铜及铜合金焊接

铜及铜合金焊接

在说“铜及铜合金焊接时防止产生气孔的主要措施”之前，我们先介绍下铜及铜合金焊接时产生气孔的原因：气孔是铜及铜合金焊接时一个主要问题，只要在氩气中加入筒量的氢和水蒸气，焊缝即出现气孔，产生气孔的倾向比碳钢严重得多，原因如下：

1、铜的热导率比低碳钢高7倍以上，所以铜焊缝结晶很快，熔池易为氢所饱和而形成气泡，在凝固结晶很快的情况下，气泡不易析出，促使焊缝中形成气孔。

2、氢在铜中的溶解度随温度升高而增大，直到熔点时氢在铜中的溶解度达最高值，温度再提高，液态铜开始蒸发，氢的溶解度下降。

3、氩弧焊时氮也是形成气孔的原因，随着氩气中氮含量的增加，气孔数量随之上升。

铜及铜合金焊接时防止产生气孔的主要措施：

1、防止焊缝金属吸收氢气及氧化，焊件表面在焊前应去油污、水分等，焊条、焊剂要烘干使用，焊丝表面不得有水分。

2、对焊缝加强脱氧，加入硅、铝、铁、锰等脱氧元素。

3、焊接时加强保护。

4、选择合适的焊接工艺参数，降低冷却速度，熔深不可过大。

铜及铜合金焊接时除了产生气孔问题，还会有其他原因。铜及铜合金焊接时的问题：

1、难熔合及易变形：焊接纯铜及铜合金时，如果采用的焊接参数与焊接低碳钢差不多，母材散热太快，填充金属与母材不能很好地熔合，焊后变形也较严重，这与铜的热导率、线胀系数和收缩率有关。

铜的热导率大，20摄氏度时铜的热导率比铁大7倍多，1000摄氏度时大11倍多，焊接时热量迅速从加热区传导出去，焊接区难以达到熔化温度，使母材与填充金属很难熔合。铜在熔化温度时的表面张力比铁小1/3，而流动性比铁大1~1.5倍，表面成形能力差。

铜的线胀系数大15%，凝固时的收缩率比铁大1倍以上，再加上铜的导热能力强，使焊接热影响区加宽，焊接时如被焊工件刚度低，又无防止变形的措施，很容易产生较大变形。

2、易产生裂纹：由于铜在液态时容易氧化，生成氧化亚铜，氧化亚铜与铜形成低熔点的脆性共晶体，造成偏析或存在于晶粒边界；由于上述内应力大或氢、水蒸气和二氧化碳造成的压力存在，因此，铜及铜合金的焊接，易产生裂纹。

3、焊接接头性能下降：焊接接头的抗拉强与母材接近，但由于存在合金元素的氧化及蒸发，有害杂质的侵入，焊缝金属和热影响区组织的粗大，再加上一些焊接缺陷等问题，使焊接接头的强度、塑性、导电性、耐腐蚀性等性能往往低于母材。

4、合金元素的氧化和蒸发：铜合金中的合金元素，一般比铜更易氧化。合金元素的烧损，降低了接头的机械性能，赞成焊接过程的困难。如焊接铝青铜时，铝氧化后生成难熔氧化铝，使熔池表面的熔渣发粘，阻碍基本金属和熔滴很好地熔合，容易生成气孔和夹渣。

焊接锡青铜时，锡氧化后在焊缝中形成脆硬的氧化锡夹杂物，降低焊缝的抗蚀性。黄铜中的锌沸点（906℃），在焊接过程中极易蒸发，在空气中形成白色雾状的氧化锌。锌的烧损不仅降低了接头的机械性能和抗蚀性，而且氧化锌烟雾会引起焊工严重的慢性中毒。

铜及铜合金焊接的主要措施：

1、针对难熔合及易变形问题：焊接时必须采用功率大、热量集中的热源，并采取预热措施，不允许采用悬空单面焊接，单面焊时，反面必须加垫板或成形装置。

2、针对易产生裂纹问题：

(1)必须严格限制焊件和焊接材料的氧、铅、铋、硫等有害元素的含量。

(2)通过焊丝加入硅、锰、碳、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、晶界增长，使易熔共晶分散，不连续。

(4)焊接时加强对熔池的保护，采用减小焊接应力的工艺措施，如选用热量集中的热源、焊前预热、选择合理的焊接顺序、焊后缓冷等。

3、针对焊接接头性能下降问题：改善和防止的办法是选择合适的焊接材料，严格控制工艺参数，有可能时要作焊后热处理。

4、针对合金元素的氧化和蒸发问题：采用含有脱氧剂(如磷、硅、锰)的焊丝，能溶解氧化铜生成的熔渣的铜焊粉;去除工件和焊丝吸附的水分，并采取焊前预热等措施。

“铜及铜合金焊接时防止产生气孔的主要措施”了解了，我们说下铜及铜合金的焊接方法：主要以紫铜焊接和黄铜焊接为例子。

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4mm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3mm时，不开坡口;板厚为3～10mm时，开V型坡口，坡口角度为60o~70o;板厚大于10mm时，开X型坡口，坡口角度为60o~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0.5～1.5mm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3mm时，，预热温度为150~300℃;板厚大于3mm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。