銅及銅合金氬弧焊激光焊說明

1、銅及銅合金焊接由于銅的導熱系統(tǒng)數(shù)大, 熱容量也大, 焊接時熱量迅速從熱區(qū)傳導出去, 使母材和填充材料難以熔合,因此焊接時, 必須采用大功率熱源, 必要時, 還要采取預熱措施。對于薄板來講，選用加熱面積小、能量密度大、功率大的焊接方法較好?，F(xiàn)有針對銅及銅合金板材的焊接較常用的為鎢極氬弧焊，采用激光焊接的較少。1 鎢極氬弧焊鎢極電弧非常穩(wěn)定，特別適合薄板材料焊接，填充焊絲不通過電流，焊接過程中不會產(chǎn)生飛濺，焊縫成形美觀；但鎢極承載電流能力差，過大的電流會引起鎢極的熔化和蒸發(fā)，其熔化的微?？赡苓M入熔池而引起焊縫夾雜；另外，鎢極氬弧焊具有熔敷速度小，熔深淺和生產(chǎn)效率低缺點。表1 直流TIG焊接工藝參數(shù)

2、針對焊接軋制成型管中的縱焊縫，張健1關于薄板（板厚1mm）高速 TIG 焊溫度場的數(shù)值模擬的研究中表明，采用直流TIG焊接紫銅板取得了較好的效果，其工藝如表1，其焊縫寬度約為1.0mm，如圖1 a和b，焊縫成形質量較好。針對薄板軋制成型管焊接成形焊縫，TIG焊接可以作為其中的一種焊接方式。鎢極直徑/mm鎢極至工件的距離/mm電弧加熱有效半徑/mm焊接電流/A電弧電壓/U焊接速度m/min133801010a圖1 焊縫宏觀照片b2 激光焊接2.1現(xiàn)有激光焊接研究中，針對白銅激光焊接研究較少，紫銅激光焊接研究相對較多2。銅及銅合金的線膨脹系數(shù)大，液態(tài)凝固時的收縮率比鐵大一倍以上，再加上銅的導熱性能

3、良好，使得焊接熱影響區(qū)加寬，在工件厚度較薄或結構剛度較小，又無防止變形的措施時，工件焊后很容易產(chǎn)生較大的變形。因此在選用激光焊接薄板白銅時，由于激光能量較大，焊接熱影響區(qū)寬度必須嚴格控制，因此，在焊縫成形質量較好的前提下，應選用較低的激光功率。圖2 不同波長下不同金屬材料的激光吸收率曲線表2 激光器種類及參數(shù)激光焊接一般為脈沖激光焊和連續(xù)激光焊，而脈沖激光焊其能量至工件時斷續(xù)的、脈沖式的。激光器種類見表23。針對焊接白銅薄板，因銅材對激光吸收率較低，導熱系數(shù)大，建議選用橫流CO2激光器或YAG型激光器，CO2激光器輸出功率較大，且為連續(xù)激光焊接；YAG型激光器波長較小，相對CO2激光器銅對波長

4、1.06 m的激光吸收率較高4，銅在不同波長下對激光的吸收率如圖2，銅在不同溫度下激光的吸收率如圖3，由圖可知，選用激光焊接，隨著焊接的進行，銅薄板對激光的吸收率逐漸增加，在焊接過程中可能會出現(xiàn)初始的焊縫未完全熔合或部分熔合。圖3 在不同溫度下鋁、銅、鐵、鉑的激光吸收率選用橫流CO2激光器或YAG型激光器焊接白銅薄板時，為確保焊接過程中板與板之間的相對位置不變，一般都要采取適當夾緊方式。在軋制成形管激光焊接過程中可采用定位夾緊棍來夾緊或固定，如圖4。定位夾緊棍圖4 激光焊定位夾緊方式2.2激光焊接異?，F(xiàn)象 激光焊接過程中出現(xiàn)的兩種異?，F(xiàn)象，即焊縫的縮頸和表面凸起現(xiàn)象5。針對焊縫的縮頸原因有以下

5、三點：激光束的偏振小孔壁聚焦小孔內高壓金屬蒸氣的形成激光焊接過程總表面凸起現(xiàn)象分析認為是有以下三方面綜合作用造成：材料熱膨脹及熱應力的影響熔池表面熔體的流動組織的變化在實際的焊接過程中，若表面凸起較為嚴重，將在焊縫表面形成縱向呈魚鱗狀的凸起帶，稱為“魚鱗紋”。它對于激光焊接表面的質量是不利的，針對其產(chǎn)生根源，對板材局部施壓，調節(jié)激光能量及施加方式，可以對凸起加以改善。而在板材對接焊中，卻可以利用表面凸起現(xiàn)象，在板材之間預留一道寬度適中的狹縫，在焊后可以得到表面齊平的焊道。2.3銅及銅合金焊接過程中易出現(xiàn)的缺陷 未熔合與未焊透銅導熱性良好，焊接時易產(chǎn)生未熔合和未焊透。 焊接變形或焊縫凹陷，針對此

6、缺陷要適當控制焊接線能量，以減少熱輸入。 熱裂紋銅在液態(tài)時很容易被氧化生成氧化亞銅Cu2O。Cu2O與Cu可生成熔點為1060 的共晶，與Pb生成熔點為326 的CuPb共晶，與Bi生成熔點為270 的共晶，與CuS生成熔點為1067共晶，這些共晶的熔點均低于紫銅1083 的熔點。在結晶過程中，由于低熔點共晶體分布在枝晶間或晶界處，使銅和銅合金具有明顯的熱脆性，加上焊接應力的作用，極易產(chǎn)生熱裂紋。針對熱裂紋的預防或消除，可采用加大氣體流量來保護熔池，以避免生產(chǎn)Cu2O。激光焊接中一般采用純氬氣保護熔池，氬氣流量為520L/min。 氣孔是銅及銅合金焊接時常見的缺陷，紫銅焊縫中的氣孔主要是氫氣孔

7、。氫氣孔的形成與氫在銅中的溶解度隨溫度下降突變有關。另一種氣孔是由冶金反應生成的水蒸氣和二氧化碳等，在焊接凝固時來不及逸出形成的。 焊接接頭的塑性、導電性、耐蝕性焊縫及熱影響區(qū)受熱循環(huán)后晶粒變粗，各種脆性的低熔點共晶出現(xiàn)在晶界，使塑性和韌性顯著下降。為脫氧加入的錳、硅等元素，以及焊接過程中溶入的雜質和合金元素，都會不同程度的降低銅接頭的導電性能。耐蝕性能的下降主要是有益元素如鋅、鎳、鋁等的蒸發(fā)和燒損造成的。選用激光焊接，元素的燒損會增加，因此要適當控制焊接線能量，同時還要保證焊縫成形質量較好。3 總結 激光焊接相對鎢極氬弧焊，其能量密度大，焊接速度快，生成率較高，但由于銅對激光的吸收率較低，因此要選用合適的焊接線能量，并最大程度降低焊接缺陷，保證焊縫質量。另外，在蘇泰克公司中國銷售工程師處了解到，目前針對激光焊接銅管還沒有工業(yè)化生產(chǎn)設備，在歐洲游大學只是在實驗室成功。4 參考文獻1 張健.薄板高速 TIG 焊溫度場的數(shù)值模擬(碩士學位論文)，天津大學，2007.2 王金