一、銅及銅合金的焊接特點(diǎn)bjg
根據(jù)銅及銅合金的顏色和成分，可分為純銅（紫銅）、黃銅、青銅、白銅等四大類
工業(yè)用的純銅呈紫紅色，通常稱紫銅，它的含銅量不低于99.5%，密度為8.89g/cm3，熔點(diǎn)是1083℃，線膨脹系數(shù)是16.8×10-6/K，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐蝕性及延展性。純銅的強(qiáng)度和硬度低，特別是在400～700℃的高溫時(shí)，其強(qiáng)度和硬度顯著降低。純銅中的雜質(zhì)（氧、硫、鉛等）與銅形成脆性化合物和低熔點(diǎn)共晶物，在焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生熱裂紋。
黃銅是由銅和鋅組成的合金，其表面呈淡黃色。工業(yè)上應(yīng)用的黃銅，含鋅量均小于46%，其顏色隨含鋅量的增加而由黃紅色變?yōu)榈S色。普通黃銅的強(qiáng)度和耐蝕性都比紫銅高得多，并保持一定的塑性，承受冷熱加工。
青銅是在銅合金中不以鋅或鎳為主要元素，而加入錫、鋁、硅等其他元素。按加入的合金元素，則分為錫青銅、鋁青銅、硅青銅等。青銅的強(qiáng)度和耐磨性較高，但導(dǎo)熱性比較低，其結(jié)晶區(qū)間較窄，這對(duì)其焊接性有很大的改善。
白銅是銅和鎳的合金，是因鎳的加入使紫色逐漸變成白色而得名。一般含鎳為5%～30%。單純由銅和鎳組成的合金稱為普通白銅，當(dāng)再加入錳、鋅、鋁等合金元素時(shí)，就分別稱為錳白銅、鋅白銅、鋁白銅。白銅具有較好的綜合力學(xué)性能，其導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性與碳鋼接近，因此容易焊接，不需要預(yù)熱。但白銅對(duì)鉛、硫、磷等雜質(zhì)比較敏感，容易形成熱裂紋。
銅及銅合金的焊接性比較差，焊接銅及銅合金比焊接低碳鋼困難得多。焊接時(shí)容易產(chǎn)生以下問(wèn)題。
（1）焊縫成形能力差，銅及銅合金熔焊時(shí)容易出現(xiàn)母材難于熔合、坡口焊不透和焊縫表面成形差的外觀缺陷。
（2）焊接接頭容易產(chǎn)生裂紋，銅及銅合金焊接時(shí)，在焊縫和熱影響區(qū)均可能產(chǎn)生裂紋，其中最常見(jiàn)的是焊縫熱裂紋。
（3）銅在液態(tài)能溶解較多地氫氣，如果焊縫金屬冷卻較快，過(guò)剩的氫氣來(lái)不及逸出，在焊縫的各個(gè)部位均易產(chǎn)生氣孔。
（4）銅在液態(tài)容易氧化，合金元素?zé)龘p，使焊接接頭性能下降，特別是塑性和韌性會(huì)明顯降低。
（5）銅及銅合金的線膨脹系數(shù)大，比低碳鋼約大50%以上，焊后的工件易產(chǎn)生變形。
二、銅及銅合金的焊接方法與操作技巧
銅及銅合金在焊前必須對(duì)吸附在焊絲和工件坡口兩側(cè)30mm范圍內(nèi)表面的油脂、水分、金屬表面氧化膜及其他雜質(zhì)徹底清除，直至露出金屬光澤為止。油脂等雜質(zhì)一般用汽油、酒精丙酮等溶劑擦拭，污染嚴(yán)重的可將焊絲、焊件置于10%氫氧化鈉水溶液中，并將水溶液加熱到30～40℃清洗，然后用清水沖凈并吹干。焊件表面氧化膜一般用不銹鋼刷清除。
銅及銅合金焊絲的選擇必須根據(jù)母材金屬的牌號(hào)和成分，結(jié)合具體施工條件等因素來(lái)確定。常用銅及銅合金焊絲見(jiàn)表4-28。
表4-28 常用銅和銅合金焊絲
續(xù)表
純銅預(yù)熱溫度根據(jù)工件的厚度來(lái)確定。工件越厚，預(yù)熱溫度越高。厚度從4～40mm，預(yù)熱溫度可在300～600℃范圍內(nèi)選擇。采用鎢極手工氬弧焊時(shí)，工件厚度在4mm以下可不預(yù)熱，4～12mm厚的純銅需預(yù)熱至200～450℃。黃銅、青銅氬弧焊時(shí)，對(duì)厚大的工件和鑄件可采取預(yù)熱措施，一般預(yù)熱150～300℃。
1.純銅的氬弧焊
（1）鎢極氬弧焊。
