CN100335220C - 厚板紫铜不预热氩弧熔焊方法 - Google Patents

Abstract

厚板紫铜不预热氩弧熔焊方法，它涉及厚壁紫铜板焊接方法的改进。本发明是这样实现的：a、在紫铜厚板试件上开坡口，将陶瓷垫片或耐高温材料垫于紫铜板坡口的下方；b、调整焊接电流，加热母材坡口，填充合金焊料，使紫铜板被加热的坡口处金属与填充合金相互溶解；c、向前移动电弧，重复b步骤，实现整条焊缝的焊接。本发明可实现氩气保护下的厚板紫铜无预热焊接；焊接表面无须特殊处理，操作简单；焊接温度较低，可有效的减少母材热影响区的宽度及晶粒的粗大程度；焊逢的余高低于熔焊的余高，可有效节约焊材；背面成形好，变形小；焊接速度比TIG熔焊方法提高1倍多；接头拉伸强度≥95%，弯曲角≥170°，焊接接头韧性比电弧钎焊提高4倍。

Description

厚板紫铜不预热氩弧熔焊方法

技术领域：

本发明涉及厚壁紫铜板焊接方法的改进。

背景技术：

铜及铜合金广泛地应用在电力、石油、化工、机械、国防工业、轻工业、农业等部门，它的用途仅次于钢铁和铝。由于紫铜在400～700℃之间塑性和强度明显下降，在对紫铜的熔化焊(如气焊、手弧焊、TIG焊、MIG焊、电子束焊等)、钎焊(火焰钎焊、TIG钎焊等)等方法的研究发现，紫铜的焊接仍存在一些问题，如：

气体熔焊：比较适于薄铜件、铜件的修补或不重要结构的焊接。在对厚壁紫铜件焊接中存在许多问题：(1)预热温度高(600～700℃)，而且焊接过程应连续进行，加热时间长，输入的热容量大，焊接热影响区较大，组织及性能变化较大，工人的工作条件十分恶劣；(2)气焊的保护效果不好，空气中的还原性气氛侵入焊缝，铜中氧化物被还原，形成1066℃的低熔点共晶体(Cu+Cu₂O)分布于晶界，增加了热裂纹的倾向；(3)焊缝成型差，易变形，易出现气孔、未熔合、裂纹等缺陷。

火焰钎焊：在工厂较常用。工艺上焊接区域要采用较高的温度(650～750℃)均匀加热焊接，加热时间长，而且还要保证焊接过程的连续进行。缺点是：(1)焊接温度高、工人的工作条件十分恶劣、手工操作时加热温度较难掌握、焊接需要多人同时作业、对工人的技术要求高；(2)输入的热容量大、焊接热影响区较大、组织与性能变化较大；(3)采用焊剂，需要焊后清洗，接头强度较低。

手工电弧焊：它是熔焊中最常用的一种焊接方法，具有操作简单、灵活等优点。但在紫铜焊接中的主要问题是预热温度高、焊接质量差，具体问题如下：(1)焊接工艺复杂：焊前预热(500～600℃)温度高，并且要保证焊接过程的连续进行，这样焊接区域高温停留时间长，输入热容量大，工人的工作条件十分恶劣，同时热影响区范围大、组织及接头性能变化较大；(2)合金元素蒸发严重：焊缝含氢、氧量高，锌蒸发严重，容易出现气孔、裂纹等缺陷；(3)焊接质量不稳定，焊缝成型差，接头强度低。

TIG熔焊：TIG熔焊是紫铜焊接中一种较常用的焊接方法。对4mm以下的薄板紫铜件可不预热焊接，接头质量较好，但对于4mm以上的紫铜件焊接中，预热(400～600℃)温度高仍是主要问题，其缺点具体体现为：(1)输入的热容量大，工人的工作条件十分恶劣，并且热影响区范围大、组织及接头性能变化较大、接头强度受损严重、生产效率低；(2)受焊接电流大、焊接速度快的影响，熔池中溶解的扩散氢较难溢出，容易形成气孔、裂纹、未熔合、未焊透等缺陷，如：在填充T2焊丝配合焊剂301时接头容易出现气孔及热裂纹等缺陷；在填充焊丝201时接头容易出现裂纹及气孔等缺陷，熔焊截面参见图1。

TIG钎焊：TIG钎焊是一种比较具有发展前景的焊接方法。TIG焊具有热量集中、加热升温速度快、氩气可对近缝区有一定的冷却作用及TIG钎焊所特有的“阴极雾化”现象，能破碎和清洁钎缝表面的氧化膜等特性。为保证良好的钎焊接头(即母材不熔化)，电弧TIG钎焊要求采用较低的热输入，固焊接过程中应采用较小的焊接电流。综上所述TIG钎焊具有高效节能、钎焊接头在高温停留时间短、热影响区较窄、组织与性能变化较小、不用钎剂、无钎剂腐蚀作用、不需要焊后清洗、钎缝成形美观、速度快等优点，但其接头强度低、焊缝硬度高、塑性、韧性差，电弧钎焊截面参见图2。

电子束：电子束焊接具有能量密度和穿透能力很强、一般不加填充焊丝、冷速快、晶粒细、热影响区小等优点，因此对厚壁紫铜作穿透性焊接有很大的优越性。但同样会出现许多问题：(1)厚壁紫铜焊接时由于电子束冲击发生熔化金属的飞溅，导致焊缝成形变坏，尤其是在厚壁紫铜管焊接时，由于其能量密度特别大，试件极容易烧穿，铜水流淌，不能形成焊缝；(2)电子束焊接设备昂贵，焊接要求在真空中进行，工作环境受真空室大小限制。

