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

2、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

3、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 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

4、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 C),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

5、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

6、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

7、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400500 C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

8、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

9、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 C;板厚大于3mm时，预热温度为350500 C。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。(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

10、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) 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 C。操作时应当用短弧焊接，不作横向和前后摆动，只

11、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。焊接速度应尽可能快。焊件在焊后应加热 300400 C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

12、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w4mm时可不用焊前预热，直接用氩气预热，待熔池温度接近600 C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 C。铜合金焊接预热 200 300 C。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4006