銅及銅合金焊絲焊接注意事項

摘要: 簡要介紹了銅及銅合金的分類、性質;分析了銅及銅合金的焊接性、鋼與銅及銅合金的焊接性以及在焊接過程中易出缺陷(氣孔、裂紋)的原因和解決措施;探討了銅及銅合金、鋼與銅及銅合金的焊接工藝。實踐證明:焊接方法和工藝選擇得當,焊接材料選擇合理,在焊接過程中易出現的缺陷是完全可以避免的。

關鍵詞:銅;銅合金;焊接性;工藝

1.銅及銅合金的種類及性質

1.1銅為面心立方晶格,具有較多的形變滑移系,室溫、高溫變形能力很好,退火狀態的銅,不經中間退火可壓縮85%～ 95%而不產生裂紋。但純銅在500～ 600℃呈現“中溫脆性”。在焊接過程中,易在此溫度區間發生裂紋。據研究,“中溫脆性”和雜質的性質、含量、分布、固溶度等有關。銅可分為無氧銅和含有少量氧的純銅。純銅的導電性能好,常用于導電材料,但是存在Cu2O-Cu的低熔點共晶物,焊接時易出現裂紋。無氧銅又可分為用P、Mn脫氧的脫氧銅和無氧銅,由于其焊接性好,常用于焊接結構。

1.2銅合金

銅合金分為黃銅、青銅、白銅三大類。

1.2.1黃銅

黃銅是Cu-Zn合金,根據Zn的含量不同又可分為很多種,為了改變黃銅的性能,也可以加入其它元素,如Al、Ni、Mn等。從而形成了鋁黃銅、鎳黃銅、錳黃銅等。由Cu-Zn二元系相圖可知,黃銅固態下有T、

U、V、W、X、Z六個相,其中T相是以銅為基的固溶體,其晶格常數隨Zn含量的增加而增大。 Zn在銅中的溶解度與一般合金相反,隨溫度降低而增加,在456℃時固溶度達最大值后, Zn在銅中溶解度隨溫度的降低而減少。T固溶體具有良好的塑性,可進行冷熱加工,并有良好的焊接性能。

1.2.2青銅

青銅是Cu與Sn、Al、Si等元素的合金。按成分可分為錫青銅、鋁青銅、硅青銅等。青銅具有較高的耐磨性、力學性能和耐蝕性,彈性和焊接性能都很好,且線收縮系數小。青銅廣泛用于鑄件和加工制品。

1.2.3白銅

白銅是銅鎳合金,顏色呈銀色或淡灰白色。白銅具有耐熱和耐寒的性能,中等強度,塑性高,能進行冷熱壓力加工,還有很好的電學性能,除用作結構材料外,還是重要的高電阻和熱電偶合金。所以,白銅按其用途可分為結構白銅和電工白銅。結構白銅具有很好的耐蝕性,優良的力學性能和壓力加工性能,焊接性好,主要用來制造冷凝管、蒸發器、熱交換器和各種高強度的耐蝕件等。另外,白銅中也可加入其它元素,形成鐵白銅、鋅白銅、鋁白銅、錳白銅等。

2.焊接性分析

2.1銅及銅合金的焊接

2.1.1銅

普通工程中所用的銅,其含量一般在99.95%以上,其余是雜質,雜質的存在對銅的焊接性有很大的影響。

(1) Bi與Pb是銅中的主要雜質,它們均不溶于固態銅,微量的Pb形成低熔點共晶組織(Cu+ Pb),其共晶溫度為326℃ ; Bi與Cu也形成低熔點共晶組織(Cu+ Bi),其共晶溫度為270℃ ,這些共晶體最后結晶,集中在晶界上,會使銅產生脆性,在焊接過程中形成裂紋,因此,應限制Bi、 Pb在銅中的含量, Bi <0.002% , Pb<0.005%。

(2) P的熔點為44℃ ,在700℃時P在銅中的溶解度為1.75% ,而在200℃時的溶解度則僅為0.4% ,溫度下降, P在銅中的溶解度也下降。它能顯著降低銅的導電性和導熱性,但對銅的力學性能有良好的影響,焊接時可作為還原劑,但含量過多,會使焊縫金屬產生氣孔和裂紋。

(3) S能溶解在熔融的銅中, S的存在使銅的熔點降低,形成Cu2 S脆性化合物,使銅的塑性降低,當S含量>0.1%時,銅就會有熱脆性,焊接時熱狀態就產生裂紋。

(4)氧很少固溶于銅,與銅生成Cu2O,由Cu-O2相圖可知,含氧銅冷凝時,氧呈共晶體(Cu+ Cu2O)析出,分布在晶界上,其熔點是1 066℃ ,共晶體比銅后凝固,分布在晶體的晶界,這就降低了銅的塑性和耐腐蝕性,也使其焊接性變差。

銅有較高的導熱性(比低碳鋼導熱系數大8倍),若加熱溫度不高,即使長時間加熱也不易使Cu熔化。而隨溫度的升高,它的結晶組織變為粗大,相互間連接能力降低。

銅在焊接時易出現的缺陷主要有裂紋和氣孔。首先是熱裂紋和氫侵蝕裂紋。由于銅中含有一定量的使銅的固-液區間擴大的雜質,如Pb、 Bi、 P、 As等。所以,即使雜質含量很少,也十分容易產生熱裂紋。其次是氫的侵蝕裂紋,由于銅中含有一定量的氧,焊接過程中,氫就會向銅中擴散,發生如下反應: