銅及銅合金的焊接性能 - 薄板焊接

 
樓主  收藏   舉報(bào)   帖子創(chuàng)建時(shí)間:  2010-07-03 12:32 回復(fù)：0 關(guān)注量：275
 

銅及銅合金具有獨(dú)特的物理性能，因而它的焊接性有別于鋼和鋁。焊接時(shí)主要問題如下：

   （1）難熔合焊縫成形能力差

    銅的熱導(dǎo)率在20℃時(shí)比鐵大7倍多，1000℃時(shí)大11倍多。焊接時(shí)熱量迅速以加熱區(qū)傳出去，使加熱范圍擴(kuò)大，焊件厚度越大，散熱越嚴(yán)重。焊接區(qū)難以達(dá)到熔化溫度，所以母材和填充金屬難熔合。為此，焊接時(shí)需使用大功率的熱源，焊前常需預(yù)熱。

    銅在熔化溫度時(shí)，表面張力比鐵小1/3，流動(dòng)性比鋼大l～l.5倍。因此，表面成形能力差．當(dāng)用大功率熔化極氣體保護(hù)焊或埋弧焊時(shí)，熔化金屬易流失。為此，單向焊時(shí)，背面需使用襯墊（板）等成形裝置。

   （2）焊接應(yīng)力與變形大

    銅的膨脹系數(shù)比鐵大15％，而收縮率比鐵大1倍以上，又由于銅的導(dǎo)熱能力強(qiáng)；冷卻凝固時(shí)，變形量大。當(dāng)焊接剛性大的焊件或焊接變形受阻時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很大的焊接應(yīng)力，成為導(dǎo)致焊接裂紋的力學(xué)原因。

   （3）易產(chǎn)生熱裂紋

    在焊縫和熱影響區(qū)上都可能產(chǎn)生熱裂紋，主要原因是銅在液態(tài)下易氧化生成氧化亞銅(Cu2O)，它溶于液態(tài)銅而不溶于固態(tài)銅，冷凝過程中與銅生成熔點(diǎn)略低于銅的Cu2O+Cu共晶（熔點(diǎn)為1064℃）。 銅中若有雜質(zhì)鉍（Bi）和鉛（Pb）等，在熔池結(jié)晶過程中也生成低熔點(diǎn)共晶Cu十Bi（熔點(diǎn)270℃）、Cu+Pb（熔點(diǎn)326℃），這此共晶物分布在焊縫金屬的枝晶間或晶界處。當(dāng)焊縫處于高溫時(shí)，熱影響區(qū)的低熔共晶物重新熔化，在焊接應(yīng)力作用下，在焊縫或熱影響區(qū)上就會(huì)產(chǎn)生熱裂紋。又因銅和銅合金在加熱過程中無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，晶粒易長(zhǎng)大，有利于低熔點(diǎn)共晶薄膜的形成，從而增大了熱裂傾向。

    為了防止熱裂紋，從冶金方面須嚴(yán)格限制銅中雜質(zhì)的含量，增強(qiáng)對(duì)熔池的脫氧能力；若有可能選用獲得雙相組織的焊接材料，以破壞低熔共晶薄膜的連續(xù)性，打亂柱狀晶的方向。另外，從力學(xué)方面須減小焊接應(yīng)力的作用。

   （4）易產(chǎn)生氣孔

    銅及銅合金熔焊時(shí)，焊縫產(chǎn)生的氣孔比焊接鋼時(shí)嚴(yán)重得多。這與銅及銅合金的冶金特性和物理特性有關(guān)。

    從冶金特性方面，焊接時(shí)銅中存在有溶解性氣體和氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的氣體。氫在銅中的溶解度與溫度有關(guān)，隨溫度升降而增減，當(dāng)銅處于液-固態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，有一突變，見圖7-8-1。說明冷凝過程要析出大量擴(kuò)散性氫；熔池中的Cu2O在凝固時(shí)因不溶于銅而析出，便與氫或CO反應(yīng)生成水蒸汽或CO2氣體，因不溶于銅而逸出。


    從物理特性方面，銅的熱導(dǎo)率比鐵大7倍以上，焊縫金屬的結(jié)晶速度很大，在這種條件下氫的擴(kuò)散逸出和水CO2.上浮極為困難，往往是來不及逸出和上浮便形成了氣孔。減少或防止銅焊縫中的氣孔，主要是減少氫和氧的來源以及采用預(yù)熱等方法延長(zhǎng)熔池存在時(shí)間，使這些氣體易于逸出。加強(qiáng)對(duì)焊接區(qū)的保護(hù)和在焊接材料中加入脫氧劑，都可減少氣孔的產(chǎn)生。
（5）接頭性能下降

    1）接頭塑性顯著下降  因銅及銅合金一般不發(fā)生相變，焊縫和熱影響區(qū)晶粒易長(zhǎng)大。各種脆性低熔共晶出現(xiàn)于晶界。其結(jié)果是使接頭的塑性和韌性顯著下降。

    2）導(dǎo)電性能下降  銅越純其導(dǎo)電性能就越好，焊接過程中任何雜質(zhì)和合金元素的加入，都導(dǎo)致電導(dǎo)率降低。

    3）耐蝕性變差  銅合金的耐蝕性是依賴于鋅、鋁、錳、鎳等合金元素的加入，而這些元素在焊接過程中蒸發(fā)、燒損，都不同程度上使接頭的耐蝕性能下降。焊接應(yīng)力的存在會(huì)使得那些對(duì)應(yīng)力腐蝕較敏感的高鋅黃銅、鋁青銅、鎳錳青銅的焊接接頭在腐蝕環(huán)境中過早失效。

    改善接頭性能的主要措施可以是控制雜質(zhì)含量；加強(qiáng)焊接區(qū)的保護(hù)以減少合金元素的燒損；通過合金化對(duì)焊縫進(jìn)行變質(zhì)處理；減少熱的作用和焊后消除應(yīng)力處理等。

    必須指出，銅及銅合金的種類繁多，其成分和性能差別很大，因而焊接性表現(xiàn)各異。在作焊接性分析時(shí)，除注意上述共性問題外，還應(yīng)針對(duì)銅合金的不同類型及其對(duì)各種焊接方法的適應(yīng)性作出具體評(píng)價(jià)。


 

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紫銅的焊接效果                              多木機(jī)電科技     徐家文   13162689521