純銅焊接工藝探討

摘要：本文通過對純銅的物理性能及焊接性分析，經過摸索試驗，總結出一套行之有效的純銅手工氬弧焊焊接施工方法。

關鍵詞：氬弧焊； 預熱； 純銅； 焊劑

引言

純銅是含Cu量不低于99.9的工業純銅，純銅的密度為8.96g/m3，熔點為1083℃，具有面心立方晶格的晶體結構，因此具有優良的導電性，在金屬中僅次于銀，導熱性僅次于金和銀，在大氣、海水中具有良好的耐蝕性及良好的低溫塑性，被廣泛應用于導電元件或導體，常應用于電站的母線上。

1.純銅焊接特點

由表1可看出銅焊接性有別于鋼和鋁，其焊接時主要存在以下幾點問題：

1.1. 未熔合、易變形

由表1可知銅的熱導系數在20℃時約為鐵的7.2倍，1000℃時約為鐵的11倍，焊接時熱

量迅速從加熱區傳導出去，加熱范圍擴大，使母材與填充金屬難以熔合，因此焊接時要采用大功率熱源，焊前要采取預熱措施。

銅的線脹系數和收縮率也比較大，再加上銅導熱能力強，使焊接時熱影響區加寬，焊接時如加工件剛度不大，又無合適性措施，必然會產生較大的變形，但如果剛度較大或焊接變形受阻時，就會產生很大的焊接應力，成為導致焊接裂紋的力學原因。

1.2. 熱裂紋

氧是銅中經常存在的雜質，銅在熔化狀態下較易氧化，而生成Cu2O。Cu2O又與Cu生

成（Cu +Cu2O）的低熔點共晶，其共晶溫度為1065℃，低于銅的熔點1083℃，當焊縫處于高溫時，在焊接應力作用下，在焊縫或熱影響區上就會產生熱裂紋。

1.3.氣孔

焊接時產生的氣孔主要是氫氣孔，氫在銅中的溶解度與溫度有關，銅在液態時能溶解大量的氫，而且在凝固時氫的溶解度急劇減小，說明凝固過長要析出大量的氫氣；另外熔池金屬氧化生成的氧化亞銅在凝固時因不容于銅而析出，便與氫或一氧化碳反應生成水蒸氣或二氧化碳氣體，因不溶于銅而逸出，銅的導熱性強，熔池凝固特別快，大量的氫氣來不及逸出，就在焊縫中形成氫氣孔，

所以為減少或防止銅焊縫中的氣孔，主要是減少氫和氧的來源，采用預熱等方法延長熔池存在時間，使氣體逸出。

1.4. 塑性、導電性、耐蝕性下降

焊縫和熱影響區晶粒易長大，使焊接接頭的塑性和韌性顯著下降；焊接過程焊縫加入雜質或合金元素，使導電率降低；焊接過程有益元素的蒸發、燒損，不同程度使接頭的耐蝕性下降。所以改善接頭性能的主要措施是控制雜質元素，加強焊接區的保護。

2.焊接方法選擇

由于氬氣是單原子分子，穩定性好，在高溫下不分解，不吸熱，熱導率很小，所以，在焊接時，電弧的熱量損失小，電弧一旦引燃就能夠穩定燃燒；氬氣是一種惰性氣體，有利于形成良好的氣流隔離層，有效的阻止氧、氦等侵入焊縫金屬，氬弧焊接是明弧焊接，焊接過程參數穩定，易于檢測及控制；焊接區無熔渣，焊接過程中，可清楚的看清熔池和焊縫成形過程。選擇手工鎢極氬弧焊的焊接方法，但有抗風能力差 、對工件清理要求較高等缺點。

3.焊前準備

選用型號為WSME-630的帶水冷機的山東奧太焊機，焊接熱處理儀器、設備、儀表符合DL/T819-2010相關要求，選用厚度為10mm材質為T2的純銅板，直徑為2.5mm和3mm材質為S201的銅焊絲，焊劑為CJ301，氬氣純度為99.99%，鎢極為鈰鎢極，

4.環境要求

環境溫度不低于5℃，環境風速不大于2m/s，濕度不大于85%。

5.坡口制作及組對要求

坡口加工采用機械加工，坡口表面沒有裂紋、褶皺、夾雜物，坡口表面及附近10～15mm用銅刷或不銹鋼刷清除表面氧化膜，并在其表面涂上一層用無水乙醇調成糊狀的焊劑C301，內外壁無錯口，可采取適當的反變形措施。

6.預熱

為了使焊件在焊接過程中能保持給定的預熱溫度均勻，采用電加熱法預熱，預熱溫度為380±30℃，預熱過高容易使熱影響區擴大，在高溫下停留時間過長，造成過度氧化和晶粒嚴重長大，降低焊縫的物理、化學特性。

7.定位焊

在工件兩端加引弧板和熄弧板，定位焊長度為20～30mm，定位焊后需要整形的，采用木槌。

8.焊接

打底層焊接時盡量采用φ2.5mm焊絲，其它層采用φ3mm。焊接前焊絲用砂紙清理干凈再用干凈抹布擦洗。

通常采用左焊法，在引弧板引燃電弧后移到待焊部位，利用電弧對著工件停頓幾秒，待母材溶化后方可加絲，均勻移動焊槍，為便于熱源集中及填加焊絲，焊接過程保持焊槍與工件夾角近90°，焊件與焊絲夾角為20～30°，弧長一般控制在3～5mm，瓷嘴與工件之間的距離為10～15mm，焊絲一般不離開熔池，但不能接觸鎢極，鎢極表面粘銅會影響電弧穩定，當電弧移到母材邊停頓時間要長，以使焊絲與母材充分熔化。

在焊接過程重新引弧前把收弧處或上一層表面清理干凈后在表面涂上糊狀CJ301焊劑，其主要作用能有效地清除各種氧化物，改善流動性，提高焊接質量。

填充蓋面層時，焊絲做橫向擺動，焊接過程由于溫度高而產生的黑斑應及時清理干凈。接弧處應熔合焊透，弧坑應填滿，收弧時要不間斷的填加焊絲，直至電弧熄滅，使熄弧處焊縫局部凸出，可打磨超標余高。

參考文獻：

[1]陳祝年 《焊接工程師手冊》第2版

[2]周振豐 《焊接冶金學》（金屬焊接性）.