的導(dǎo)熱性強）。2、解決：焊接純銅和大多數(shù)導(dǎo)熱性強的銅合金時，除需采用大功率、高能量密度的焊接方法外，還必須配合不同程度的預(yù)熱，不允許采用懸空單面焊，單面焊時背面必須附加墊板，以控制焊縫成形。

4(二)焊縫及熱影響區(qū)熱裂傾向大

1、原因：1）焊縫的熱裂紋傾向是與焊縫雜質(zhì)的影響有關(guān)，還與焊接過程產(chǎn)生的應(yīng)力有關(guān)。2）此外，焊接純銅時，其焊縫為單相組織，且由于純銅導(dǎo)熱性強，焊縫易生成粗大晶粒。這也會加劇熱裂紋的生成。2、銅及銅合金的焊接可采取哪些措施，防止熱裂紋？

1)嚴(yán)格限制銅中雜質(zhì)(氧、鉍、鉛、硫等)的含量。2)增強對焊縫的脫氧能力，通過焊絲加入硅、錳、磷等合金元素脫氧。3)選用能獲得雙相組織的焊接材料，破壞低熔點共晶薄膜的連續(xù)性，打亂柱狀晶的方向。4)預(yù)熱、緩冷等措施來減少焊接應(yīng)力，減小根部間隙尺寸，并加大根部焊道尺寸，以防止裂紋的產(chǎn)生。5(三)容易形成氣孔

1、熔焊銅及銅合金時，出現(xiàn)氣孔的傾向比低碳鋼要嚴(yán)重的多。主要原因有：1)焊縫發(fā)生氣孔的敏感性強，如氬弧焊時氬氣中加入少量其它氣體焊縫即產(chǎn)生氣孔。2)氫溶解度的急劇變化：液態(tài)銅中溶解較多的氫，凝固時其溶解度大大降低。3)C02的生成：焊接高溫下銅與氧生成的氧化亞銅(Cu20)，Cu20不溶于銅而析出，與氫或C0反應(yīng)生成水蒸氣或C02也不溶于銅，生成反應(yīng)性氣孔。3)銅的導(dǎo)熱性太強：銅的熱導(dǎo)率比鐵大8倍以上，焊縫的冷卻要快得多，氫擴散逸出和H20的上浮條件更惡劣，形成氣孔的敏感性自然增大。62、減少和消除：主要措施就是減少氫和氧的來源和預(yù)熱來延長熔池存在時間，使氣體易于析出。采用含鋁、鈦等強脫氧劑的焊絲(同時也可脫氮脫氫)或在銅合金中加入鋁、錫等元素都會獲得良好的效果。(四)焊接接頭性能下降

1、主要表現(xiàn)：熔化焊過程中，由于晶粒嚴(yán)重長大以及合金元素蒸發(fā)，燒損與雜質(zhì)的滲入使焊接接頭的力學(xué)性能、導(dǎo)電性能和耐蝕性能下降。1）塑性顯著降低2）導(dǎo)電性下降3）耐蝕性能下降2、改善措施：主要是控制雜質(zhì)的含量，減少合金燒損，通過合金化對焊縫進行變質(zhì)處理等；其次盡量減少熱作用，焊后進行消除應(yīng)力處理等。7三、銅及銅合金的焊接工藝要點(一)焊接方法的選擇