MIG焊：MIG焊具有适应范围广、生产效率高、焊接变形小、焊接过程易于实现自动化等优点，是焊接中、厚壁紫铜的理想方法。但该方法必须预热600～700℃，对氧元素很敏感，在焊接脱氧不足的同时，焊缝的气孔较多，且强度较低。同时对薄板焊接指导意义不强，在焊接薄板时熔池的稳定性差，容易出现熔池过热、下塌等焊接质量问题。

发明内容：

本发明目的在于提供一种氩气保护下实现厚板紫铜不预热、高质量电弧焊接的厚板紫铜不预热氩弧熔焊方法，本发明是在TIG电弧钎焊的基础上发展起来的，可在氩气保护下实现不预热焊接，实现厚板紫铜的经济、高质量有效的焊接生产加工。本发明是这样对厚板紫铜进行不预热TIG电弧熔焊的：a、在紫铜厚板试件上开坡口，将陶瓷垫片或耐高温材料垫于紫铜板坡口的下方；b、调整焊接电流，用TIG电弧加热母材坡口，填充合金焊料，使得紫铜板被加热的坡口处金属与填充合金相互溶解；c、沿坡口向前移动电弧，重复b步骤，实现整条焊缝的焊接；所述合金焊料是熔点为600～800℃的铜合金，铜合金为含有1.2～10wt.％P的铜磷合金或2.5～7wt.％P的铜磷银合金。

本发明与现有方法相比具有如下优点：

1、用本方法可实现氩气保护下的厚板紫铜无预热焊接。

2、焊接表面无须特殊处理，操作简单，接头可靠。

3、焊接温度较低，可有效的减少母材热影响区的宽度及晶粒的粗大程度。

4、焊缝外观成形美观，无明显的焊接缺陷。

5、焊缝的余高低于熔焊的余高，可有效节约焊材。

6、背面成形好，变形小。

7、焊接接头的硬度比电弧钎焊的硬度大大降低。

8、焊接接头的韧性比电弧钎焊提高4倍多。

9、熔合比可以实现等于或大于TIG熔化焊的熔合比。

10、焊接速度比TIG熔焊方法提高1倍多。

11、应用本方法焊接厚板紫铜材料能达到的指标为：接头拉伸强度≥95％，弯曲角≥170°。

附图说明：

图1为熔焊截面示意图，图2为电弧钎焊截面示意图，图3为本方法熔焊截面示意图。

具体实施方式：

具体实施方式一：本实施方式按照下述步骤对厚板紫铜进行不预热氩弧焊丝电弧熔焊：a、在紫铜厚板试件上开坡口，将陶瓷垫片或耐高温材料垫于紫铜板坡口的下方；b、调整焊接电流，用TIG电弧加热母材坡口，填充合金焊料，使得紫铜板被加热的坡口处金属与填充合金相互溶解；c、沿坡口向前移动电弧，重复b步骤，实现整条焊缝的焊接，熔焊截面参见图3。为了避免电弧在坡口处停留时间过长及过多的热输入使坡口附近的热影响区晶粒与母材晶粒相差过大，影响整体焊接接头的性能，焊接速度控制在2.5～3.5mm/s之间。此焊接方法要求填充的合金焊料为熔点在600～800℃的铜合金，该铜合金为含有1.2～10wt.％P的铜磷合金或2.5～7wt.％P的铜磷银合金。

具体实施方式二：本实施方式是这样实现的：a、在紫铜厚板试件上开V形坡口或相对板厚适宜的坡口，将陶瓷垫片或耐高温材料垫于紫铜板坡口的下方，防止被溶解的母材与合金焊料的混合体流失；b、根据紫铜厚板母材的厚度调节不同的焊接电流，电流控制在100～250A之间，用TIG电弧加热母材坡口，在不摆动电弧的情况下填充合金焊丝，电弧在坡口停留0.5～1s后局部温度到达700℃以上，填充焊料合金用肉眼观察到母材开始被溶解；c、当母材被溶解足够量时(1～5mm左右，一般大于或等于熔化焊熔化母材的量)电弧向前移动继续填充合金焊料而溶解母材，往复运行紫铜TIG电弧加热—溶解、再加热—再溶解的过程，形成饱满的溶解焊焊缝。

Claims (4)

1、厚板紫铜不预热氩弧熔焊方法，其特征在于它按照下述步骤对厚板紫铜进行不预热氩弧焊丝电弧熔焊：a、在紫铜厚板试件上开坡口，将陶瓷垫片或耐高温材料垫于紫铜板坡口的下方；b、调整焊接电流，用TIG电弧加热母材坡口，填充合金焊料，使得紫铜板被加热的坡口处金属与填充合金相互溶解；c、沿坡口向前移动电弧，重复b步骤，实现整条焊缝的焊接；所述合金焊料是熔点为600～800℃的铜合金，铜合金为含有1.2～10wt.％P的铜磷合金或2.5～7wt.％P的铜磷银合金。

2、根据权利要求1所述的厚板紫铜不预热氩弧熔焊方法，其特征在于所述坡口形状为V形坡口。

3、根据权利要求1所述的厚板紫铜不预热氩弧熔焊方法，其特征在于所述电流强度为100～250A。

4、根据权利要求1所述的厚板紫铜不预热氩弧熔焊方法，其特征在于焊接速度为2.5～3.5mm/s。

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