銅及銅合金的焊接初探

顧玉生

（甘肅石化技師學(xué)院 甘肅蘭州 730046）

銅及銅合金的焊接初探

顧玉生

（甘肅石化技師學(xué)院 甘肅蘭州 730046）

本文簡要介紹了銅及銅合金的分類、性質(zhì)；分析了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；探討了銅及銅合金的焊接工藝，焊接操作過程要求。

純銅 黃銅 青銅 焊接工藝 過程要求

銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐腐蝕性、延展性及一定的強(qiáng)度等特性。在電氣、電子、化工、食品、動(dòng)力、交通及航空航天工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。在純銅（紫銅）中添加10余種合金元素，形成固溶體的各類銅合金，如加鋅為黃銅；加鎳為白銅；加硅為硅青銅；加鋁為鋁青銅等等。

一、純銅的焊接

工業(yè)純銅又稱紫銅，熔點(diǎn)為10839C，牌號(hào)有T1、T2、T3、T4等四種。

銅在焊接時(shí)由于高溫的影響很容易氧化，而生成一層很厚的氧化銅膜（氧化銅的熔點(diǎn)比純銅低），使它的結(jié)晶變成粗糙狀態(tài)，銅質(zhì)變得很脆，從而影響了它的強(qiáng)度和韌性。

在焊接過程中，液體的銅很容易吸收氣體。如果在一處熔化的時(shí)間太長（吸收氣體多），或銅水冷卻時(shí)凝固得太快（氣體來不及逸出），就易使焊縫內(nèi)存留許多氣孔。為了避免這個(gè)缺陷，除了在焊接以前先把焊件預(yù)熱到足夠的溫度外，還必須用焊藥，使氧化銅還原。焊藥一般采用硼砂和硼酸各50%的混合劑。焊條最好加入一些氧化銅的還原劑（如加入0.4？0.5的磷，0.5？0.6%的錫、錳）。

焊接前的準(zhǔn)備工作和焊接時(shí)的操作工藝大致應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：

⑴焊縫和補(bǔ)焊處，要擦洗打磨干凈，顯出光潔的金屬表面。

焊接厚的接頭要開坡口。對大而厚的焊件要在施焊前預(yù)熱到700°C左右，以便加快焊接的速度，并使熔池較緩慢的凝固，少產(chǎn)生一些氧化銅和氣孔。

⑵火焰要采用中性焰，并且要始終籠罩著熔池，不要讓它和空氣接觸。焊小而薄的焊件，火焰的能量要比焊低碳鋼的加大0.2？0.4倍；焊大而厚的焊件，要比焊低碳鋼的加大0.5？0.6倍。

⑶焊嘴的擺動(dòng)要平穩(wěn)均勻地向前移動(dòng)，火焰的焰芯（白點(diǎn)）要髙 于熔池5·8毫米。焊縫要有足夠的熔化深度，焊條和工件要同時(shí)熔化，焊接速度要快。

⑷焊接或補(bǔ)焊時(shí)，要不間斷地使用焊藥。焊條直徑的選擇，比焊同樣大小、厚度的低碳鋼焊件要加粗三分之一以上。為了使接頭的焊縫組織結(jié)晶細(xì)密、強(qiáng)度髙、韌性強(qiáng)、焊完后要用小錘適當(dāng)?shù)那么颍倩鼗鸬?00°C左右。

二、黃銅的焊接

1.不同元素對黃銅性質(zhì)的影響

普通黃銅是指銅鋅合金，通常都是作壓力加工用的，如H70，H 59，在普通黃锏中加入了如下一些少量元素后就變成了具有特定性能的特殊黃銅了。

⑴鋁。加入2？7%的鋁，能提高黃銅的強(qiáng)度、耐磨性以及對大氣和淡水的耐腐蝕性。如ZHA 167？2.5可用來鑄造海船中的螺旋槳。

⑵錳。加入1.5？2.5%的錳，能提高黃銅的強(qiáng)度、硬度和耐磨性、耐髙溫性等，常用的有HMn58-2。

⑶鉛。加入0.8？4%的鉛，能使黃銅容易切削加工，并 能顯著的提髙 耐磨性，缺點(diǎn)是降低了強(qiáng)度。常用的有易切削黃銅HPb 59-1。

⑷硅。加入2.5？4.5%的硅，能使機(jī)械性能、鑄造性能和焊接性能良好，如HSi80-3。再加入2？4%的鉛，可以顯著的增加耐磨性（這種合金可以代替價(jià)昂的錫青銅）。國產(chǎn)牌號(hào)有ZHSi80-3-3。

⑸鐵。加入2？4%的鐵，能夠增加黃銅的強(qiáng)度、硬度和韌性。

⑹錫。加入0.8？1.2%的錫，能使黃銅有抵抗海水的腐蝕性。如加入2%以上的錫，能顯著提髙它的強(qiáng)度、硬度、彈性和韌性。國產(chǎn)牌號(hào)的有海軍黃銅HSn 70-1。