①純銅手工鎢極氬弧焊時(shí)，母材厚度δ＜3mm時(shí)，不開(kāi)坡口；δ=3～10mm時(shí)，開(kāi)V形坡口，角度為60°～70°；δ＞10mm時(shí)，開(kāi)X形坡口，角度為60°～70°，不留鈍邊。
②采用直流正接，采用左焊法。焊前用高頻振蕩器引弧或在碳?jí)K、石墨塊上接觸引弧，待電弧引燃后再移入焊接坡口內(nèi)。
③采用定位焊時(shí)，點(diǎn)焊縫要細(xì)而長(zhǎng)（20～30mm），如發(fā)現(xiàn)裂紋應(yīng)鏟掉重焊。
④厚板多層焊時(shí)，焊接層數(shù)不宜過(guò)多，例如20mm厚純銅板的焊接僅在正面焊3層，反面焊1層。第一層焊接時(shí)主要控制反面成形，因此該層焊縫的堆高要?。?～3mm）。多層焊時(shí)，層間溫度不應(yīng)低于預(yù)熱溫度，在焊下1層焊縫之前，要用不銹鋼絲刷或鋼絲刷刷掉焊縫表面上的氧化物。
⑤4mm以內(nèi)的薄純銅板單面立對(duì)接焊時(shí)，一般由一名氬弧焊工在焊件正面進(jìn)行焊接，而另一名焊工在焊件反面用氧-乙炔焰預(yù)熱。焊槍與焊件表面間的角度為45°；焊絲與焊件的夾角15°。4～12mm厚的純銅板立對(duì)接焊時(shí)，建議由兩名氬弧焊工在相對(duì)位置上進(jìn)行雙面焊接，如圖4-29所示。
具體焊接規(guī)范見(jiàn)表4-29。
圖4-29 雙面立焊時(shí)焊槍與焊絲所處的位置
表4-29 紫銅鎢極手工氬弧焊焊接規(guī)范
⑥操作時(shí)，焊槍做均勻平穩(wěn)的直線運(yùn)行。電弧長(zhǎng)度保持在3～5mm，噴嘴到焊件表面的距離應(yīng)控制在8～14mm范圍內(nèi)。這樣既便于觀察熔池，又能保證焊接區(qū)的氬氣保護(hù)，送絲速度應(yīng)根據(jù)熔池的溫度及焊縫的成形來(lái)確定，其操作技術(shù)與鋁的氬弧焊基本一致。焊絲與焊件表面的角度要盡量小，以減少對(duì)氬氣流的阻礙作用，焊絲同樣不能與鎢極接觸，具體位置見(jiàn)圖4-30。
圖4-30 紫銅的鎢極手工氬弧焊示意圖
⑦焊接時(shí)應(yīng)注意防止“夾鎢”和始端裂紋，可采用引出板或始端焊一段后，待其冷卻后再焊。
（2）熔化極氬弧焊。當(dāng)紫銅厚度超過(guò)12mm時(shí)，焊接時(shí)一般選用熔化極氬弧焊方法。
熔化極氬弧焊焊接紫銅時(shí)，焊絲的選用原則及焊絲牌號(hào)、坡口形式與鎢極手工氬弧焊基本一致，但坡口角度減小，一般不留間隙。
熔化極氬弧焊采用直流反接，大電流、高焊速，由于熔池增大，相應(yīng)地保護(hù)氣體流量也應(yīng)增加。純銅熔化極氬弧焊焊接規(guī)范參數(shù)見(jiàn)表4-30。
表4-30 純銅熔化極氬弧焊接規(guī)范參數(shù)選用
續(xù)表
2.黃銅的氬弧焊
鎢極氬弧焊適宜焊接小尺寸的黃銅焊件，其焊接工藝與純銅氬弧焊相同。但黃銅氬弧焊在焊接時(shí)還要采取以下措施。
（1）黃銅氬弧焊時(shí)，焊槍的噴口直徑要比焊接同樣厚度的鋁合金時(shí)大2～6mm，氬氣流量要大4～8L/min，防止由于鋅的蒸發(fā)而破壞了氬氣的保護(hù)效果。
（2）對(duì)厚板及鑄件焊接前可采取預(yù)熱措施。
（3）鎢極氬弧焊焊接電源可用直流正接，但也可采用交流電。由于采用交流電時(shí)，合金成分鋅的燒損比直流正接時(shí)少，所以，手工鎢極氬弧焊一般采用交流電源。
（4）選擇硬規(guī)范，采用高焊接速度，以減少熱影響區(qū)范圍。
（5）焊接時(shí)盡量將填充焊絲置于電弧和母材之間，避免電弧對(duì)母材的直接加熱。
（6）焊后應(yīng)加熱到300～400℃進(jìn)行退火處理，以消除焊接應(yīng)力。
3.青銅的氬弧焊
錫青銅鎢極氬弧焊采用直流正接，其特點(diǎn)是鎢極燒損小而工件的熔深大；熔化極氬弧焊采用直流反接，其特點(diǎn)是熔滴過(guò)渡穩(wěn)定，焊絲熔化速度較高。
