銅及銅合金的焊接性能 - 薄板焊接

 
樓主  收藏   舉報   帖子創建時間:  2010-07-03 12:32 回復：0 關注量：300
 

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

   （1）難熔合焊縫成形能力差

    銅的熱導率在20℃時比鐵大7倍多，1000℃時大11倍多。焊接時熱量迅速以加熱區傳出去，使加熱范圍擴大，焊件厚度越大，散熱越嚴重。焊接區難以達到熔化溫度，所以母材和填充金屬難熔合。為此，焊接時需使用大功率的熱源，焊前常需預熱。

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

   （2）焊接應力與變形大

    銅的膨脹系數比鐵大15％，而收縮率比鐵大1倍以上，又由于銅的導熱能力強；冷卻凝固時，變形量大。當焊接剛性大的焊件或焊接變形受阻時，就會產生很大的焊接應力，成為導致焊接裂紋的力學原因。

   （3）易產生熱裂紋

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

    為了防止熱裂紋，從冶金方面須嚴格限制銅中雜質的含量，增強對熔池的脫氧能力；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性，打亂柱狀晶的方向。另外，從力學方面須減小焊接應力的作用。

   （4）易產生氣孔

    銅及銅合金熔焊時，焊縫產生的氣孔比焊接鋼時嚴重得多。這與銅及銅合金的冶金特性和物理特性有關。

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


    從物理特性方面，銅的熱導率比鐵大7倍以上，焊縫金屬的結晶速度很大，在這種條件下氫的擴散逸出和水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熱等方法延長熔池存在時間，使這些氣體易于逸出。加強對焊接區的保護和在焊接材料中加入脫氧劑，都可減少氣孔的產生。
（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生相變，焊縫和熱影響區晶粒易長大。各種脆性低熔共晶出現于晶界。其結果是使接頭的塑性和韌性顯著下降。

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

    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、燒損，都不同程度上使接頭的耐蝕性能下降。焊接應力的存在會使得那些對應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境中過早失效。

    改善接頭性能的主要措施可以是控制雜質含量；加強焊接區的保護以減少合金元素的燒損；通過合金化對焊縫進行變質處理；減少熱的作用和焊后消除應力處理等。

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


 

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紫銅的焊接效果                              多木機電科技     徐家文   13162689521