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解析紫铜的焊接研究现状及方法

作者:ownpowerkefu 发表于:2019-04-03 11:04:53 分享至:
导读:紫铜具有面心立方结构,其密度为8.9×103kg/m³,约为铝的3倍,导电率1.68×10-8Ωm和热导率391W/mK约为铝的1.5倍。因此,紫铜以其优良的导电性、导热性、延展性,以及在某些介质中良好的抗腐蚀性能而成为电子、化工、船舶、能源动力、交通等工业领域中高效导热和换热管..
解析紫铜的焊接研究现状及方法

紫铜具有面心立方结构,其密度为8。9×103kg/m³,约为铝的3倍,导电率1。68×10-8Ωm和热导率391W/mK约为铝的1。5倍。因此,紫铜以其优良的导电性、导热性、延展性,以及在某些介质中良好的抗腐蚀性能而成为电子、化工、船舶、能源动力、交通等工业领域中高效导热和换热管道、导电、抗腐蚀部件的优选材料。

  一、紫铜的焊接研究现状

  紫铜虽然有着各种优良的性质,但是由于其导热率高,焊接过程中容易出现热裂纹、气孔等缺陷。长期以来,紫铜的焊接主要是气焊、钎焊、手工电弧焊、TIG焊、电子束焊等。

  二、紫铜常用焊接方法分析

  1、气焊

  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℃),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。因高温的铜液容易吸收气体,而且热影响区金属晶粒容易长大变脆,所以焊接时最好进行单道焊。

  2、手工电弧焊

  手工电弧焊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。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,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。为了克服一般紫铜焊条热输入量小、抗裂性差的特点,研制了专用于导电紫铜排焊接用的焊条,经使用效果良好。

  3、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。

  4、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”现象等特点。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。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、无钎剂腐蚀作用、焊后不需要清洗、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。

  5、电子束焊

  电子束焊接具有能量密度高和穿透能力很强、冷速快、晶粒细、热影响区小等优点。在对厚壁紫铜作穿透性焊接有很大的优越性。但在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。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。此外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。

  6、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。但必须预热600-700℃,对氧元素很敏感,在焊接脱氧不足的铜时,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。

  7、搅拌摩擦焊

  搅拌摩擦焊是近些年代发展起来的固态塑性连接方法,由于焊接过程中焊缝金属不发生熔化,不会出现与熔化焊相关的裂纹,气孔等缺陷;焊接过程中不需使用保护气体、填充焊丝,焊前不需对接头进行严格的清洗,焊接生产成本较低,易于实现自动化,焊缝质量稳定可靠性高。

  综上所述,紫铜用熔化焊方法焊接时由于其导热系数大、并且易于与其中的杂质形成低熔点化合物,因而其焊缝成形能力差、热裂倾向大,容易出现未焊透、热裂纹、气孔等缺陷。TIG钎焊虽是一种有发展前景的焊接方法,但其接头强度低、韧性差,故应用并不广泛。在设备、成本、生产周期等方面的影响下,现在应用最广泛的仍然是TIG焊。TIG焊不但使用灵活方便,适用于多角度焊接,而且使用成本不高,有利于大规模使用。

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