纯铜焊接工艺探讨

纯铜焊接工艺探讨

摘要：本文通过对纯铜的物理性能及焊接性分析，经过摸索试验，总结出一套行之有效的纯铜手工氩弧焊焊接施工方法。

关键词：氩弧焊；预热；纯铜；焊剂

引言

纯铜是含Cu量不低于99.9的工业纯铜，纯铜的密度为8.96g/m3，熔点为1083℃，具有面心立方晶格的晶体结构，因此具有优良的导电性，在金属中仅次于银，导热性仅次于金和银，在大气、海水中具有良好的耐蚀性及良好的低温塑性，被广泛应用于导电元件或导体，常应用于电站的母线上。

1.纯铜焊接特点

由表1可看出铜焊接性有别于钢和铝，其焊接时主要存在以下几点问题：

1.1. 未熔合、易变形

由表1可知铜的热导系数在20℃时约为铁的7.2倍，1000℃时约为铁的11倍，焊接时热

量迅速从加热区传导出去，加热范围扩大，使母材与填充金属难以熔合，因此焊接时要采用大功率热源，焊前要采取预热措施。

铜的线胀系数和收缩率也比较大，再加上铜导热能力强，使焊接时热影响区加宽，焊接时如加工件刚度不大，又无合适性措施，必然会产生较大的变形，但如果刚度较大或焊接变形受阻时，就会产生很大的焊接应力，成为导致焊接裂纹的力学原因。

1.2. 热裂纹

氧是铜中经常存在的杂质，铜在熔化状态下较易氧化，而生成Cu2O。Cu2O 又与Cu生

成（Cu +Cu2O）的低熔点共晶，其共晶温度为1065℃，低于铜的熔点1083℃，当焊缝处于高温时，在焊接应力作用下，在焊缝或热影响区上就会产生热裂纹。

1.3.气孔

焊接时产生的气孔主要是氢气孔，氢在铜中的溶解度与温度有关，铜在液态时能溶解大量的氢，而且在凝固时氢的溶解度急剧减小，说明凝固过长要析出大

量的氢气；另外熔池金属氧化生成的氧化亚铜在凝固时因不容于铜而析出，便与氢或一氧化碳反应生成水蒸气或二氧化碳气体，因不溶于铜而逸出，铜的导热性强，熔池凝固特别快，大量的氢气来不及逸出，就在焊缝中形成氢气孔，

所以为减少或防止铜焊缝中的气孔，主要是减少氢和氧的来源，采用预热等方法延长熔池存在时间，使气体逸出。

1.4. 塑性、导电性、耐蚀性下降

焊缝和热影响区晶粒易长大，使焊接接头的塑性和韧性显著下降；焊接过程焊缝加入杂质或合金元素，使导电率降低；焊接过程有益元素的蒸发、烧损，不同程度使接头的耐蚀性下降。所以改善接头性能的主要措施是控制杂质元素，加强焊接区的保护。

2.焊接方法选择

由于氩气是单原子分子，稳定性好，在高温下不分解，不吸热，热导率很小，所以，在焊接时，电弧的热量损失小，电弧一旦引燃就能够稳定燃烧；氩气是一种惰性气体，有利于形成良好的气流隔离层，有效的阻止氧、氦等侵入焊缝金属，氩弧焊接是明弧焊接，焊接过程参数稳定，易于检测及控制；焊接区无熔渣，焊接过程中，可清楚的看清熔池和焊缝成形过程。选择手工钨极氩弧焊的焊接方法，但有抗风能力差、对工件清理要求较高等缺点。

3.焊前准备

选用型号为WSME-630的带水冷机的山东奥太焊机，焊接热处理仪器、设备、仪表符合DL/T819-2010相关要求，选用厚度为10mm材质为T2的纯铜板，直径为2.5mm和3mm材质为S201的铜焊丝，焊剂为CJ301，氩气纯度为99.99%，钨极为铈钨极，

4.环境要求

环境温度不低于5℃，环境风速不大于2m/s，湿度不大于85%。

5.坡口制作及组对要求

坡口加工采用机械加工，坡口表面没有裂纹、褶皱、夹杂物，坡口表面及附近10～15mm用铜刷或不锈钢刷清除表面氧化膜，并在其表面涂上一层用无水乙醇调成糊状的焊剂C301，内外壁无错口，可采取适当的反变形措施。

6.预热

为了使焊件在焊接过程中能保持给定的预热温度均匀，采用电加热法预热，预热温度为380±30℃，预热过高容易使热影响区扩大，在高温下停留时间过长，

造成过度氧化和晶粒严重长大，降低焊缝的物理、化学特性。

7.定位焊

在工件两端加引弧板和熄弧板，定位焊长度为20～30mm，定位焊后需要整形的，采用木槌。

8.焊接

打底层焊接时尽量采用φ2.5mm焊丝，其它层采用φ3mm。焊接前焊丝用砂纸清理干净再用干净抹布擦洗。

通常采用左焊法，在引弧板引燃电弧后移到待焊部位，利用电弧对着工件停顿几秒，待母材溶化后方可加丝，均匀移动焊枪，为便于热源集中及填加焊丝，焊接过程保持焊枪与工件夹角近90°，焊件与焊丝夹角为20～30°，弧长一般控制在3～5mm，瓷嘴与工件之间的距离为10～15mm，焊丝一般不离开熔池，但不能接触钨极，钨极表面粘铜会影响电弧稳定，当电弧移到母材边停顿时间要长，以使焊丝与母材充分熔化。

在焊接过程重新引弧前把收弧处或上一层表面清理干净后在表面涂上糊状CJ301焊剂，其主要作用能有效地清除各种氧化物，改善流动性，提高焊接质量。

填充盖面层时，焊丝做横向摆动，焊接过程由于温度高而产生的黑斑应及时清理干净。接弧处应熔合焊透，弧坑应填满，收弧时要不间断的填加焊丝，直至电弧熄灭，使熄弧处焊缝局部凸出，可打磨超标余高。

参考文献：

[1]陈祝年《焊接工程师手册》第2版

[2]周振丰《焊接冶金学》（金属焊接性）.