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(红铜)紫铜焊接加工特性和常见焊接加工方法有哪些?

文章出处:深圳市坤隆行焊接技术有限公司 人气:-发表时间:2016-03-27 09:10:00

铜具有优良的导电性、导热性、耐腐蚀性、延展性及一定的强度等特性。形成固溶体的各类铜合金,铜及铜合金可用钎焊、电阻焊等工艺方法实现连接。目前的紫铜焊接加工,熔焊已占据主导地位。  

紫铜焊接加工工艺难点

一、高导热率的影响。铜的热导热率比碳钢大7~11倍,当采用的工艺参数与焊接同厚度碳钢差不多时,则铜材很难熔化,填充金属和母材也不能很好地熔合。

二、焊接接头的热裂倾向大。焊接时,熔池内铜与其中的杂质形成低熔点共晶物,使铜及铜合金具有明显的热脆性,产生热裂纹。

三、产生气孔的缺陷比碳钢严重得多,主要是氢气孔。

四、焊接接头性能的变化。晶粒粗化,塑性下降,耐蚀性下降等。   

紫铜焊接加工特性

1)难熔合:紫铜的导热性比钢好得多,铜的导热系数是钢的7倍,随着温度的升高,差距还要大。大量的热被传导出去,母材难以局部熔化,必须采用功率大、热量集中的热源,有时还要预热,热影响区很宽。

2)铜氧化:铜在常温时不易被氧化。但是随着温度升高,当超过300C时,其氧化能力很快增大,当温度接近熔点时,其氧化能力最强。氧化的结果生成氧化亚铜(Cu2O)。焊缝金属结晶时,氧化亚铜和铜形成低熔点(1064C)的共晶,分布在铜的晶界上,大大降低了焊接接头的机械性能,所以,铜的焊接头的性能一般低于母材。

3)气孔:铜产生气孔的倾向远比钢严重。其中一个直接原因是铜导热性好,焊接熔池凝固速度快,液态熔池中气体上浮时间短来不及逸出,易造成气孔。但根本原因是气体溶解度随温度下降而急剧下降及化学反应产生气体所致。

铜的气孔分两种类型,即氢造成的扩散气孔和水蒸气造成的反应气孔。

铜的液态金属能熔解氢,高温时溶解很多,随着温度的降低,溶解度也降低,许多金属都是这样,但在铜中溶解度降低的幅度比钢中大的多。这就是说,在焊缝凝固前有很多氢要逸出,但铜焊缝的凝固速度比较快,氢来不及逸出便要形成气孔。这就是扩散气孔。

高温时铜与氧亲和力较大而形成Cu2O,在1200C以上可溶于液态铜中,低于1200C便要游离出来,与氢发生如下反应:[Cu2O+2[H]→2[Cu]+H2O.所形成的水蒸气不溶于液态铜,若来不及逸出也会形成气孔。这就是反应气孔。

防止产生气孔的主要措施:

①防止焊缝金属吸氢及氧化,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、钛、锰等脱氧元素。

③焊接时加强保护效果。

④选择合适的焊接工艺参数,降低冷却速度,溶深不可过大。

4)热裂纹:紫铜焊接时在焊缝及熔合区易产生热裂纹。

形成热裂纹的原因主要有以下几个方面:

  ①铜的线膨胀系数几乎比低碳钢大50%以上,由液态转变到固态时的收缩率也比较大,对于刚性大的工件,焊接时会产生较大的内应力。

②溶池结晶过程中,在晶界易形成低溶点的氧化亚—铜的共晶物(Cu+Cu2O)。 

③凝固金属中的过饱和氢向金属的显微缺陷中扩散,或者它们与偏析物(如Cu2O)反应生成的H2O在金属中造成很大的压力。

  ④线材中的铋、铝等低点杂质在晶界上形成偏析。为了防止热烈纹的产生必须严格限制母材和焊接材料的氧、铝、铋、硫等有害元素的含量。焊接时加强对熔池的保护,采取减少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。

⑤接头性能低,焊接紫铜时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,接头的强度、塑性、导电性、耐蚀性等往往低于母材。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。

紫铜的常见焊接方法   

      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)紫铜氩弧焊加工   

   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。    

   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310mm时, 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0.51.5mm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。 

2 紫铜气焊加工    

   焊接紫铜最常用的是对接接头和搭接接头,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201202;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。


深圳坤隆行焊接加工厂紫铜气焊加工样品

深圳坤隆行焊接加工厂紫铜气焊加工样品



(3)紫铜碳弧焊加工

 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。   

4)紫铜电弧焊 加工   

    在手工电弧焊时采用紫铜焊条铜107,焊芯为紫铜(T2T3)。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。   

除此之外,紫铜焊接加工方法中还包含电阻碰焊、钎焊、激光焊接等。

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