试述铜及铜合金钨极氩弧焊的焊接工艺

黄铜气焊、碳弧焊、钎焊铜、白铜、 860
灰铸铁
HS224
硅黄铜焊丝
Cu61～63,Si0.3～0.7,Zn 余量
黄铜气焊、碳弧焊、钎焊铜、白铜、 905
灰铸铁
非国标（SCuAl） 铝青铜焊丝
Al7～9,≤2.0,Cu 余量
铝青铜氩弧焊、手弧焊焊条焊芯
非国标（SCuSi） 硅青铜焊丝
Si2.75～3.5,Mn1.0～1.5,Cu 余量
76 试述铜及铜合金钨极氩弧焊焊接工艺参数的选用。 纯铜、青铜和白铜钨极氩弧焊焊接工艺参数的选用，见表 47、表 48。 大多数铜及铜合金钨极氩弧焊时电源采用直流正接，此时焊件熔深较大，但对铝青铜、铍青铜为破除熔池表面氧化膜，使焊接过程稳 定，应采用交流电源。
表 47 纯铜钨极氩弧焊焊接工艺参数
焊件厚度 钨极直径 焊丝直径 （mm） （mm） （mm）
⑶垫板 采用单面坡口焊接时，应该在焊件背面安置成形垫板，使铜液不致流失。条件许可时，应采 用双面焊。铜和铜合金很难实现立焊和仰焊。
75 试述铜及铜合金钨极氩弧焊的焊接工艺。
⑴坡口形式及尺寸 纯钨极氩弧焊坡口形式及尺寸见图 11。 ⑵焊丝的选用 铜及铜合金用标准焊丝，见表 46。
表 46 铜及铜合金标准焊丝
黄铜气焊、氩弧焊，及钎焊铜、铜合 886
金
HS221
锡黄铜焊丝
Cu57～59,Sn0.7～1.0,Fe0.15～0.35,Zn 余量
黄铜气焊、碳弧焊，钎焊铜、白铜、 890
钢、灰铸铁
HS222
铁黄铜焊丝
Cu57～59,Sn0.7～1.0, Fe0.35～1.2,Si0.05～ 0.15,Mn0.03～0.09,Zn 余量
73 试述铜及铜合金的焊接性。
⑴焊缝成形能力差 由于铜和大多数铜合金的热导率比碳钢大 7～11 倍，焊接时散热严重，焊接区难 于达到熔化温度。铜在熔化温度时的表面张力比铁小 1/3，流动性比钢大 1～1.5 倍，表面成形能力 差，焊接时母材难熔合，容易产生未焊透缺陷。因此应采用大能量、高能束的焊接方法，并采取焊前 预热，焊件反面安放垫板等工艺措施。
改善的措施是控制杂质含量和通过合金元素对焊缝进行变质处理。
综上所述，铜及铜合金焊接性不良的重要原因是由于焊接过程中铜的氧化。
74 铜及铜合金焊前应进行哪些准备工作？
⑴焊件表面清洗 吸附在焊丝、坡口面、坡口两侧各 30mm 范围内表面的油污、水分及其它杂质和 金属氧化物都必须进行仔细的清理，直至露出金属光泽为止，以防焊缝出现气孔。
1）铜在液态能溶解较多的氢，熔池凝固过程中氢的溶解度大大下降 ，过剩的氢未及时析出，便形成 气孔。 2）熔池中的氢会和氧化亚铜（Cu2O ）产生下述反应
Cu2O+H 2=2Cu+H 2O↑ 反应生成的水蒸气（Cu2O ）不溶于铜液中，熔池结晶时未及时逸出。 防止产生气孔的措施是减少氢、氧的来源；用预热来延长熔池存在时间，使气体易于析出；采用含铝、 钛等强脱氧剂的焊丝。 ⑷接头性能下降 纯铜手弧焊或埋弧焊时接头的伸长率仅为母材的 20%～50%，同时导电性和耐蚀 性均下降。
77 试述铜及铜合金熔化极氩弧焊的焊接工艺。
⑴焊丝的选用 选用与钨极氩弧焊相同的焊丝见表 46。
⑵预热及焊后热处理 预热温度与钨极氩弧焊相同。硅青铜、铍青铜焊后应进行退火消除应力和 500℃、保温 3h 的时效硬化处理。
⑶熔滴过渡形式 滴状和短路过渡适合于立焊和仰焊位置的焊接，喷射过渡适用于平焊和横焊位置的焊接。熔滴由 短路过渡转变为喷射过渡的焊接工艺参数，见表 49。
1）脱脂 目的在于去除表面油污。脱脂溶液中苛性钠的质量分数为 5%～10%、水玻璃的质量分数 为 2%～3%和肥皂的质量分数为 20%～50%。
2）化学清洗 在质量分数为 8%的硫酸和 10%的重铬酸钾溶液中，或在质量分数为 15%～20%的硝 酸溶液中浸蚀去除氧化物，然后在流动的热水中洗涤干净。
⑵接头形式 接头相对热源应呈对称形，使其具备相同的传热条件，才能获得成形均匀的焊缝。因此， 对接接头、端接接头是合理的；搭接、T 形接、内角接等接头应尽量不采用，接头形式见图 10。
牌号
名称
主要化学成分（质量分数）（%）
熔点 （℃）
用途
HS201
特别纯铜焊线
Sn0.8～1.2,Si0.2～0.5,Mn0.2～0.5,P0.02～ 0.15,Cu 余量