2.焊接操作過程要求

⑴黃銅是銅鋅合金，鋅的熔點(diǎn)僅419℃，沸點(diǎn)925℃，因此焊接或補(bǔ)焊時(shí)，高溫下鋅熔化后就蒸發(fā)，焊接或補(bǔ)焊的速度應(yīng)越快越好，更要避免重復(fù)地焊接。如必須重復(fù)焊的時(shí)候，應(yīng)特別注意焊藥和焊條的使用都不能間斷，否則會(huì)使焊跡不整潔，焊接質(zhì)量低劣。

⑵焊黃銅也象焊純銅那樣，在熔化溫度下將產(chǎn)生氧化銅，并容易吸收大量氣體，產(chǎn)生氣孔。為了避免和減少氣孔，在施焊前要預(yù)熱到600℃以上，使之有足夠的高溫，再進(jìn)行焊接或補(bǔ)焊。這樣就能加快焊接或補(bǔ)焊速度，不但使鋅的蒸發(fā)量大大地減少，同時(shí)由于整個(gè)焊件的溫度較高，熔池冷卻的速度慢，在熔化時(shí)吸收的氣體在凝固以前有足夠的時(shí)間逸出。

⑶焊接黃銅時(shí)選用焊條的化學(xué)成分，對焊接或補(bǔ)焊質(zhì)量有直接影響。在原則上應(yīng)選用和焊件成分相同的焊條做填充金屬。為了使焊接時(shí)不產(chǎn)生或少產(chǎn)生氧化銅和氣孔，在黃銅焊條內(nèi)加入1%左右的錫4%左右的錳，或2.5？4.5%的磷。如用青銅焊條來焊接或補(bǔ)焊黃銅則更好，焊出的質(zhì)量也較高。

⑷焊接前的準(zhǔn)備工作和焊接時(shí)操作工藝，除應(yīng)選用氧化焰（氧氣多一些），其余都可參照焊純銅的方法進(jìn)行。

⑸焊接黃銅時(shí)，由于鋅的蒸發(fā)會(huì)使人感到頭痛惡心。為避免中毒，焊接時(shí)要戴防毒面具或防毒口罩。工作量不大時(shí)，也可在上風(fēng)處進(jìn)行焊接。

三、青銅的焊接

1.不同元素對青銅性質(zhì)的影響

青銅可分為錫青銅和無錫青銅兩類。錫青銅的抗腐蝕性比純銅、黃銅都髙，抗磨性也很好，可用來制造蝸輪等。無錫青銅也叫特殊青銅，在銅基合金中主要加入的元素不是錫，而是如下一些元素：

⑴鋁。無錫青銅內(nèi)加入4？11%的鋁后，機(jī)械性能比錫青銅和黃銅都好，并有較大的可塑性。缺點(diǎn)是在液體冷卻時(shí)收縮性大，容易使表面上形成氧化鋁而降低流動(dòng)性。

⑵鉛。錫青銅內(nèi)加入4？6%的鉛，無錫青銅內(nèi)加入18？23%的鉛，都能大大地增加它的耐磨性能。

⑶硅。無錫青銅內(nèi)加入2？4%的硅，具有良好的機(jī)械性能和耐磨性，并且鑄造性和焊接性都很好，如再加入1？1.5% 的錳，更能提 髙它的各種機(jī)械性能。

⑷錳。無錫青銅內(nèi)加入0.4？0.5%的磷，能增加它的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和韌性，并能增加抵抗稀酸液及海水的侵蝕能力。錫青銅加入少量的錳，也能增加它的強(qiáng)度、硬度和耐磨性能等等。

⑸磷。青銅內(nèi)加入0.4？0.5%的磷，能增加它的強(qiáng)度、硬度及彈性，并有去氧的作用。由于氧化銅的消除，可使青銅的質(zhì)量優(yōu)良。

2.焊接操作過程的要求

⑴青銅的焊接和補(bǔ)焊要比紫銅和黃銅容易。但是，如焊件本身含有大量鋁，則在髙溫下容易產(chǎn)生裂紋。

⑵焊大而厚的焊件時(shí)，在表面上易形成一層氧化鋁膜，使得和熔化的填充金屬互不熔合，所以焊接時(shí)要利用焊條的一端磨擦焊接面，在熔池內(nèi)游動(dòng)地供應(yīng)填充金屬。

⑶焊接薄的焊件時(shí)，也可利用焊條的一端，順著焊縫的方向一下一下的撥動(dòng)著熔池供應(yīng)填充金屬，使熔化的焊條和焊接面一起融合，以免出現(xiàn)夾渣和重皮現(xiàn)象。

⑷焊藥可選用與黃銅相同成分，再加入一些氯化鉀。它的配合比是：硼砂和硼酸各40%，氯化鈉和氯化鉀各10%。

近年來，采用MIG方法焊接銅及銅合金的施工越來越多，尤其對于厚度≥3mm的鋁青銅、硅青銅和白銅最好選用MIG焊方法。

［1］.《金屬材料及熱處理》中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社

［2］.《焊工工藝學(xué)》中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社（第三版）