铜的焊接工艺规程

铜及铜合金的焊接工艺钢与铜的焊接工艺。钢与铜及铜合金焊接时的主要困难是在焊缝及熔合区易产生裂纹。实践证实，为了保证焊缝具有足够高的抗裂性能，焊缝中铁的质量分数以控制在10%～43%为宜。⑴焊接方法及焊接材料低碳钢与铜及铜合金焊接时，可以分别采用手弧焊、埋弧焊和钨极氩弧焊。低碳钢与纯铜焊接时采用纯铜作为填充金属材料，如焊条TCu（T107）；钨极氩弧焊时，采用硅锰青铜QSi3-1焊丝。低碳钢与硅青铜、铝青铜焊接时，可采用铝青铜作填充金属材料。不锈钢与铜焊接时，采用镍或镍基合金作填充金属材料。铜和铝的熔点相差达423℃，很难同时熔化，在熔池中会产生脆性化合物AlCu2、Al2Cu3、AlCu、Al2Cu等。当铜铝合金中含铜量在12%～13%以下时，综合性能最好，所以常采用铝焊丝。铜-铝接头的埋弧焊见图7-19。为加速铜的熔化，焊丝应偏离铜板坡口上缘0.5～0.6δ(δ为焊件厚度)。铜侧开半∪形坡口，铝侧为直边，坡口中预置ф3mm的焊丝。当焊件厚度为10mm时，焊丝直径2.5mm，焊接电流400～420A，电弧电压38～39V，送丝速度332m/h，焊接速度21m/h。焊后，焊缝金属中铜的质量分数8%～10%为符合要求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，主要是氢气孔。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%。•1、黄铜的焊接性黄铜是铜锌合金，由于锌的沸点较低，仅为907℃，故焊接过程中极容易蒸发，这一点成为黄铜焊接的最大问题。在焊接高温作用下，焊条电弧焊时锌的蒸发量高达40%，锌的大量蒸发，导致焊接接头的力学性能和耐蚀性能下降，还使之对应力腐蚀的敏感性增大。蒸发的锌在空气中立即被氧化成氧化锌，形成白色的烟雾，给操作带来很大困难，而且影响焊工身体健康，因此，焊接黄铜的场所，应加强通风等防护措施。黄铜的焊接性不良，焊接时会产生气孔、裂纹、锌的蒸发和氧化等问题。为了解决这些问题，在焊接时常用含硅的焊丝，因为硅在熔池表面会形成一层致密的氧化硅薄膜，阻碍锌的蒸发和氧化，并防止氢的入侵。焊后可经470～560℃的退火处理，以消除应力防止“自裂”现象。2、黄铜的焊接方法生产中常用的焊接黄铜的方法是焊条电弧焊和氩弧焊等，其工艺要点如下：（1）焊条电弧焊焊条采用青铜芯焊条，如ECuSn-B（T227）、ECuAl-C（T237）。补焊要求不高的黄铜铸件可采用纯铜芯焊条，如ECu（T107）。电源采用直流正接，V型坡口角度不应小于60°～70°。板厚超过14mm时，焊前焊件表面应仔细清理，清除一切会产生氢气的油类杂质。操作时应当用短弧焊接，焊条不做横向和前后摆动，只沿焊缝的直线移动。焊接速度要快，不应低于0.2～0.3m/min。多层焊时，层与层之间的氧化膜及渣应清除干净。黄铜的铜液流动性大，故溶池最好处于水平位置，若溶池必须倾斜，则倾角不应大于15°（2）氩弧焊手工钨极氩弧焊时，焊丝采用锡黄铜焊丝HSCuZ-1（HS221）、铁黄铜焊丝HSCuZn-2（HS222）、硅黄铜焊丝HSCuZn-4（HS224）。这些焊丝含锌较高，焊接时烟雾较大。亦可用青铜焊丝HSCuSi（HS211）、HSCuSn（HS212）。手工钨极氩弧焊焊接黄铜的焊接参数见表。手工钨极氩弧焊焊接黄铜的焊接参数材料板厚/mm坡口形式钨极直径/mm电源种类及极性焊接电流/A氩气流量/（L/min）预热温度/℃普通黄铜1.2端接3.2直流正接1857不预热锡黄铜2V型3.2直流正接1807不预热由于锌的蒸发破坏氩气的保护效果，所以焊接黄铜时应选用较大的喷嘴孔径和氩气流量。焊前一般不预热，只有焊接厚度大于10mm的接头和焊接边缘厚度相差比较大的接头时才需预热，后者只预热焊件边缘较厚的部分。电源可采用直流正接，也可以采用交流。用交流电源焊接时，锌的蒸发量较小。焊接参数宜采用较大的焊接电流和较快的焊接速度。厚16～20mm黄铜板的焊接参数为：焊接电流260～300A，钨极直径5mm，焊丝直径3.5～4.0mm，喷嘴孔径14～16mm，氩气流量20～25L/min。为了减少锌的蒸发，操作时可将填充焊丝与焊件“短接”，在填充焊丝上引弧和保持电弧，尽可能避免电弧直接作用到母材上，母材主要靠熔池金属的传热来加热熔化。焊接时，应尽可能进行单层焊，板厚小于5mm的接头，最好能一次焊完。焊后焊件应加热到300～400℃进行退火处理，消除焊接应力，以防止黄铜构件在使用时破裂。