有色金属 | 铜及铜合金焊接的隐藏技巧

高导热系数的影响
由于铜及铜合金具有较高的导热系数、线膨胀系数和收缩率，当采用与同厚度低碳钢类似的焊接参数时，母材难以熔化，填充金属与母材熔合不良，导致焊缝熔透不完全。焊后变形也较为严重，焊缝外观较差。因此，即使采用高熔点、低碳钢等高热膨胀系数、线膨胀系数和收缩率 ...力量 焊接时需要使用热源，焊接前需要进行预热，焊接过程中也需要同步加热。此外，母材越厚，散热越严重，达到熔化温度就越困难。

焊接接头高温开裂倾向
焊接过程中，铜会与其杂质形成各种低熔点共晶体。此外，铜及铜合金在加热过程中不会发生同素异形转变，导致铜焊缝中形成大量柱状晶。同时，铜及铜合金较大的线膨胀系数和收缩率会增加焊缝中的应力，进一步增强热裂纹的产生。因此，在熔焊过程中，通常采取以下措施：① 严格控制铜中的杂质含量，特别是氧；② 通过焊丝添加硅、锰、磷等合金元素，以提高焊缝的脱氧能力；③ 选择能够形成双相组织的焊丝，以细化焊缝晶粒。

孔隙率
铜熔焊过程中气孔的形成倾向比低碳钢更为严重。形成的气孔几乎分布于焊缝的各个部分，主要包括由溶解氢引起的扩散性气孔和由氧化还原反应引起的活性气孔。因此，减少或消除铜焊缝气孔的主要措施是减少氢氧源，并采用预热延长熔池存在时间，以利于气体逸出。

联合性能的变化
在熔焊过程中，由于晶粒长大、杂质和合金元素的掺入以及有益合金元素的氧化和蒸发，焊缝会发生塑性下降、导电性降低、耐腐蚀性减弱和晶粒粗化等变化。为了提高焊缝性能，除了尽量减少热效应和进行焊后应力消除热处理外，主要措施还包括控制杂质含量、对焊缝进行改性处理以及根据不同铜合金焊缝的不同要求选择合适的材料。

电极
手工电弧焊焊条分为三类：纯铜焊条、青铜焊条和铜镍合金焊条（参见第二章）。由于黄铜中锌易挥发，手工电弧焊很少用于黄铜焊接。焊条的选择通常根据母材的成分，使用成分相应的焊芯焊丝。对于黄铜焊接，通常选用青铜芯焊条，例如ECuSi和ECuSnB。纯铜焊条（ECu型）采用低氢型镀层，用于焊接脱氧铜或无氧铜结构件。焊条使用前必须严格干燥以去除水分。铜及铜合金焊条应符合GB/T3670—1995《铜及铜合金焊条》标准；具体选择请参见该标准。

埋弧焊用焊丝和焊剂
埋弧焊的特点是电弧热效率高，熔池保护良好。大中厚工件的焊接工艺与钢材焊接基本相同，但具体操作需采取特殊措施。可使用高锰高硅焊剂HJ431，但焊缝中可能出现合金元素过渡；对于接头性能要求较高的工件，优选使用HJ260和HJ150焊剂。纯铜和黄铜焊接可使用纯铜焊丝或青铜焊丝。铜及铜合金焊丝符合GB/T 9460—2008《铜及铜合金焊丝》标准，具体选择需参考该标准。

惰性气体保护焊用焊丝和保护气体
对于薄铜板和中铜板的焊接，气体保护焊正逐渐取代气体保护焊和手工电弧焊。非熔化焊条通常为钍钨极。惰性气体保护焊主要通过焊丝来调节焊缝的成分和性能，以满足工件的要求。因此，焊接纯铜通常选用无氧铜焊丝，例如SCu1898。焊接普通黄铜时，使用含无氧铜和脱氧剂的锡青铜焊丝，例如SCu5210。焊接高强度黄铜时，使用含青铜和脱氧剂的硅青铜焊丝或铝青铜焊丝，例如SCu6560和SCu6100A。焊接铜镍合金时，可以选择铜镍合金焊丝，例如SCu7158。焊接青铜时，使用相应的青铜焊丝。熔化和非熔化惰性气体保护焊的焊丝选择原则相同。对于平坡对接接头且厚度小于3mm的工件，无需填充焊丝；厚度大于3mm的工件，通常需要填充焊丝；厚度大于12mm的工件，优选采用惰性气体保护焊。氩气通常用作保护气体；在特殊情况下，例如焊接纯铜或高导热铜合金，不允许预热且需要较大熔深时，可以使用70%氩气和30%氦气（体积比）的混合气体。混合气体的主要优点是能够改善焊缝金属的润湿性，从而提高焊接质量。铜及铜合金焊丝符合GB/T9460-2008《铜及铜合金焊丝》标准，具体选择请参考该标准。