錫青銅氬弧焊的焊接工藝與紫銅氬弧焊的工藝基本相同，但錫青銅的導(dǎo)熱性比較大，所以焊接時(shí)應(yīng)采用較大的焊接電流和較低的焊接速度。
鋁青銅手工鎢極氬弧焊同樣用于鑄件的焊補(bǔ)，采用交流焊接，比直流電源更有利于破除表面氧化膜，使焊接過(guò)程穩(wěn)定。對(duì)于厚大的焊件，需要進(jìn)行150～300℃溫度的預(yù)熱，操作技術(shù)與一般氬弧焊工藝相同。焊補(bǔ)缺陷尺寸較大的鋁青銅鑄件時(shí)，可將鑄件傾斜15°，進(jìn)行上坡焊。其焊接規(guī)范參數(shù)見(jiàn)表4-31。
表4-31 鋁青銅手工鎢極氬弧焊焊接規(guī)范選用
三、銅及銅合金的焊接操作實(shí)例
1. 水冷電爐銅管的MIG焊
水冷電爐的銅制水冷部分采用φ76mm×10mm的銅管對(duì)接，其工況比較惡劣，產(chǎn)品要求焊后進(jìn)行1.0～2.5MPa水壓試驗(yàn)及通球試驗(yàn)。
采用MIG焊進(jìn)行焊接生產(chǎn)，焊接工藝如下：
（1）焊絲選用φ1.6mm的SCu201，氬氣純度在99.99%以上。焊機(jī)為國(guó)產(chǎn)NB-500（平硬外特性）。
（2）坡口組對(duì)形式采用60°V形坡口對(duì)接，坡口鈍邊2±0.5mm，間隙為0～1mm。
（3）焊接參數(shù)見(jiàn)表4-32。
表4-32 水冷電爐銅管的MIG焊的焊接參數(shù)
圖4-31 焊接操作示意圖
（4）預(yù)熱溫度400～450℃，道間溫度380～420℃，即銅管略顯淡紅色。
（5）如圖4-31所示，定位焊時(shí)只點(diǎn)焊A、C兩處，先點(diǎn)C點(diǎn)，再在A下方約10mm處引弧定位，焊縫7～10mm，兩端形成緩坡?tīng)?，工藝參?shù)與正式焊接時(shí)相同，焊接時(shí)焊槍位置按個(gè)人習(xí)慣處于合適位置即可。
（6）點(diǎn)焊后，從B點(diǎn)下方約10mm處引弧開(kāi)始焊接（圖4-31），燃弧后迅速將焊槍移至坡口中心，此時(shí)能聽(tīng)到輕微“啪啪”聲，向前焊即可，這時(shí)注意焊槍角度隨焊縫位置的變化而變化，始終保持最佳角度。
（7）熄弧時(shí)（在C點(diǎn)），焊槍輕輕向上抬一下，再向前焊以形成一個(gè)緩坡?tīng)罱涌冢辉購(gòu)腁點(diǎn)引弧，同法焊至C處形成飽滿接頭。
（8）再翻轉(zhuǎn)銅管焊下半圓，打底層焊后，最后焊填充蓋面層，兩層焊滿。
焊后外觀檢查合格，經(jīng)1.6MPa，保壓15min，降到1.0MPa保壓45min的水壓試驗(yàn)合格，通球試驗(yàn)合格，滿足了水冷件設(shè)備的要求。
2.高爐純銅螺旋風(fēng)口的熔化極氬弧焊
高爐螺旋風(fēng)口是高爐的關(guān)鍵備件。其材質(zhì)為純銅，由本體和前帽兩部件焊接而成，如圖4-32所示。
風(fēng)口本體與前帽組裝后的內(nèi)、外兩條環(huán)縫的質(zhì)量要求較高，不允許有未熔合、裂紋等缺陷，焊縫表面要平整、光滑，風(fēng)口內(nèi)部要有密封性。為了保證質(zhì)量，采用熔化極氬弧焊。焊接工藝如下。
（1）采用NBA-500型焊機(jī)，并配以專用轉(zhuǎn)胎。
（2）采用鎖底V形坡口的對(duì)接接頭（圖4-33）。焊前對(duì)焊件表面的氧化膜進(jìn)行嚴(yán)格清理，并預(yù)熱到600～650℃。
圖4-32 螺旋風(fēng)口示意圖
1—本體；2—前帽；3—外部焊縫；4—內(nèi)部焊縫
圖4-33 坡口示意圖
（3）采用HSCuSn焊絲，先焊外環(huán)縫，后焊內(nèi)環(huán)縫，焊接2～3層。
（4）所采用的熔化極氬弧焊工藝參數(shù)如表4-33所示。
表4-33 純銅螺旋風(fēng)口MIG焊焊接參數(shù)
（5）焊后經(jīng)著色檢測(cè)、水壓試驗(yàn)以及抽樣X(jué)射線探傷，產(chǎn)品完全符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
