CN105499763A - 一种厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接方法，经过焊前清理、焊前预热和焊接完成厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接；所述焊前预热步骤为：在距坡口边缘10mm处设置对开式加热器，对开式加热器的2个加热器之间设置有热电偶，预热温度为500℃；在使用对开式加热器预热的同时使用氧乙炔对坡口处进行预热，温度达到500℃以后停止氧乙炔预热。本发明解决了厚壁空心导电磷脱氧铜轴因导热率高焊接性较差而造成的焊接后形变大、强度低的问题，焊接接头强度高，6公斤水压试验不漏水。

Description

一种厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接工艺设计技术领域，尤其涉及一种厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接方法。
背景技术
无氧铜是一种纯度达到99.95％以上的铜，而磷含量小于0.001％，有的牌号还要达到0.0003％以下的磷含量。磷脱氧铜是通过磷来脱去铜里面的氧的一种无氧铜。用于导电用的磷脱氧铜磷含量较低，导电性较好，但是其焊接性能较差。而厚壁空心导电磷脱氧铜轴就是采用磷含量较低的磷脱氧铜制成的一种铜轴。
厚壁空心导电磷脱氧铜轴的热导率较高，焊接步骤中易产生密集性、贯穿性气孔。现有技术中在焊接铜管时使用的焊接方法主要为气焊和钎焊，焊接接头质量及强度难以保证。其中气焊是利用气体燃烧的火焰作为热源的焊接方法，气焊一般是手工操作。由于气焊火焰温度低，加热速度慢，而厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接需要较高温度。气焊焊接后工件变形和热影响区较大，由于气焊的加热区域宽，所以其焊接热影响区域也较大，造成焊接后变形较大。此外由于焊接步骤中温度不稳定，熔化金属受到的保护差，焊接质量较低。而钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件(母材)与钎料加热到高于钎料熔点，但低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散而实现连接焊件的方法。而钎焊缝的熔点低也就意味着强度低于母材，耐热性也比母材金属低，为了弥补强度不足，常采用增大搭接面积来解决问题。因而钎焊接头较多地采用搭接接头使结构的重量增大，耗材较多，不但如此还影响了工件的美观，因而不适合用与高品质要求的厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接。
也有采用如搅拌摩擦焊设备的焊接方法，但是其成本较高，不适合大批量生产。现有技术中的电阻焊与缝焊主要适用于厚度小于1.5mm的板材，且不适用于纯铜的焊接。其中电阻焊是将工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。电阻焊利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。电阻焊的设备功率大、自动化程度高，维修困难，成本高。并且接头处的抗拉强度和疲劳强度都比较低。由于厚壁空心导电磷脱氧铜轴需要频繁的使用，故电阻焊不适用于厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接。
此外现有技术中的焊条电弧焊气孔较多、焊后接头强度低，不适合磷脱氧铜管的焊接。而MIG焊焊接速度较快，不易控制熔池，不适用于铜轴的焊接。采用现有技术中的焊接方法，铜轴在焊接步骤中受热易变形、软化，并且容易产生热裂纹。综上所述，现有技术中的常规焊接不适用于厚壁空心导电磷脱氧铜轴。
例如中国专利CN103817451A提供的一种低压力扩散焊和钎焊复合焊相结合的无氧铜复合焊接方法。该无氧铜复合焊接方法包括：步骤A，将待焊接的多个无氧铜部件进行预处理，去除表面的氧化膜；步骤B，将多个无氧铜部件进行装配，固定各无氧铜部件的相对位置，保证焊接面紧密接触，对多个无氧铜部件的焊接面进行低压扩散焊；以及步骤C，在焊接面边缘处预置的焊料孔中放置电真空钎料，对多个无氧铜部件进行钎焊。该方法通过低压力扩散焊和钎焊复合焊相结合解决了采用普通焊接方法，无氧铜形变量大的问题，但该方法只适用于对强度要求较低的电气元件的焊接，不适用于使用频繁，强度要求较高的铜轴焊接。
又例如中国专利CN103600158A一种无氧铜铸件焊接工艺，涉及无氧铜铸件焊接技术领域。焊接前将无水酒精与CJ301助焊剂混合后涂抹于铸造铜件的焊口表面，然后进行氩弧焊接；无水酒精与CJ301助焊剂体积混合比例为：无水酒精：CJ301＝1：2.5～3.5；在焊接步骤中，采用媒质成分及质量比为：25％-35％氮气、25％-35％氩气、35％-50％氦气作为保护媒质；保护媒质中成分质量比优选：氮气为30％、氩气为30％、氦气为40％；焊接时环境温度保持在20°以上。该方法在焊接步骤中除去氧化层，保护助焊剂不被吹走，适用于高磷含量的无氧铜的焊接。因为厚壁空心导电磷脱氧铜轴的热导率较高，采用此法焊接温度不稳定，影响焊接质量，会导致热形变较大和强度低。