1050
纯铜氩弧焊、气焊
HS202
低磷铜焊丝
P0. 2～0.4,Cu 余量
1060
纯铜气焊、碳弧焊
HS220
锡黄铜焊丝
Cu57～61,Sn0.5～1.5,Zn 余量
单面焊双面成形
4
4
3
220～260
16～20
300～350
双面焊
5
4
3～4
240～320
16～20
350～400
双面焊
6
4～5
3～4
280～360
20～22
400～450
－
10
5～6
4～5
340～400
20～22
450～500
－
12
5～6
4～5
360～420
20～24
450～500
－
表 48 青铜、白铜钨极氩弧焊焊接工艺参数
8
Y
9
Y
10
Y
12
Y
12 双 Y 15 双 Y
焊件 厚度
坡口形式及尺寸
焊丝直径 焊接电流 电弧电压
预热温度
角度
氩气流量(L/min) 层 数
形式 间隙（mm）钝边（mm）
（mm） （A） （V）
（℃
(α°)
3
I
0
－
－
1.6 300～350 25～30
16～20
1
－
5
I
0～1
－
－
1.6 350～400 25～30
16～20
1～2 100
6
Y
6
I
3）凝固金属中的过饱和氢向金属的微间隙中扩散造成很大的压力。
防止热裂纹的措施是控制铜中铅、铋的含量；在焊丝中加入 Si、Mn、P 等元素进行脱氧；采用能获 得双相组织（α+β）的焊丝（HS224 硅黄铜焊丝）。
⑶气孔倾向严重 铜及铜合金焊接时极易形成气孔，原因如下：
1）铜在液态能溶解较多的氢，熔池凝固过程中氢的溶解度大大下降，过剩的氢未及时析出，便形成 气孔。
⑵焊缝及热影响区热裂倾向大 原因由以下几点：
1）铜及铜合金的线膨胀系数几乎要比低碳钢大 50%以上，因此焊接时产生较大的应力。
2）熔池结晶过程中，铜能与其它杂质生成熔点为 270℃的 Cu+Bi、326℃的 Cu+Pb、1064℃的 Cu2O+Cu、1067℃的 Cu+Cu2S 等多种低熔点共晶，充满在晶界形成薄弱面。
2）熔池中的氢会和氧化亚铜（Cu2O）产生下述反应
Cu2O+H2=2Cu+H2O↑
反应生成的水蒸气（Cu2O）不溶于铜液中，熔池结晶时未及时逸出。
防止产生气孔的措施是减少氢、氧的来源；用预热来延长熔池存在时间，使气体易于析出；采用含铝、 钛等强脱氧剂的焊丝。
⑷接头性能下降 纯铜手弧焊或埋弧焊时接头的伸长率仅为母材的 20%～50%，同时导电性和耐蚀 性均下降。
电流 （A）
氩气流量（L/min）
预热温度 （℃）
备注
0.3～0.5
1
－
30～60
8～10
不预热
卷边接头
1
2
1.6～2.0 120～160
10～12
不预热
－
1.5
2～3
1.6～2.0 140～180
10～12
不预热
－
2
2～3
2
160～200
14～16
不预热
－
3
3～4
2
200～240
14～16
不预热
1.5～3.0 3.0 1.5～2.5 100～180
12～16
－
－
I 形接头
锡青铜 5
4
4 160～200
14～16
－
－
Y 形接头
7
4
4 210～250
16～20
－
－
Y 形接头
12
5
5 260～300
20～24
－
－
Y 形接头
1.5
3
2 100～130
8～10
－
不预热
I 形接头
3
3
2～3 120～160
焊件厚度 钨极直径 焊丝直径 材料
（mm） （mm） （mm）
电流 （A）
预热温度 氩气流量(L/min) 焊接速度(mm/min)
（℃）
备注
≤1.5
1.5
1.5
25～80
10～16
－
不预热
I 形接头
1.5～3.0 2.5
3 100～130
10～16
－
不预热
I 形接头
3.0
4
4 130～160
16
－
12～16 12～16
350～450 130
－
B10 手弧焊,I 形
－
B10 手弧焊,I 形
3～9
4～5
3～4 300～310
12～16
150
－ B10 手弧焊,Y 形
＜3
4～5
3 270～290
12～16
130
－
B10 手弧焊,I 形
3～9
4～5
3 270～290
12～16
150
－ B10 手弧焊,Y 形
1.6
270
27
4.18
134
0.8
160
25
7.50
260
93/7 铝青铜
1.2
210
