一、銅及銅合金的焊接特點bjg
根據銅及銅合金的顏色和成分，可分為純銅（紫銅）、黃銅、青銅、白銅等四大類
工業用的純銅呈紫紅色，通常稱紫銅，它的含銅量不低于99.5%，密度為8.89g/cm3，熔點是1083℃，線膨脹系數是16.8×10-6/K，具有良好的導電性、導熱性、耐蝕性及延展性。純銅的強度和硬度低，特別是在400～700℃的高溫時，其強度和硬度顯著降低。純銅中的雜質（氧、硫、鉛等）與銅形成脆性化合物和低熔點共晶物，在焊接過程中容易產生熱裂紋。
黃銅是由銅和鋅組成的合金，其表面呈淡黃色。工業上應用的黃銅，含鋅量均小于46%，其顏色隨含鋅量的增加而由黃紅色變為淡黃色。普通黃銅的強度和耐蝕性都比紫銅高得多，并保持一定的塑性，承受冷熱加工。
青銅是在銅合金中不以鋅或鎳為主要元素，而加入錫、鋁、硅等其他元素。按加入的合金元素，則分為錫青銅、鋁青銅、硅青銅等。青銅的強度和耐磨性較高，但導熱性比較低，其結晶區間較窄，這對其焊接性有很大的改善。
白銅是銅和鎳的合金，是因鎳的加入使紫色逐漸變成白色而得名。一般含鎳為5%～30%。單純由銅和鎳組成的合金稱為普通白銅，當再加入錳、鋅、鋁等合金元素時，就分別稱為錳白銅、鋅白銅、鋁白銅。白銅具有較好的綜合力學性能，其導電性、導熱性與碳鋼接近，因此容易焊接，不需要預熱。但白銅對鉛、硫、磷等雜質比較敏感，容易形成熱裂紋。
銅及銅合金的焊接性比較差，焊接銅及銅合金比焊接低碳鋼困難得多。焊接時容易產生以下問題。
（1）焊縫成形能力差，銅及銅合金熔焊時容易出現母材難于熔合、坡口焊不透和焊縫表面成形差的外觀缺陷。
（2）焊接接頭容易產生裂紋，銅及銅合金焊接時，在焊縫和熱影響區均可能產生裂紋，其中最常見的是焊縫熱裂紋。
（3）銅在液態能溶解較多地氫氣，如果焊縫金屬冷卻較快，過剩的氫氣來不及逸出，在焊縫的各個部位均易產生氣孔。
（4）銅在液態容易氧化，合金元素燒損，使焊接接頭性能下降，特別是塑性和韌性會明顯降低。
（5）銅及銅合金的線膨脹系數大，比低碳鋼約大50%以上，焊后的工件易產生變形。
二、銅及銅合金的焊接方法與操作技巧
銅及銅合金在焊前必須對吸附在焊絲和工件坡口兩側30mm范圍內表面的油脂、水分、金屬表面氧化膜及其他雜質徹底清除，直至露出金屬光澤為止。油脂等雜質一般用汽油、酒精丙酮等溶劑擦拭，污染嚴重的可將焊絲、焊件置于10%氫氧化鈉水溶液中，并將水溶液加熱到30～40℃清洗，然后用清水沖凈并吹干。焊件表面氧化膜一般用不銹鋼刷清除。
銅及銅合金焊絲的選擇必須根據母材金屬的牌號和成分，結合具體施工條件等因素來確定。常用銅及銅合金焊絲見表4-28。
表4-28 常用銅和銅合金焊絲
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純銅預熱溫度根據工件的厚度來確定。工件越厚，預熱溫度越高。厚度從4～40mm，預熱溫度可在300～600℃范圍內選擇。采用鎢極手工氬弧焊時，工件厚度在4mm以下可不預熱，4～12mm厚的純銅需預熱至200～450℃。黃銅、青銅氬弧焊時，對厚大的工件和鑄件可采取預熱措施，一般預熱150～300℃。
1.純銅的氬弧焊
