焊接工艺过程
出处：按学科分类—工业技术 河北科学技术出版社《实用焊接技术手册》第661页（5134字）
(一)焊前准备
1．焊丝及焊件表面的清理
铜及铜合金焊前清理及清洗方法见表2－8－13。
表2－8－13 铜及铜合金的焊前清理及清洗方法［2］
注：经清洗合格的焊件应及时施焊。
2．接头形式及坡口制备
由于搭接接头、丁字接头、内角接接头散热快，不易焊透，焊后清除流入焊件缝隙中的熔剂和熔渣很困难，因此尽可能不采用。应采用散热条件对称的对接接头、端接接头，并根据母材厚度和焊接方法的不同，制备相应的坡口。对不同厚度(厚度差超过3mm)的紫铜板对接焊时，厚度大的一端必须按规定削薄。采用单面焊接接头，特别是开坡口的单面焊接接头又要求背面成形时，必须在背面加上成形垫板。一般情况下，铜及铜合金工件不易实现立焊和仰焊。
(二)焊接工艺
1．气焊工艺
氧－乙炔火焰比较适用于焊接薄铜件、铜件的修补或不重要结构的焊接。对厚度较大的，采用较高的预热温度或多层焊，以弥补热输入低的弱点。对于小于1mm的超薄板，也可以通过改变燃烧气体成分(如丙烷－丁烷混合物)、降低火焰温度来适应焊接的需要。
(1)焊丝及熔剂的选择 气焊用焊丝、熔剂从表2－8－10、表2－8－11选择。也可以从相同成分的母材上切条使用。对没有清理氧化膜的母材、焊丝，气焊时必须使用熔剂，使用时可用蒸馏水把熔剂调成糊状，均匀涂在焊丝和坡口上，用火焰烘干后即可施焊。
(2)气焊工艺参数的选择 紫铜的气焊工艺参数见表2－8－14。铜的导热系数和线膨胀系数较大，氧－乙炔热源温度低、能量密度小、热量分散，使焊件受热面积大，变形严重，易出现裂纹、气孔、未焊透等缺陷。可采取如下措施：根据焊件厚度可选用较大的焊嘴、焊炬，增大气体流量。为了减少焊接内应力，防止产生缺陷，应采取预热措施，对薄板及小尺寸工件，预热温度为400～500℃，厚大工件预热温度为600～700℃，黄铜和青铜的预热温度可适当降低。焊接薄板时应采用左焊法，这有利于降低金属过热和晶粒长大；当焊件厚度大于6mm时，则采用右焊法，右焊法能以较高的温度加热母材，又便于观察熔池，操作方便。为防止熔池过快冷却产生裂纹、气孔等缺陷，在焊接过程中，焊嘴与焊件在施焊处保持60°～90°角，随着焊接熔池的建立，焊嘴与焊件间的夹角逐渐缩小到60°～70°，使热量向前方左右分散，焊丝与焊件间夹角为30°～45°。焊接过程偶然中断时，焊矩应缓慢地离开熔池，防止熔池突然冷却。焊炬运动尽可能要快，每条焊缝不要随意中断焊接过程，最好单道焊，一次焊完。焊接长焊缝时，焊前必须留有合适的收缩余量，以保证焊接过程中工件间隙均匀一致，并要先点固后焊接，焊接时应采用分段退焊法，以减少变形。对受力或较重要的铜焊件，必须采取焊后锤击接头和热处理工艺措施。薄铜件焊后要立即对沿焊缝两侧的热影响区进行锤击。5mm以上中厚板，需要加热至500～600℃后进行锤击。锤击后将焊件加热至500～600℃，然后在水中急冷，可提高接头的塑性和韧性。黄铜应在焊后尽快在500℃左右退火。
表2－8－14 紫铜气焊工艺参数［1］
2．碳弧焊工艺
