铜及铜合金焊接

1、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

2、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

3、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11.5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

4、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

5、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

6、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

7、。(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400500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

8、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，开V型坡口，坡口角度为60o70o;板厚大于10mm时，开X型坡口，坡口角度为60o70o;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150300;板厚大于3mm时，预热温度为350500。预热温度不宜过高，否则使焊

9、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。(1)黄铜的气焊由于气焊火焰的温度低，焊接时黄铜中锌的蒸发比采用电焊时少，所以在黄铜焊接中，气焊是最常用的方法。黄铜气焊采用的焊丝有：丝221、丝222和丝224等，这些焊丝中含有硅、锡、铁等元素，能够防止和减少熔池中锌的蒸发和烧损，有利于保证焊缝的性能和防止气孔产生。气焊黄铜常用的熔剂有固体粉末和气体熔剂两类，气体熔剂由硼酸甲脂及甲醇组成;熔剂如气剂301。(2)

10、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6070o，为改善焊缝成形，焊件要预热150250。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。(3)黄铜的手工氩弧焊黄铜手工氩弧焊可以采用标准黄铜焊丝：丝221、丝222和丝224，也可以采用与母材相同成分的材料作填充材料。焊接可以用直流正接，也可以用交流。用交流焊接时，锌的蒸发比直流正接时轻。通常焊前不用预热，只有板厚相差比较大时才预热

11、。焊接速度应尽可能快。焊件在焊后应加热300400进行退火处理，消除焊接应力，以防止焊件在使用过程中裂缝。(4)黄铜碳弧焊黄铜碳弧焊时，根据母材的成分选用丝221、丝222、丝224等焊丝，也可用自制的黄铜焊丝施焊。焊接可以采用气剂301等作熔剂。焊接应短弧操作，以减少锌的蒸发和烧损。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400600。铜合金焊接预热200300。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314mm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34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400600