（1）鎢極氬弧焊。
①純銅手工鎢極氬弧焊時，母材厚度δ＜3mm時，不開坡口；δ=3～10mm時，開V形坡口，角度為60°～70°；δ＞10mm時，開X形坡口，角度為60°～70°，不留鈍邊。
②采用直流正接，采用左焊法。焊前用高頻振蕩器引弧或在碳塊、石墨塊上接觸引弧，待電弧引燃后再移入焊接坡口內。
③采用定位焊時，點焊縫要細而長（20～30mm），如發現裂紋應鏟掉重焊。
④厚板多層焊時，焊接層數不宜過多，例如20mm厚純銅板的焊接僅在正面焊3層，反面焊1層。第一層焊接時主要控制反面成形，因此該層焊縫的堆高要小（2～3mm）。多層焊時，層間溫度不應低于預熱溫度，在焊下1層焊縫之前，要用不銹鋼絲刷或鋼絲刷刷掉焊縫表面上的氧化物。
⑤4mm以內的薄純銅板單面立對接焊時，一般由一名氬弧焊工在焊件正面進行焊接，而另一名焊工在焊件反面用氧-乙炔焰預熱。焊槍與焊件表面間的角度為45°；焊絲與焊件的夾角15°。4～12mm厚的純銅板立對接焊時，建議由兩名氬弧焊工在相對位置上進行雙面焊接，如圖4-29所示。
具體焊接規范見表4-29。
圖4-29 雙面立焊時焊槍與焊絲所處的位置
表4-29 紫銅鎢極手工氬弧焊焊接規范
⑥操作時，焊槍做均勻平穩的直線運行。電弧長度保持在3～5mm，噴嘴到焊件表面的距離應控制在8～14mm范圍內。這樣既便于觀察熔池，又能保證焊接區的氬氣保護，送絲速度應根據熔池的溫度及焊縫的成形來確定，其操作技術與鋁的氬弧焊基本一致。焊絲與焊件表面的角度要盡量小，以減少對氬氣流的阻礙作用，焊絲同樣不能與鎢極接觸，具體位置見圖4-30。
圖4-30 紫銅的鎢極手工氬弧焊示意圖
⑦焊接時應注意防止“夾鎢”和始端裂紋，可采用引出板或始端焊一段后，待其冷卻后再焊。
（2）熔化極氬弧焊。當紫銅厚度超過12mm時，焊接時一般選用熔化極氬弧焊方法。
熔化極氬弧焊焊接紫銅時，焊絲的選用原則及焊絲牌號、坡口形式與鎢極手工氬弧焊基本一致，但坡口角度減小，一般不留間隙。
熔化極氬弧焊采用直流反接，大電流、高焊速，由于熔池增大，相應地保護氣體流量也應增加。純銅熔化極氬弧焊焊接規范參數見表4-30。
表4-30 純銅熔化極氬弧焊接規范參數選用
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2.黃銅的氬弧焊
鎢極氬弧焊適宜焊接小尺寸的黃銅焊件，其焊接工藝與純銅氬弧焊相同。但黃銅氬弧焊在焊接時還要采取以下措施。
（1）黃銅氬弧焊時，焊槍的噴口直徑要比焊接同樣厚度的鋁合金時大2～6mm，氬氣流量要大4～8L/min，防止由于鋅的蒸發而破壞了氬氣的保護效果。
（2）對厚板及鑄件焊接前可采取預熱措施。
（3）鎢極氬弧焊焊接電源可用直流正接，但也可采用交流電。由于采用交流電時，合金成分鋅的燒損比直流正接時少，所以，手工鎢極氬弧焊一般采用交流電源。
（4）選擇硬規范，采用高焊接速度，以減少熱影響區范圍。
（5）焊接時盡量將填充焊絲置于電弧和母材之間，避免電弧對母材的直接加熱。
（6）焊后應加熱到300～400℃進行退火處理，以消除焊接應力。
3.青銅的氬弧焊