发明内容
为克服现有技术中存在的缺少厚壁空心导电磷脱氧铜轴焊接方法的问题，本发明提供一种厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接方法。
一种厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接方法，依次经过焊前清理、焊前预热和焊接步骤完成厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接；所述焊前预热和焊接步骤中均设置加热装置对焊接坡口处进行加热，且在焊前预热和焊接步骤过程中对坡口处温度进行全程监测。
进一步的，所述焊前清理步骤包括将清理完的厚壁空心导电磷脱氧铜轴安装在滚轮架上，所述滚轮架为4只，所述4只滚轮架均匀布置在厚壁空心导电磷脱氧铜轴的下端。
进一步的，所述焊前预热步骤具体为：在距坡口边缘10mm-20mm处设置加热装置，在加热装置加热坡口的位置还设置有测温装置进行实时测温，所述焊前预热步骤过程中的预热温度控制为500℃-520℃。
进一步的，所述焊前预热步骤开始时使用加热装置和氧乙炔共同对坡口处进行预热，温度达到500℃以后停止氧乙炔预热。
进一步的，所述焊接步骤具体为：采用500℃-550℃的焊接温度，并且使用焊接背保护气进行电弧焊，所述焊接步骤中通过热电偶监测焊接温度。
进一步的，所述焊接步骤中在焊道处设置焊道测温仪，所述焊道测温仪包括TES-1310测温仪和TPK03测温棒。
进一步的，所述焊接步骤中使用焊丝型号为Scu1898的纯铜焊丝，所述纯铜焊丝的钨极直径为5.0-5.5mm。
进一步的，所述焊接步骤中使用的焊接背保护气为高纯氩气，所述高纯氩气的纯度为99.99％。
进一步的，所述焊接步骤中使用的焊接保护气由75％体积分数的Ar和25％体积分数He组成，所述焊接保护气的气流量为20-25L/min。
进一步的，所述焊接步骤中的焊接电流为350-400A。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的焊前预热步骤为：在距坡口边缘10mm处设置对开式加热器，对开式加热器的2个加热器之间设置有热电偶，预热温度为500℃；在使用对开式加热器预热的同时使用氧乙炔对坡口处进行预热，温度达到500℃以后停止氧乙炔预热，预热温度可以通过热电偶进行监测得到，并且可以通过热电偶测得的温度，调节控制对开式加热器，同时采用氧乙炔对坡口进行加快预热，加快了预热速度，提高了工作效率。
(2)本发明采用氩弧焊对厚壁空心导电磷脱氧铜轴进行焊接，并且焊接步骤采用热电偶和对开式加热器进行保温控制，解决了因为厚壁空心导电磷脱氧铜轴导热率高导致的焊接后形变大和强度低的问题。并且焊接时候可以很好的熔化焊道，且热影响区不至于受高温氧化。
(3)厚壁空心导电磷脱氧铜轴在焊接前采用焊前清理，用无水乙醇清洗厚壁空心导电磷脱氧铜轴坡口处的油污，再用砂纸及钢丝轮对焊道进行打磨清理，确保了焊接坡口处无油污、没有氧化物，因为氧化物熔点较高，采用除去的氧化层的方式可以减少焊接后焊缝内的杂质，提高焊接质量。
(4)焊接步骤中厚壁空心导电磷脱氧铜轴均匀的放置在4只滚轮架上，确保了铜轴焊接后不会发生下塌变形。
附图说明
图1是本发明的厚壁空心导电磷脱氧铜轴焊接过程中的示意图；
图2是本发明的厚壁空心导电磷脱氧铜轴的结构示意图；
图3是本发明的厚壁空心导电磷脱氧铜轴坡口部分放大图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
图1、图2和图3是本发明的厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接方法中的焊接步骤示意图。
准备好需要焊接的2根厚壁空心导电磷脱氧铜轴3之后，之后采用坡口机对需要焊接的2根厚壁空心导电磷脱氧铜轴3的焊接处进行坡口。坡口4的坡面与水平线之间的夹角为40°。所述的坡面与水平线之间的夹角为本实施例中的优选角度，也可以是其他角度，并不超出本发明的范围。
此外，还需要对坡口4进行进行焊前清理，首先用纱布蘸取无水乙醇擦洗厚壁空心导电磷脱氧铜轴坡口处的油污，直至坡口处表面没有肉眼可见的油污，再用砂纸及钢丝轮对焊道进行打磨清理，直至表面显示紫铜色，以确保坡口处表面以及附近缝区内没有油污和氧化物的存在。
然后，将2根厚壁空心导电磷脱氧铜轴3放置在4只滚轮架5上，每根厚壁空心导电磷脱氧铜轴下端放置2只滚轮架分别放置在厚壁空心导电磷脱氧铜轴的两端。这样可以防止铜轴在焊接步骤中下塌变形。
此外，在距坡口边缘10mm处装置对开式加热器1，对开式加热器1的2个加热器之间设置有热电偶6，将对开式加热器1的加热温度设置为500℃；在使用对开式加热器1预热的同时使用氧乙炔对坡口4处进行预热，温度达到500℃以后停止氧乙炔预热。使用氧乙炔同时对坡口4进行预热可以加快预热速度，提高工作效率。