碳弧焊只能用于焊接不重要的中薄铜件。表2－8－15为铜及铜合金的碳弧焊工艺参数。铜及铜合金碳弧焊可采用Ⅰ形或Ⅴ形坡口。焊接紫铜工艺参数的选择原则是“大”的焊接电流和电弧长度，“快”的焊接速度，以减少紫铜的氧化和接头金属内部晶粒的长大，改善焊缝及热影响区的结晶组织和力学性能。
表2－8－15 铜及铜合金的碳弧焊工艺参数［6］
焊接黄铜时，弧长要适当缩短，以减少锌的烧损，母材含锌量越高，弧长越要缩短。
3．埋弧焊工艺
埋弧焊接铜及铜合金时，板厚小于20mm的工件在不预热和不开坡口的条件下可获得优质接头，使焊接工艺大为简化，特别适合于中厚板的长焊缝焊接。紫铜、青铜埋弧焊的焊接性能较好，黄铜的焊接性尚可。
(1)焊丝与焊剂的选择 一般碳钢埋弧焊用的焊剂也适用于紫铜的焊接，常用的有HJ431、HJ260、HJ250、HJ360等。HJ260的氧化性小，和普通紫铜焊丝配合使用，焊成的接头塑性高，延伸率可达38%～45%，接头导电性能也较高。HJ431氧化性强，容易向焊缝过渡Si、Mn等元素，使接头的导电性、耐腐蚀性下降。焊剂在使用前必须烘干，烘干温度250℃，保温时间1～2h。
紫铜埋弧焊用的焊丝有HSCu201、硅青铜丝、T1、T2纯铜丝、TP磷脱氧铜丝。
T1、T2纯铜丝、TP磷脱氧铜丝配合HJ431焊剂，用于磷脱氧铜的埋弧焊时，其含氧量应控制在0．01%以下，否则容易引起裂纹。
(2)焊前预热和焊接工艺参数紫铜埋弧焊可不预热，但为保证焊接质量，对于厚度大于20mm的焊件最好采用局部预热(200℃～400℃)，过高的预热温度会引起热影响区晶粒长大，并产生激烈氧化，以致形成气孔、夹杂等缺陷，降低焊接接头力学性能。预热温度的高低与板厚、接头形式、焊接工艺参数等有关。表2－8－16为紫铜的埋弧焊工艺参数。因紫铜的电阻很小，所以紫铜焊丝的熔化速度与焊丝的伸出长度无关，选择范围较大。黄铜、青铜焊丝的熔化速度随干伸长度增大而增大，一般选20～40mm。
表2－8－16 紫铜埋弧焊工艺参数［2］
(3)焊接用垫板 埋弧焊采用的线能量较大，焊接熔池大，为防止液态金属流失，并获得理想的反面成形，无论是单面还是双面焊，背面均使用焊剂垫。焊剂垫由碳钢槽做支撑，槽内填满焊剂。使用时要求通过一定压力，使焊剂垫能与焊缝背面紧密接触，防止空气侵入和铜液流出。垫板压得过紧，会使焊缝产生内凹现象。为了保证焊剂垫层有一定的透气性，宜选用颗粒度稍大的焊剂(2～3mm)做焊剂垫层，焊剂垫层高度一般不小于30mm。
4．TIG焊工艺
TIG焊是铜及铜合金的主要焊接方法之一，适合于中、薄板和小件的焊接和补焊。
(1)填充焊丝 TIG焊焊缝的成分及力学性能、物理性能主要通过焊丝的成分来调节。焊丝有专用和通用的两类。不同的铜合金，选择焊丝成分的重点也不相同。
①紫铜和白铜 材料本身不含脱氧元素，一般选择含有Si0．5%、P0．15%或Ti0．3%～0．5%脱氧剂的无氧铜焊丝和白铜焊丝，如HS201、ECu、RCuSi等，它们还具有较高的导电率和与母材颜色相同的特点。对于白铜，为了防止气孔和裂纹的产生，即使焊接刚性较小的薄板，也要求采用加填焊丝来控制熔池的脱氧反应。
