铜及铜合金的焊接工艺
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。在电气、电子、化工、食品、动力、交通及航空航天工业中得到广泛应用。在纯铜(紫铜)中添加10余种合金元素,形成固溶体的各类铜合金,如加锌为黄铜;加镍为白铜;加硅为硅青铜;加铝为铝青铜等等。
铜及铜合金可用钎焊、电阻焊等工艺方法实现连接,在工业发达的今天、熔焊已占据主导地位。用焊条电弧焊、TIG焊、MIG焊等工艺方法容易实现铜及铜合金的焊接。影响铜及铜合金焊接性的工艺难点主要有四项元素:一是高导热率的影响。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。二是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。三是产生气孔的缺陷比碳钢严重得多,与要是氢气孔。四是焊接接头性能的变化。晶粒粗化,塑性下降,耐蚀性下降等。
1、紫铜的焊接
(1)紫铜的手工电弧焊缘。
焊件厚度大于4毫米时,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。
2、黄铜的焊接
黄铜的手工电弧焊
焊接黄铜除了用铜227及铜237外,也可以采用自制的焊条。
黄铜电弧焊时,应采用直流电源正接法,焊条接负极。焊前焊件表面应作仔细清理。坡口角度一般不应小于60-70º,为改善焊缝成形,焊件要预热150-250℃。操作时应当用短弧焊接,不作横向和前后摆动,只作直线移动,焊速要高。与海水、氨气等腐蚀介质接触的黄铜焊件,焊后必须退火,以消除焊接应力。
直流TIG焊工艺方法广泛应用于铜及铜合金的焊接,焊风成型好,内外质量优良,在氩气的保护下,熔池纯净,气孔少,热裂影响小,操作易掌握。厚度≤4mm时可不用焊前预热,直接用氩气预热,待熔池温度接近600℃时,可加填充焊丝熔化母材,实现焊接。厚度大于4mm的铜材,纯铜应预热400—600℃。铜合金焊接预热200—300℃。300TSP,315TX直流TIG焊机可焊接纯铜、硅青铜、磷青铜、黄铜、白铜等铜合金。300WP5、300/500WX4交直流两用TIG焊机可用交流TIG焊接铝青铜(用交流方波清除表面氧化膜)及用直流TIG焊接上述铜材。
近年来,采用MIG方法焊接铜及铜合金的施工越来越多,尤其对于厚度≥3mm的铝青铜、硅青铜和白铜最好选用MIG焊方法。厚度3~14mm或>14mm的铜及铜合金几乎总要选用MIG焊,因为熔敷效率高、熔深大、焊速快(一般为TIG焊的3~4倍),实现高效、优质、低成本的经济效益要求。铜材施焊前均应达到预热温度要求(纯铜400~600℃,铜合金200~300℃),焊丝与母材化学充分相似,氩气纯度≥99.98%
铜焊条
铜焊条copper welding rod铜焊条是指应用铜及铜合金焊材,适用于氧-乙炔、TIG、MIG焊接,广泛应用于汽车、轮船、电气等制造业。 常用铜焊条的特点:
T107为紫铜焊条,对大气和海水有较好的耐蚀性,主要焊接导电铜排,导管等铜结构件。熔敷金属化学成份/% SiMnCu ≤0.5≤0.5≥99
T207为硅青铜焊条。对无机酸(硝酸除外),有机酸有耐蚀性,适于紫铜,硅青铜及黄铜焊接。熔敷金属化学成份/% SiMnPPbCu 2.5-4.0<3.0≤0.30≤0.02>95 T227为磷青铜焊条,有一定强度,塑性,韧性,耐磨性及耐蚀性,适于紫铜,黄铜,磷青铜等焊接。熔敷金属化学成份/% SnPCu ≤0.50.05-0.3余量
T237为铝锰青铜焊条,耐磨,耐蚀性优良,广泛用于铜合金,铝青铜与铜,铸铁的焊接。熔敷金属化学成份/% SiMnAlCu ≤0.1≤2.07.0-9.0余量
T247高锰铝青铜为焊芯、药皮为低氢型的铜合金焊条。耐磨性及耐蚀性优良。采用直流电源,焊条接正极。用途:用于高锰铝青铜及其它铜合金、铜合金和钢的焊接和铸铁的补焊。如各种化工机械、海水散热器、阀门的焊接、水泵、汽缸等堆焊及船舶旋桨的修补。熔敷金属化学成份/% MnFeNiAlCu 9.0-12.02.5-4.01.8-2.55.5-7.5余量
T302钛钙型药皮Cu70Ni30的白铜焊条,可交直流两用,全位置焊接。焊接工艺优良,焊缝金属有良好的塑性及抗裂性能。用途:主要用于焊接70-30铜镍合金。也可用于碳钢零件的堆焊熔敷金属化学成分呢/% MnFeSiNiPPbTi其他Cu 1.0-2.50.4-0.75≤0.529-33≤0.02≤0.02≤0.50≤0.5余量
电焊铜焊条操作(以右手为主习惯操作)
左手持焊枪,右手持焊条,待工件温度足够时,焊条涂敷需焊接部位,待焊料填充满焊接,撤离焊枪和焊。
举例:
焊件预热,铜焊条烘干
为提高焊接质量,焊前可将焊件预热到300-350度,焊条在150-200度烘焙1小时 。
2.运条方法
铜焊条焊接可用直线运条法,速度越快越好,以减少金属氧化,
在焊件许可范围内,增大焊条直径和焊接电流,焊接V形或X形坡口时,根部可能出现未焊透等缺陷,其原因主要是由于焊条太粗,坡口角度小,电弧离根部太远, 加之铜的导热快,电弧热量不足,所以,为保证根部焊透,应适当加大坡口角度或加大间隙,
V形坡口多层焊时,第一层用直径3-4毫米的焊条最好,以后各层可增大焊条直径并做横向摆动, 焊接时,电弧应正对熔池,避免吹向坡口金属的某一边,焊条沿焊缝中心等速送进, 并向焊接方向移动,防止液体金属及熔渣流到熔池外面产生焊瘤,更换焊条时动作要迅速, 应在焊接处于高温状态时央距弧坑10毫米的已焊焊缝上引弧,然后重新回到原熔池, 待熔池填满后继续进行焊接。
3.焊接顺序
在用铜焊条焊接的时候为减少焊件变形,焊缝隙长度在500毫米以内时,可采用从一端直接焊到另一端的直通焊接法,如焊缝长度大于500毫米时,可由中心向两端焊接,焊接碳钢采取的一些防止变形方法, 在焊铜时亦可采用。
4.焊接电流和焊条直径
铜焊条直径和焊接电流应根据焊件厚度, 焊缝开头,焊件外廓和散热条件等进行选择,通常,焊接电流是焊条直径的40-50倍。