錫青銅鎢極氬弧焊采用直流正接，其特點是鎢極燒損小而工件的熔深大；熔化極氬弧焊采用直流反接，其特點是熔滴過渡穩定，焊絲熔化速度較高。
錫青銅氬弧焊的焊接工藝與紫銅氬弧焊的工藝基本相同，但錫青銅的導熱性比較大，所以焊接時應采用較大的焊接電流和較低的焊接速度。
鋁青銅手工鎢極氬弧焊同樣用于鑄件的焊補，采用交流焊接，比直流電源更有利于破除表面氧化膜，使焊接過程穩定。對于厚大的焊件，需要進行150～300℃溫度的預熱，操作技術與一般氬弧焊工藝相同。焊補缺陷尺寸較大的鋁青銅鑄件時，可將鑄件傾斜15°，進行上坡焊。其焊接規范參數見表4-31。
表4-31 鋁青銅手工鎢極氬弧焊焊接規范選用
三、銅及銅合金的焊接操作實例
1. 水冷電爐銅管的MIG焊
水冷電爐的銅制水冷部分采用φ76mm×10mm的銅管對接，其工況比較惡劣，產品要求焊后進行1.0～2.5MPa水壓試驗及通球試驗。
采用MIG焊進行焊接生產，焊接工藝如下：
（1）焊絲選用φ1.6mm的SCu201，氬氣純度在99.99%以上。焊機為國產NB-500（平硬外特性）。
（2）坡口組對形式采用60°V形坡口對接，坡口鈍邊2±0.5mm，間隙為0～1mm。
（3）焊接參數見表4-32。
表4-32 水冷電爐銅管的MIG焊的焊接參數
圖4-31 焊接操作示意圖
（4）預熱溫度400～450℃，道間溫度380～420℃，即銅管略顯淡紅色。
（5）如圖4-31所示，定位焊時只點焊A、C兩處，先點C點，再在A下方約10mm處引弧定位，焊縫7～10mm，兩端形成緩坡狀，工藝參數與正式焊接時相同，焊接時焊槍位置按個人習慣處于合適位置即可。
（6）點焊后，從B點下方約10mm處引弧開始焊接（圖4-31），燃弧后迅速將焊槍移至坡口中心，此時能聽到輕微“啪啪”聲，向前焊即可，這時注意焊槍角度隨焊縫位置的變化而變化，始終保持最佳角度。
（7）熄弧時（在C點），焊槍輕輕向上抬一下，再向前焊以形成一個緩坡狀接口；再從A點引弧，同法焊至C處形成飽滿接頭。
（8）再翻轉銅管焊下半圓，打底層焊后，最后焊填充蓋面層，兩層焊滿。
焊后外觀檢查合格，經1.6MPa，保壓15min，降到1.0MPa保壓45min的水壓試驗合格，通球試驗合格，滿足了水冷件設備的要求。
2.高爐純銅螺旋風口的熔化極氬弧焊
高爐螺旋風口是高爐的關鍵備件。其材質為純銅，由本體和前帽兩部件焊接而成，如圖4-32所示。
風口本體與前帽組裝后的內、外兩條環縫的質量要求較高，不允許有未熔合、裂紋等缺陷，焊縫表面要平整、光滑，風口內部要有密封性。為了保證質量，采用熔化極氬弧焊。焊接工藝如下。
（1）采用NBA-500型焊機，并配以專用轉胎。
（2）采用鎖底V形坡口的對接接頭（圖4-33）。焊前對焊件表面的氧化膜進行嚴格清理，并預熱到600～650℃。
圖4-32 螺旋風口示意圖
1—本體；2—前帽；3—外部焊縫；4—內部焊縫
圖4-33 坡口示意圖
（3）采用HSCuSn焊絲，先焊外環縫，后焊內環縫，焊接2～3層。
（4）所采用的熔化極氬弧焊工藝參數如表4-33所示。
表4-33 純銅螺旋風口MIG焊焊接參數
（5）焊后經著色檢測、水壓試驗以及抽樣X射線探傷，產品完全符合質量標準。
