紫铜管的焊接性及其钨极氩弧焊的焊接

文章出处: - 发布时间:2015-06-16 13:27

一、紫铜

纯铜的色泽呈紫红色,故称紫铜。在潮湿空气中铜表面会产生一层碱式碳酸铜,俗称铜锈(铜绿)。


铜中常含少量的铋、铅、硫、氧、磷、锑、砷等杂质元素,所所有杂质都会降低铜的导电性,其中尤以磷为最明显,但是磷是铜的一个很好的脱氧剂,所以磷在铜中还是属于有益的元素。


铜不论在冷态或热态都有很高的塑性,但强度和硬度较低。通过冷加工可以提高铜的强度。但此时塑性明显降低(约降低到6%),导电率也下降1-3%。冷加工后的铜经550-600℃退火,可使塑性完全恢复。


紫铜在低温下仍有较高的塑性,但在400-700℃的高温下,强度及塑性却大大降低。


二、紫铜的焊接性

难熔合:紫铜的导热性比钢好得多,铜的导热系数是钢的7倍,随着温度的升高,差距还要大。大量的热被传导出去,母材难以局部熔化,必须采用功率大、热量集中的热源,有时还要预热,热影响区很宽。


铜氧化:铜在常温时不易被氧化。但是随着温度升高,当超过300℃时,其氧化能力很快增大,当温度接近熔点时,其氧化能力最强。


氧化的结果生成氧化亚铜(Cu2O)。焊缝金属结晶时,氧化亚铜和铜形成低熔点(1064℃)的共晶,分布在铜的晶界上,大大降低了焊接接头的机械性能,所以,铜的焊接接头的性能一般低于母材。


气孔:铜产生气孔的倾向远比钢严重。其中一个直接原因是铜导热性好,焊接熔池凝固速度快,液态熔池中气体上浮的时间短来不及逸出,易造成气孔。


但根本原因是气体溶解度随温度下降而急剧下降及化学反应产生气体所致。


铜的气孔分两种类型,即氢造成的扩散气孔和水蒸气造成的反应气孔。铜的液态金属能溶解氢,高温时溶解很多,随着温度的降低,溶解度也降低,许多金属都是这样,但在铜中溶解度降低的幅度比在钢中大的多。


这就是说,在焊缝凝固前会有很多氢要逸出,但铜焊缝的凝固速度比较快,氢来不及逸出便要形成气孔,这就是扩散气孔。


高温时铜与氧亲和力较大而形成Cu2O,在1200℃以上可溶于液态铜中,低于1200℃便要游离出来,与氢发生如下反应:

[Cu2O]+2[H] →→ 2 [Cu]+H2O

所形成的水蒸气不溶于液态铜,若来不及逸出也会形成气孔。这就是反应气孔。


防止产生气孔的主要措施:


1 防止焊缝金属吸氢及氧化,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、钛、锰等脱氧元素。


3 焊接时加强保护效果。


4 选择合适的焊接工艺参数,降低冷却速度,溶深不可过大


热裂纹:紫铜焊接时在焊缝及熔合区易产生热裂纹。形成热裂纹的原因主要有以下几个方面:


1 铜的线膨胀系数几乎比低碳钢大50%以上,由液态转变到固态时的收缩率也比较大,对于刚性大的工件,焊接时会产生较大的内应力。


2 熔池结晶过程中,在晶界易形成低熔点的氧化亚铜-铜的共晶物 (Cu+Cu2O)。


3 凝固金属中的过饱和氢向金属的显微缺陷中扩散,或者它们与偏析物(如Cu2O)反应生成的H2O在金属中造成很大的压力。


4 母材中的铋、铝等低熔点杂质在晶界上形成偏析。为了防止热裂纹的产生必须严格限制母材和焊接材料的氧、铅、铋、硫等有害元素的含量。


焊接时加强对熔池的保护,采取减少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。


5 接头性能低,焊接紫铜时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,接头的强度、塑性、导电性、耐蚀性等往往低于母材。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。


三、紫铜管的焊接


用钨极氩弧焊焊接紫铜,可以得到高质量的焊接接头。这是因为氩气对熔池的保护作用好,空气中的氧和氢不易进入熔池,并且氩弧的温度高,热量集中,焊缝的热影响区小,因而焊缝的强度高,焊件的变形小。


焊丝采用丝301,电源用直流正极性,即焊件接正极,焊枪接负极。紫铜管的规格为Φ32×3.5,焊接时可不加焊剂。接头开V型坡口,不留间隙,焊接方法为渗透焊。

为了消除气孔,保证焊透,提高焊接速度和减少氩气消耗量,焊件必须预热。预热温度不宜过高约为350℃,否则不仅使劳动条件恶化,并使焊接热影响区扩大,降低焊接接头的机械性能



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