選用原則，應(yīng)該根據(jù)被焊材料的成分、厚度、結(jié)構(gòu)特點及使用性能要求綜合考慮。從銅是在常用的焊接金屬中導(dǎo)熱性最好這一點考慮，焊接銅及其合金是需要大功率、高能量密度的焊接方法，熱效率越高、能量越集中越好。不同厚度的材料對各種焊接方法有其適應(yīng)性。8銅及銅合金焊接方法的特點及應(yīng)用范圍焊接方法特點應(yīng)用范圍氣焊設(shè)備簡單，操作方便，但火焰的熱功率較低，熱量分散，焊件變形大，生產(chǎn)率低適用于厚度小于3mm的不重要結(jié)構(gòu)焊條電弧焊設(shè)備簡單，操作靈活，焊接速度較快，焊接變形小。但焊接質(zhì)量差，易出現(xiàn)夾渣、氣孔不適用于薄板的焊接鎢極氬弧焊焊接質(zhì)量好，易于操作，但設(shè)備費用高主要用于薄板(δ<12mm)的焊接熔化極氬弧焊焊接質(zhì)量好，焊接速度快，機械化程度高，但設(shè)備費用高板厚大于3mm的可用，板厚大于l5mm優(yōu)點更明顯埋弧焊電弧功率大，熔深大，變形小，焊接質(zhì)量好，但電弧電壓高時，焊縫成形狹窄，易氣孔適用于6～30mm的中厚板9(二)焊接材料的選擇1．焊絲：除滿足一般工藝與冶金要求之外，主要控制雜質(zhì)含量和提高脫氧能力，以避免熱裂紋及氣孔。焊接純銅用的焊絲中主要加入Si、Mn、P等脫氧元素。對黃銅來說，在焊絲中加入強脫氧元素Al，除脫氧外還可細(xì)化焊縫組織，提高接頭的塑性和耐蝕性。焊縫中的Fe可提高焊絲強度和耐磨性，但會降低塑性。焊縫含有少量Ti可細(xì)化焊縫金屬組織，提高強度。加入適量的Sn元素會增加液體金屬的流動性，改善焊絲的工藝性能。2．焊條：分為黃銅焊條、青銅焊條兩類，目前應(yīng)用較多的是青銅焊條。由于黃銅中的鋅容易蒸發(fā)，因而極少采用焊條電弧焊，必要時可采用青銅焊條。(三)焊前準(zhǔn)備及合理的接頭形式

銅及銅合金焊件對焊前預(yù)處理的要求比較嚴(yán)格。接頭形式盡量不采用搭接接頭、T形接頭、內(nèi)角接接頭，因為這幾種接頭形式散熱快，不易焊透，焊后清除流人焊件縫隙中的溶劑和熔渣很困難。應(yīng)采用散熱速度相對較慢的對接接頭、端接接頭，并根據(jù)母材厚度和焊接方法的不同，制備相應(yīng)的坡口。10(四)焊接工藝要點1．氣焊：氧乙炔焊比較適于焊接薄銅件、銅件的修補或不重要結(jié)構(gòu)的焊接。(1)焊接材料選擇：氣焊純銅常用含有P、Si、Mn等合金元素的焊絲，用以對熔池脫氧。氣焊必須使用焊劑。使用時可用水把焊劑調(diào)成糊狀涂在焊道上或涂于焊絲上，用火焰烤干后即可施焊。(2)焊接參數(shù)的選擇和焊前預(yù)熱：焊接純銅時，應(yīng)嚴(yán)格采用中性焰。

為防止焊接內(nèi)應(yīng)力，防止出現(xiàn)裂紋、氣孔、未焊透等缺陷，純銅氣焊時一般需要預(yù)熱。對薄板、小尺寸焊件的預(yù)熱溫度為400～500℃，厚大焊件預(yù)熱溫度提高至600～700℃。黃銅和青銅的預(yù)熱溫度（比純銅）可適當(dāng)降低。11（3）焊接操作：①氣焊薄板時應(yīng)采用左焊法，這有利于抑制晶粒長大。當(dāng)焊件厚度大于6mm時，則采用右焊法；②焊炬運動要盡可能的快，每條焊縫不要隨意中斷焊接過程，最好單道焊，一次焊完。③焊接長焊縫時，焊前必須留有合適的收縮余量，并要先點固后焊接，焊接時應(yīng)采用分段退焊法，以減少變形。④對受力或較重要的銅焊件，必須采取焊后錘擊接頭和熱處理工藝措施。薄銅件焊后要立即對焊縫兩側(cè)的熱影響區(qū)進行錘擊。5mm以上的中厚板，需要加熱至500～600℃后進行錘擊。錘擊后將焊件加熱至500～600℃，然后在水中急冷，可提高接頭的塑性和韌性。

黃銅應(yīng)在焊后盡快在500℃左右退火。122．埋弧焊埋弧焊焊接銅及銅合金時，δ<20mm的焊件在不預(yù)熱和不開坡口的條件下可獲得優(yōu)質(zhì)接頭，特別適合于中厚板的長焊縫焊接。純銅、青銅埋弧焊的焊接性能好，黃銅的焊接性尚可。

(1)焊絲與焊劑的選擇：HJ430、HJ431具有良好的工藝性能，但氧化性較強，使焊接接頭的導(dǎo)電性、耐蝕性和塑性下降。對接頭性能要求高的焊件可選用氧化性較弱的HJ260、HJl50。(2)焊接參數(shù)的選擇和焊前預(yù)熱：純銅的熱導(dǎo)率大、熱容量大，應(yīng)選大的焊接電流、高的焊接電壓(一般為34-40V)。黃銅埋弧焊時，應(yīng)選用較小的焊接電流(約比純銅的焊接電流減少l5％-20％)和較低的焊接電壓，以減小鋅的蒸發(fā)燒損。

黃銅、青銅焊絲的熔化速度隨干伸長度的增大而增大，一般選20～40mm。純銅埋弧焊時可不預(yù)熱，但為保證焊接質(zhì)量，對于厚度大于20mm的焊件最好采用局部預(yù)熱(200-400℃)。133．手工TIG焊是銅及銅合金的主要焊接方法之一，適用于中、薄板和小件的焊接和補焊。(1)填充焊絲的選擇：焊絲有專用和通用的兩類。

對于純銅和白銅，材料本身不含脫氧元素，一般選擇含有Si、P或Ti脫氧劑的無氧銅焊絲和白銅焊絲，如HS201、ECu、RCuSi等，它們具有較高的導(dǎo)電率和與母材顏色相同的特點。對于黃銅，為了抑制鋅的蒸發(fā)燒損對氣氛造成污染和電弧燃燒穩(wěn)定性造成的不利影響，填充金屬不應(yīng)含鋅。焊普通黃銅，采用無氧銅加脫氧劑的錫青銅焊絲，如SCuSnA；焊高強度黃銅，采用青銅加脫氧劑的硅青銅焊絲或鋁青銅焊絲，如SCuAl、SCuSi、RCuSi等。青銅選用相應(yīng)的青銅焊絲：對于青銅，材料本身所含合金元素就具有較強的脫氧能力，焊絲成分只需補充氧化燒損部分，及選用合金元素含量略高于母材的焊絲，如硅青銅焊絲SCuSi、RCuSi；鋁青銅焊絲SCuAl；錫青銅焊絲SCuSn、RCuSn等。14(2)焊接參數(shù)的選擇和焊前預(yù)熱

對大多數(shù)的銅及銅合金的鎢極氬弧焊均采用直流正極性，此時焊件可獲得較高的熱量和較大的熔深。鎢極氬弧焊時，當(dāng)焊件厚度在4mm以下可以不預(yù)熱，4～12mm厚的純銅預(yù)熱至200～450℃，青銅與白銅可降至150～200℃，硅青銅、磷青銅可不預(yù)熱并嚴(yán)格控制層間溫度低于100℃。補焊大尺寸的黃銅和青銅鑄件時，一般需預(yù)熱至200～300℃。如采用Ar+He混合保護氣體焊接銅或銅合金可以不預(yù)熱。4．熔化極氬弧焊(MIG焊)MIG焊是焊接中、厚板銅及銅合金的理想方法，由于其電流密度大，電弧穿透力強，焊接速度快，焊縫成形美觀及焊接質(zhì)量高，因此在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

(1)焊絲的選用選用焊絲的原則及具體選用焊絲的成分與TIG幾乎完全一樣。我國生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)焊絲對TIG焊和MIG焊是通用的。15(2)預(yù)熱及焊后熱處理：

MIG焊接厚度大于6mm或所用焊絲直徑大于1.6mm的V形坡口均需預(yù)熱，對于硅青銅和鈹青銅，根據(jù)其脆性及高強度的特點，焊后應(yīng)進行消除應(yīng)力退火和500℃保溫3h的時效硬化處理。(3)焊接參數(shù)的選擇：熔化極氬弧焊焊接銅時，采用直流反極性、大電流、高焊速。MIG焊接參數(shù)中最重要的是電流密度的選擇。它決定著熔滴的過渡形式。而后者又是電弧穩(wěn)定和焊縫成形的決定因素。(4)坡口形式：MIG焊具有較強的穿透力，坡口角度可偏小，一般不留間隙。熔化極氣體保護焊，焊接厚度小于3mm的銅時采用I形坡口接頭。焊接厚度為10-12mm時，可采用v形坡口接頭。焊接厚度大于12mm厚板時應(yīng)開x形坡口或雙面u形坡口。16內(nèi)容總結(jié)第6章有色金屬的焊接(Cu)。（一）純銅：具有很高的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性，良好的耐蝕性和塑性。1）焊縫的熱裂紋傾向是與焊縫雜質(zhì)的影響有關(guān)，還與焊接過程產(chǎn)生的應(yīng)力有關(guān)。3)選用能獲得雙相組織的焊接材料，破壞低熔點共晶薄膜的連續(xù)性，打亂柱狀晶的方向。1、熔焊銅及銅合金時，出現(xiàn)氣孔的傾向比低碳鋼要嚴(yán)重的多。加入適量的S