当预热温度达到500℃同时进行氩弧焊，并且在道处设置焊道测温仪，焊道测温仪包括TES-1310测温仪和TPK03测温棒，焊道测温仪可测温度范围为-50℃～750℃。焊接使用焊丝型号为Scu1898的纯铜焊丝，焊丝的钨极直径为5.0mm。焊接步骤中使用的焊接背保护气为高纯氩气，高纯氩气的纯度为99.99％。此外焊接的同时使用焊接保护气进行保护，焊接保护气由75％体积分数的Ar和25％体积分数He组成，焊接保护气的气流量为20L/min。焊接步骤中通过热电偶监测焊接温度，当温度大于等于550℃时关闭将对开式加热器1，当温度小于等于500℃时开启对开式加热器1。对开式加热器1的开启和关闭可以通过人工操作也可以是控制电路自动操作。
此外，焊接步骤中使用的TIG焊喷嘴直径大于22mm，可以采用人工焊接方式或者机器自动焊接，焊接步骤中的焊接电流为350A，焊接步骤中在焊道处设置TES-1310测温仪和TPK03测温棒监测焊道温度，以确保焊接质量。
通过实施例1焊接得到的厚壁空心导电磷脱氧铜轴经过六公斤水压试验后不漏水。
实施例2
实施例2中与实施例1不同的地方在于：对开式加热器1与坡口之间的距离为15mm，对开式加热器的加热温度为510℃。
焊接使用焊丝型号为Scu1898的纯铜焊丝，焊丝的钨极直径为5.3mm。
焊接步骤中的焊接保护气的气流量为23L/min。
通过实施例2焊接得到的厚壁空心导电磷脱氧铜轴经过六公斤水压试验后不漏水。
实施例3
实施例3中与实施例1不同的地方在于：对开式加热器1与坡口之间的距离为20mm，对开式加热器的加热温度为520℃。
焊接使用焊丝型号为Scu1898的纯铜焊丝，焊丝的钨极直径为5.5mm。
焊接步骤中的焊接保护气的气流量为25L/min。
通过实施例3焊接得到的厚壁空心导电磷脱氧铜轴经过六公斤水压试验后不漏水。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接方法，其特征在于：依次经过焊前清理、焊前预热和焊接步骤完成厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接；所述焊前预热和焊接步骤中均设置加热装置对焊接坡口处进行加热，且在焊前预热和焊接步骤过程中对坡口处温度进行全程监测。
2.根据权利要求1所述的一种厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接方法，其特征在于：所述焊前清理步骤包括将清理完的厚壁空心导电磷脱氧铜轴安装在滚轮架上，所述滚轮架为4只，所述4只滚轮架均匀布置在厚壁空心导电磷脱氧铜轴的下端。
3.根据权利要求1所述的一种厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接方法，其特征在于：所述焊前预热步骤具体为：在距坡口边缘10mm-20mm处设置加热装置，在加热装置加热坡口的位置还设置有测温装置进行实时测温，所述焊前预热步骤过程中的预热温度控制为500℃-520℃。
4.根据权利要求3所述的一种厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接方法，其特征在于：所述焊前预热步骤开始时使用加热装置和氧乙炔共同对坡口处进行预热，温度达到500℃以后停止氧乙炔预热。
5.根据权利要求1所述的一种厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接方法，其特征在于：所述焊接步骤具体为：采用500℃-550℃的焊接温度，并且使用焊接背保护气进行电弧焊，所述焊接步骤中通过热电偶监测焊接温度。
6.根据权利要求1所述的一种厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接方法，其特征在于：所述焊接步骤中在焊道处设置焊道测温仪，所述焊道测温仪包括TES-1310测温仪和TPK03测温棒。
7.根据权利要求1所述的一种厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接方法，其特征在于：所述焊接步骤中使用焊丝型号为Scu1898的纯铜焊丝，所述纯铜焊丝的钨极直径为5.0-5.5mm。
8.根据权利要求1所述的一种厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接方法，其特征在于：所述焊接步骤中使用的焊接背保护气为高纯氩气，所述高纯氩气的纯度为99.99％。
9.根据权利要求1所述的一种厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接方法，其特征在于：所述焊接步骤中使用的焊接保护气由75％体积分数的Ar和25％体积分数He组成，所述焊接保护气的气流量为20-25L/min。
10.根据权利要求1所述的一种厚壁空心导电磷脱氧铜轴的焊接方法，其特征在于：所述焊接步骤中的焊接电流为350-400A。
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