②黄铜 为了抑制锌的蒸发烧损对气氛造成污染，以及对电弧燃烧稳定性的影响，填充金属不应含锌。引弧后使电弧偏向填充金属而不是偏向母材，这有利于减少母材中锌的烧损和烟雾。焊普通黄铜，采用无氧铜加脱氧剂的锡青铜焊丝，如SCuSnA；焊高强度黄铜，采用青铜加脱氧剂的硅青铜焊丝或铝青铜焊丝，如SCuAl、SCuSi、RCuSi等。
③青铜 材料本身所含合金元素就具有较强的脱氧能力，焊丝成分只需补充氧化烧损部分，即选用含合金元素量略高于基材的相应焊丝，如硅青铜焊丝SCuSi、RCuSi；铝青铜焊丝SCuAl；锡青铜焊丝SCuSn、RCuSn等。
(2)TIG焊工艺参数 表2－8－17～表2－8－21为铜及铜合金的手工钨极氩弧焊工艺参数。铜及铜合金的TIG焊主要采用直流正接，焊接方向一般采用左焊法。对铍青铜，铝青铜，采用交流TIG焊，对清除表面氧化膜是有利的。
表2－8－17 紫铜的TIG焊工艺参数
表2－8－18 硅青铜TIG焊工艺参数
表2－8－19 铝青铜TIG焊工艺参数
表2－8－20 锡青铜TIG焊工艺参数
表2－8－21 白铜TIG焊工艺参数
5．熔化极氩弧焊工艺(MIG)
熔化极氩弧焊(MIG)是焊接中、厚板铜及铜合金的理想方法，在生产中已得到广泛应用。
MIG焊对由氧引起的焊缝气孔和强度降低很敏感，用该方法焊接脱氧铜，能获得无气孔、强度较高的焊缝。在焊接脱氧元素不足的铜时，焊缝的气孔较多，且强度较低。
(1)填充材料 选用焊丝的原则及成分与手工钨极氩弧焊相同。焊接纯铜时应选用含硅、锰、磷等脱氧剂ECu的焊丝。黄铜脱氧剂硅还可抑制锌的烧损。在焊丝中加入铝，可起到脱氧剂和合金剂的作用，还可细化晶粒，提高焊接接头的塑性和耐蚀性。焊丝中加入Fe可提高焊缝强度和耐磨性，但塑性下降。带锡焊丝的液体金属的流动性和工艺性能好。采用单一或复合的钛、锆、硼作为脱氧剂的铜合金焊丝，效果较好。
(2)焊接工艺参数 MIG焊采用直流反极性、大电流、高焊速，这样可以提高电弧的稳定性，避免硅青铜、磷青铜的热脆性和近缝区晶粒长大。对于硅青铜和铍青铜，根据其脆性及高强度的特点，焊后应进行消除应力退火和500℃保温3h的时效硬化处理。铜及铜合金熔化极氩弧焊工艺参数见表2－8－22至表2－8－24。
表2－8－22 紫铜的MIG焊工艺参数
表2－8－23 青铜的MIG焊工艺参数
表2－8－24 黄铜和白铜的MIG焊工艺参数
6．等离子弧焊接工艺
等离子弧很适合焊接线膨胀系数大、收缩率也大、导热速度快、对热较敏感的铜及铜合金。对6～8mm厚的铜件可不预热不开坡口一次焊成，接头质量可达到母材水平。厚度大于8mm的可采用留大钝边、开Ⅴ形坡口的等离子焊与MIG焊或TIG焊联合工艺，即选用不填丝的等离子焊底层，然后用熔化极或填丝钨极氩弧焊焊满坡口。微束等离子弧焊接0．1～1mm的超薄件可使工件的变形减到最小的程度。
等离子弧焊接采用直流正接转移弧，一般采用非穿透法而不用小孔法。为了获得更高的能量，还可在采用单一氩作为离子气的基础上改用掺入5%H2或30%He的混合气体。铜及铜合金大功率等离子弧焊接的工艺参数见表2－8－25。
表2－8－25 紫铜和黄铜的等离子弧焊接工艺参数
