铜及铜合金焊接的最佳方法和要点

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：（三）焊接方法的选择熔化焊是铜及铜合金焊接中应用最广泛，并容易实现的一类焊接方法。总之，焊接铜及铜合金需要大功率、高能束的熔焊电源，热效率愈高，能量愈集中愈有利。铜及铜合金焊条执行GB／T 3670—1995《铜及铜合金焊条》，焊条的具体选用见第二章第二节。混合气体的最大优点是可以改善焊缝金属的润湿性，提高焊接质量。5）因铜及铜合金的流动性好，故应尽可能采用平焊位置

（一）常用铜及铜合金及其分类

铜及铜合金以它独特而优越的综合性能，如导电性、导热性、耐蚀性、延展性及一定的强度等特性，在各行业中获得了广泛的应用。铜及铜合金种类繁多，常用的铜及铜合金可从它的表面颜色看出其区别，如常用的纯铜（又称紫铜）、黄铜、青铜和白铜，实际上就是纯铜、铜锌、铜铝、铜锡、铜硅和铜镍的合金。

（二）铜及铜合金的焊接特点

1.高热导率的影响

由于铜及铜合金的高热导率、线膨胀系数和收缩率，在焊接铜及铜合金时，采用的焊接参数与焊接同厚度低碳钢差不多时，母材就很难熔化，且填充金属与母材也不能很好地熔合，产生了焊不透的现象；焊后的变形也比较严重，外观成形差。因此即使焊接使用大功率热源，还得在焊前预热或焊接过程中采取同步加热的措施。另外，母材厚度越大，散热愈严重，也愈难达到熔化温度。

2.焊接接头的热裂倾向大

焊接时，铜能与其中的杂质分别生成多种低熔点共晶，加上铜及铜合金在加热过程中无同素异构转变，铜焊缝中也生成大量的柱状晶；同时铜及铜合金的线膨胀系数和收缩率较大，增加了焊接接头的应力，也更增大了接头的热裂倾向。因此熔化焊时，常采取以下措施：①严格限制铜中的杂质含量，特别是氧的含量；②通过焊丝加入硅、锰、磷等合金元素，增强对焊缝的脱氧能力；③选用能获得双相组织的焊丝，使焊缝晶粒细化等。

3.气孔

熔化焊时，气孔出现的倾向比低碳钢要严重得多，所形成的气孔几乎分布在焊缝的各个部位，且主要是由溶解的氢直接引起的扩散性气孔和氧化还原反应引起的反应性气孔。因此，为了减少或消除铜焊缝中的气孔，主要的措施是减少氢和氧的来源，用预热来延长熔池存在的时间使气体易于逸出。

4.接头性能的变化

在熔化焊过程中，由于晶粒长大，杂质和合金元素的掺入，以及有用合金元素的氧化、蒸发等，使接头出现以下变化：塑性变坏、导电性下降、耐蚀性下降、晶粒粗化等。要改善接头的性能，除了尽量减少热作用、焊后进行消除应力热处理外，主要的措施是控制杂质含量和通过合金化对焊缝进行变质处理，并根据不同铜合金接头的不同要求来选用。

（三）焊接方法的选择

熔化焊是铜及铜合金焊接中应用最广泛，并容易实现的一类焊接方法。气焊、焊条电弧焊埋弧焊、钨极和熔化极气体保护焊、等离子弧焊和电子束焊都有应用。合理选择焊接方法，除了根据母材的成分、厚度和结构特点外，还要考虑合金元素及数量等。总之，焊接铜及铜合金需要大功率、高能束的熔焊电源，热效率愈高，能量愈集中愈有利。不同厚度的材料对不同焊接方法有适应性，如薄板焊接以气焊、钨极氩弧焊、焊条电弧焊为好；中等板厚以熔化极气体保护焊和电子束焊较合理；厚板则建议使用埋弧焊、电渣焊等大功率的焊接方法。

（四）焊接材料

1.焊条

焊条电弧焊用焊条分为纯铜、青铜和白铜三类见第二章。由于黄铜中的锌容易蒸发，因而极少采用焊条电弧焊。焊条的选用基本按母材的成分选择相应焊芯的焊条。对于黄铜，一般选择青铜焊芯的焊条，如ECuSi和ECuSnB。纯铜焊条型号ECu为低氢型药皮，用于焊接脱氧铜或无氧铜结构件，焊条使用前应严格烘干去除水分。

铜及铜合金焊条执行GB／T 3670—1995《铜及铜合金焊条》，焊条的具体选用见第二章第二节。

2.埋弧焊用焊丝和焊剂

埋弧焊的特点是电弧热效率高，对熔池的保护效果好。大、中厚度焊件的焊接工艺与钢基本相同，但在具体措施上有其自身特点。焊剂可选用高锰高硅焊剂HJ431，但可能发生合金元素向焊缝过渡，接头性能要求高的焊件宜选用HJ260、HJ150。焊丝则选用纯铜焊丝、青铜焊丝焊接纯铜和黄铜。

铜及铜合金焊丝执行GB／T 9460—2008《铜及铜合金焊丝》，焊丝的具体选用见第二章第二节。

3.惰性气体保护焊用焊丝及保护气体

铜薄板和中板焊接，使用气体保护焊逐渐取代气焊、焊条电弧焊，非熔化的电极一般选钍钨极。惰性气体保护焊主要通过焊丝来调节焊缝的成分和性能，以此来满足焊件的要求，因此焊接纯铜一般选无氧铜焊丝，如SCu1898。焊接普通黄铜，采用无氧铜加脱氧剂的锡青铜焊丝，如SCu5210。对高强度黄铜则采用青铜加脱氧剂的硅青铜焊丝或铝青铜焊丝，如SCu6560 SCu6100A等。焊接白铜可选择白铜焊丝，如SCu7158。焊接青铜则选用相应的青铜焊丝。无论是熔化极还是非熔化极惰性气体保护焊选择焊丝的原则均相同。厚度小于3mm的直边坡口对接可以不加焊丝，厚度大于3mm的通常要加填充丝，而厚度大于12mm的焊件则最好选用熔化极惰性气体保护焊。

保护气体通常选用氩气，在一些特殊情况下，如焊接纯铜或高导热率铜合金焊件时，不允许预热，要求获得较大的熔深时，可采用70％氩气与30％（体积分数）氦气的混合气。混合气体的最大优点是可以改善焊缝金属的润湿性，提高焊接质量。

铜及铜合金焊丝执行GB／T 9460—2008《铜及铜合金焊丝》，焊丝的具体选用见第二章第二节。

（五）焊接工艺措施

由于前面所述的铜及铜合金的焊接性特点，焊接铜及铜合金时，需要采取以下的工艺措施：

1）焊前需要彻底清除坡口两侧30mm范围内的油脂、水分及其他杂质及金属表面的氧化膜直至露出金属光泽为止。这是避免焊缝出现气孔的有效措施。

2）焊前要预热或在焊接过程中采取同步加热的措施。

3）严格限制铜中的杂质含量，通过焊丝加入硅、锰、磷等合金元素，增加对焊缝的脱氧能力，选用能获得双相组织的焊丝等措施，防止焊接接头的热裂纹与减少气孔。

4）控制焊后冷却速度，防止焊接变形。5）因铜及铜合金的流动性好，故应尽可能采用平焊位置