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探讨紫铜焊接存在的主要问题

  紫铜的焊接性紫铜(纯铜)的焊接性较差,焊接紫铜比焊接低碳钢困难得多。紫铜在焊接时存在的主要问题有:

  1.焊透性差,易变形。紫铜的导热率在室温时比低碳钢约大8倍,在1000℃时要大10倍,使得焊接区不容易加热到熔点,致使母材难以熔化,填充金属和母材不能很好熔合,产生未焊透和未熔化现象。因此,焊接时要使用大功率热源(火焰能率高),通常在焊接前还需采取预热措施。另一方面,紫铜的线膨胀系数比低碳钢要大50%以上,由液态转变为固态时收缩率也较大,再加上铜的导热能力好,使焊缝热影响区宽,如果工件刚度不大,又无防变形措施,在焊件焊后就会产生严重的变形。

  2.易氧化,焊接接头机械性能低。铜在常温下不容易氧化,但当温度升高到300℃以上时,其氧化能力便很快增大。当温度接近熔点时,其氧化能力zui强,生成氧化亚铜(Cu2O)。在焊缝金属结晶时,氧化亚铜和铜会形成低熔点共晶体(1064℃),分布在铜的晶界上,使焊接接头力学性能大为降低,其强度可降低到只有母材的1/2~1/3。又由于铜是单相组织,没有同素异构转变,也没有重结晶和细化晶粒的作用,因此,焊后焊缝金属都是粗大的晶粒组织,所以也造成了焊后焊缝的机械性能一般低于基本金属,尤其是接头部分的塑性和韧性,降低更为明显。

  3.气孔。气孔是铜焊接时的一个主要问题。大量试验研究和生产实践表明,紫铜焊缝对氢气孔的敏感性比低碳钢焊缝要高得多。其原因是:

  一方面铜的导热系数高,使得铜焊缝的结晶凝固过程特别快,因而在高温时所溶解在焊缝中的氢不易上浮逸出,就在焊缝中形成气孔;另一方面,试验表明,铜在高温时吸收氢量的能力比低碳钢也大得多,这也是为什么铜对氢气孔特别敏感的原因。

  4.裂纹。紫铜在焊接时,在焊缝和近缝区内产生的裂纹,其中zui常见的是热裂纹。热裂纹的倾向与两个因素有关:一是焊缝中杂质的影响;一是焊接过程中所产生的应力。铜在高温时易氧化成氧化亚铜,在凝固时,氧化亚铜不溶于固体铜中,因此析出的氧化亚铜与铜形成脆性的共晶体分布于晶界上,使铜变脆,易形成裂纹。

  此外,铅(Pb)和铋(Bi)也是铜的主要有害杂质,它们几乎不溶于铜,在结晶时析出并与铜形成低熔点共晶体,即使在焊缝中含量很低也会形成裂纹。再者,由于铜线膨胀系数和收缩率较大,而且导热性强,焊接时多采用较大的热功率,加热区域较宽,因而焊接接头承受较大的拉应力,也是促使焊接时产生裂纹的另一个原因。

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