25
6.60
203
1.6
280
26
4.70
139
0.8
165
24
10.70
268
硅青铜
1.2
205
26～27
7.50
199
1.6
270
27～28
4.82
134
70/30 铜-镍
1.6
280
26
4.45
139
⑷焊接工艺参数 铜及铜合金熔化极氩弧焊的焊接工艺参数，见表 50、表 51。 表 50 纯铜熔化极氩弧焊焊接工艺参数
硅青铜、黄铜氩弧焊
非国标（SCuSn） 锡青铜焊丝
Sn7～9,P0.15～0.35,Cu 余量
锡青铜钨极氩弧焊、手弧焊焊条焊芯
⑶预热 焊件厚度在 4mm 以下不预热，4～12mm 厚的纯铜板需预热至 200～450℃，青铜与白铜可降至 150～200℃，磷青铜不预热 并严格控制层间温度低于 100℃，焊补大尺寸的黄铜和青铜铸件，需预热至 200～300℃。如采用 Ar+He 混合保护气焊接铜或铜合金 可以不预热。
常用金属材料的焊接（铜及 铜
常用金属材料的焊接（铜及铜合金 1）
73 试述铜及铜合金的焊接性。 ⑴焊缝成形能力差 由于铜和大多数铜合金的热导率比碳钢大 7～11 倍，焊接时散热严重，焊接区难 于达到熔化温度。铜在熔化温度时的表面张力比铁小 1/3，流动性比钢大 1～1.5 倍，表面成形能力 差，焊接时母材难熔合，容易产生未焊透缺陷。因此应采用大能量、高能束的焊接方法，并采取焊前 预热，焊件反面安放垫板等工艺措施。 ⑵焊缝及热影响区热裂倾向大 原因由以下几点：
不预热
I 形接头
铝青铜 5.0
4
4 150～225
16
－
Biblioteka Baidu150
Y 形接头
6.0
4～5
4～5 150～300
16
－
150
Y 形接头
9.0
4～5
4～5 210～330
16
－
150
Y 形接头
12.0
4～5
4～5 250～325
16
－
150
Y 形接头
0.3～1.5 3.0
－ 90～150
12～16
－
－
卷边焊
改善的措施是控制杂质含量和通过合金元素对焊缝进行变质处理。
综上所述，铜及铜合金焊接性不良的重要原因是由于焊接过程中铜的氧化。
74 铜及铜合金焊前应进行哪些准备工作？ ⑴焊件表面清洗 吸附在焊丝、坡口面、坡口两侧各 30mm 范围内表面的油污、水分及其它杂质和 金属氧化物都必须进行仔细的清理，直至露出金属光泽为止，以防焊缝出现气孔。
表 49 铜合金进入喷射过渡的焊接工艺参数
焊丝材料
焊丝直径 （mm）
最小焊接电流 （A）
电弧电压 （V）
送丝速度 （m/min）
最小电流密度 （A/mm2）
磷脱氧铜
1.6
310
26
3.94
168
0.8
180
26
8.75
292
硅锰脱氧铜
1.2
210
25
6.35
203
1.6
310
26
3.82
168
92/8 锡青铜
1）脱脂 目的在于去除表面油污。脱脂溶液中苛性钠的质量分数为 5%～10%、水玻璃的质量分数 为 2%～3%和肥皂的质量分数为 20%～50%。 2）化学清洗 在质量分数为 8%的硫酸和 10%的重铬酸钾溶液中，或在质量分数为 15%～20%的硝 酸溶液中浸蚀去除氧化物，然后在流动的热水中洗涤干净。
1）铜及铜合金的线膨胀系数几乎要比低碳钢大 50%以上，因此焊接时产生较大的应力。 2）熔池结晶过程中，铜能与其它杂质生成熔点为 270℃的 Cu+Bi 、326℃的 Cu+Pb、1064℃的 Cu2O+Cu、1067℃的 Cu+Cu2S 等多种低熔点共晶，充满在晶界形成薄弱面。 3）凝固金属中的过饱和氢向金属的微间隙中扩散造成很大的压力。 防止热裂纹的措施是控制铜中铅、铋的含量；在焊丝中加入 Si、Mn、P 等元素进行脱氧；采用能获 得双相组织（α+β）的焊丝（HS224 硅黄铜焊丝）。 ⑶气孔倾向严重 铜及铜合金焊接时极易形成气孔，原因如下：
12～16
－
不预热
I 形接头
4.5 硅青铜
6
3～4 4
2～3 150～220 3 180～250
12～16 16～20
－
不预热
Y 形接头
－
不预热
Y 形接头
9
4
3～4 250～300
18～22
－
不预热
Y 形接头
12
4
4 270～330
20～24
－
不预热
Y 形接头
3 白铜
＜3
4～5 4～5
1.5 310～320 3 300～310