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铜合金的焊接一直以来都是一件非常具有挑战性的工作,采用激光光束振荡技术焊接铜合金,成功实现了铜合金板材的焊接。工艺参数经过优化后可以得到无缺陷的焊接接头。光束振荡造成的多个在熔化循环时形成复杂的熔化区的主要原因。
铜及铜合金具有的导电性能和导热性能,可进行软钎焊和其他焊接,但由于铜及铜合金的高熔点和极易氧化性能,致使铜及铜合金的焊接存在以下技术难点
(1)高熔点和高导热性,使铜和铜合金焊接温度很高,采用常规焊接工艺参数时, 铜材很难熔化,不能很好地熔合;
(2)焊接接头的热裂倾向大,焊接时,熔池内铜与其中的杂质形成低熔点共晶物, 使铜及铜合金具有明显的热脆性,产生热裂纹;
(3)铜及铜合金焊接易产生气孔的缺陷,且比碳钢严重得多,主要是氢气孔;
(4)焊接接头性能的变化,晶粒粗化,塑性下降,耐蚀性下降等。
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。
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。
黄铜是Cu-Zn合金,根据Zn的含量不同又可分为很多种,为了改变黄铜的性能,也可以加入其它元素,如Al、Ni、Mn等。从而形成了铝黄铜、镍黄铜、锰黄铜等。由Cu-Zn二元系相图可知,黄铜固态下有T、U、V、W、X、Z六个相,其中T相是以铜为基的固溶体,其晶格常数随Zn含量的增加而增大。 Zn在铜中的溶解度与一般合金相反,随温度降低而增加,在456℃时固溶度达大值后, Zn在铜中溶解度随温度的降低而减少。T固溶体具有良好的塑性,可进行冷热加工,并有良好的焊接性能。
青铜是Cu与Sn、Al、Si等元素的合金。按成分可分为锡青铜、铝青铜、硅青铜等。青铜具有较高的耐磨性、力学性能和耐蚀性,弹性和焊接性能都很好,且线收缩系数小。青铜广泛用于铸件和加工制品。