铜与铜合金焊接性探析

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：铜及铜合金的焊接性较差，很难获得优质的焊接接头，焊接时的主要难度有以下几点。

铜及铜合金的焊接性较差，很难获得优质的焊接接头，焊接时的主要难度有以下几点。

1.填充金属与焊件母材不容易很好熔合，易产生未焊透和未熔合缺陷

铜及铜合金的导热性强，其热导率比碳钢大7～11倍，焊接时有大量的热量被传导损失，由于焊件母材获得焊接热输入的不足，填充金属和焊件母材之间，难于很好地熔合，所以，容易出现未焊透和未熔合缺陷。另外，铜容易被氧化，焊接过程如果保护不好，铜的氧化物覆盖于熔池表面，会阻碍填充金属与母材熔液熔合。因此，纯铜焊接时，必须采用大功率、能量集中的强热源焊接，焊件厚度大于4mm时，还要采取预热措施，母材厚度越大，焊接时散热越严重，焊缝也越难达到熔化温度。另外，铜在熔化时，表面张力比铁小1/3，铜液比铁熔液大1～1.5倍，因此，表面成形较差，为此，铜及铜合金焊接时，背面必须加垫板等成形装置，确保焊缝背面的成形。

2.焊接接头的热裂倾向大

铜及铜合金焊接时，铜的线胀系数和收缩率比较大，约比铁大1倍以上，焊接时的大功率热源，会使焊接热影响区加宽，如果焊件的刚度不大，又无防变形的措施时，必然会产生较大的焊接变形；如果焊件的刚度很大时，由于焊件变形受阻，必然会产生较大的焊接应力，增大了焊接接头的热裂倾向。

另外，铜及铜合金焊接时，铜能和焊缝熔池中的杂质分别生成熔点为270℃的（Cu+Bi），熔点为326℃的（Cu+Pb），熔点为1064℃的（Cu₂+Cu），熔点为1067℃的（Cu+Cu₂S）等多种低熔点共晶。这些低熔点共晶在结晶过程中，都分布在树枝状晶粒间或晶界处，特别是纯铜焊接接头具有明显的热裂倾向，在焊接应力的作用下形成热裂纹。

3.气孔

铜及铜合金熔焊时，生成气孔的倾向比低碳钢严重得多。气孔主要由氢气和水蒸气所引起，此外，熔池中的氧化铜（Cu₂O），在焊缝熔池凝固时因不溶于铜而析出，与氢（H₂）或一氧化碳（CO）反应生成水蒸气和二氧化碳气（CO₂），在熔池凝固前来不及析出时，也会形成气孔。铜与氧化铜和氢（H₂）或一氧化碳（CO），反应生成水蒸气和二氧化碳（CO₂）的化学反应如下：

Cu₂+H₂→2Cu+H₂O↑

Cu₂O+CO→2Cu+CO₂↑

所生成的气孔，分布在焊缝的各个部分。

4.焊接接头性能发生变化

铜及铜合金焊接时，由于焊缝晶粒受热严重长大，合金元素的蒸发和氧化，焊接过程的杂质及合金元素的渗入等，使焊接接头的性能发生了很大的变化。

（1）导电性下降纯铜焊后，由于焊缝受杂质的污染，合金元素的渗入，焊缝不致密等因素的影响，其导电性能低于基本金属，杂质和合金元素越多，则导电性就越差。

（2）力学性能下降由于焊缝与热影响区的晶粒长大，各种脆性的易熔共晶在晶界上出现，使焊接接头的力学性能有所下降，尤其是塑性和韧性降低的更为显著。

（3）耐腐蚀性能下降由于焊接过程合金元素的蒸发和氧化、焊接接头存在的各种焊接缺陷、晶界上存在的脆性共晶体等，这些因素都会不同程度地降低焊接接头的耐蚀性。

5.焊接过程中金属元素的蒸发有害人体健康

铜及铜合金焊接过程中，金属元素的蒸发有害人体健康。特别黄铜焊接时，熔点为420℃、燃点为906℃的锌元素在焊接过程中被蒸发，在焊接区形成白色的烟雾，对人体的健康非常有害，所以，在焊接过程中，必须加强通风等安全防护措施。黄铜的热导率比纯铜小，焊接热输入损失比纯铜小，所以，预热温度比纯铜低。

6.铜及铜合金中的青铜焊接主要用来补焊铸件的缺陷及修补损坏的机件

青铜焊接时主要的难度如下：