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众所周知,铜及其合金是一种非常难以焊接的材料,其原因如下:铜及其合金的传导率比较高,造成熔化困难,因此大量的热需要用来补偿热消散和局部进行高度加热,结果形成热应力和终造成变形等缺陷。溶解的氧容易形成氧化物和气孔。对激光束的吸收率比较低,尤其是激光波长为700nm以上的时候,吸收率不到3%。
光束摇摆(振荡)扩大了激光束与材料之间相互作用的面积和焊接宽度,降低了焊接过程中所需要的热输入。在高反射材料中,如铜合金,采用光束振荡,材料的局部温度会升高和提高对激光的吸收率。能量的效率会增加,因为在焊接过程中的反射变少。另外一个主要的优势在于适宜的光束振荡激光头在使用时,可以控制热温度梯度和匙孔的稳定性,这将导致焊接缺陷的减少和获得光滑的焊缝表面。
光束振荡对焊接工艺产生了积极的影响,这是因为焊接模式从匙孔效应转变为传导焊接模式。没有施加光束振荡的条件下,样品中存在大量的气孔缺陷,飞溅和空穴,导致的原因是匙孔的不稳定性。
在单道对接焊时应采用垫板。常用垫板材料有:铜、石墨和干石棉等。铜合金焊接时吸气较严重,液态时溶解大量氢,在冷却凝固过程中,由于其溶解度降低,氢来不及逸出,在焊缝和熔合区形成气孔。氢还能与氧化亚铜反应生成水泡,形成另一种气孔。铜合金线膨胀系数较大,焊接时,焊件产生较大变形。
长期以来,铜及铜合金的焊接主要是应用钎焊、气焊、电弧焊、惰性气体保护焊、埋弧焊、扩散焊等方法。近年来,随着焊接技术的发展,又采用了电子束、激光、等离子弧等高能量热源进行焊接,取得了很好的效果。
铜为面心立方晶格,具有较多的形变滑移系,室温、高温变形能力很好,退火状态的铜,不经中间退火可压缩85%~ 95%而不产生裂纹。但纯铜在500~ 600℃呈现“中温脆性”。在焊接过程中,易在此温度区间发生裂纹。据研究,“中温脆性”和杂质的性质、含量、分布、固溶度等有关。铜可分为无氧铜和含有少量氧的纯铜。纯铜的导电性能好,常用于导电材料,但是存在Cu2O-Cu的低熔点共晶物,焊接时易出现裂纹。无氧铜又可分为用P、Mn脱氧的脱氧铜和无氧铜,由于其焊接性好,常用于焊接结构。
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