一、铜及铜合金的焊接特点bjg
根据铜及铜合金的颜色和成分，可分为纯铜（紫铜）、黄铜、青铜、白铜等四大类
工业用的纯铜呈紫红色，通常称紫铜，它的含铜量不低于99.5%，密度为8.89g/cm3，熔点是1083℃，线膨胀系数是16.8×10-6/K，具有良好的导电性、导热性、耐蚀性及延展性。纯铜的强度和硬度低，特别是在400～700℃的高温时，其强度和硬度显著降低。纯铜中的杂质（氧、硫、铅等）与铜形成脆性化合物和低熔点共晶物，在焊接过程中容易产生热裂纹。
黄铜是由铜和锌组成的合金，其表面呈淡黄色。工业上应用的黄铜，含锌量均小于46%，其颜色随含锌量的增加而由黄红色变为淡黄色。普通黄铜的强度和耐蚀性都比紫铜高得多，并保持一定的塑性，承受冷热加工。
青铜是在铜合金中不以锌或镍为主要元素，而加入锡、铝、硅等其他元素。按加入的合金元素，则分为锡青铜、铝青铜、硅青铜等。青铜的强度和耐磨性较高，但导热性比较低，其结晶区间较窄，这对其焊接性有很大的改善。
白铜是铜和镍的合金，是因镍的加入使紫色逐渐变成白色而得名。一般含镍为5%～30%。单纯由铜和镍组成的合金称为普通白铜，当再加入锰、锌、铝等合金元素时，就分别称为锰白铜、锌白铜、铝白铜。白铜具有较好的综合力学性能，其导电性、导热性与碳钢接近，因此容易焊接，不需要预热。但白铜对铅、硫、磷等杂质比较敏感，容易形成热裂纹。
铜及铜合金的焊接性比较差，焊接铜及铜合金比焊接低碳钢困难得多。焊接时容易产生以下问题。
（1）焊缝成形能力差，铜及铜合金熔焊时容易出现母材难于熔合、坡口焊不透和焊缝表面成形差的外观缺陷。
（2）焊接接头容易产生裂纹，铜及铜合金焊接时，在焊缝和热影响区均可能产生裂纹，其中最常见的是焊缝热裂纹。
（3）铜在液态能溶解较多地氢气，如果焊缝金属冷却较快，过剩的氢气来不及逸出，在焊缝的各个部位均易产生气孔。
（4）铜在液态容易氧化，合金元素烧损，使焊接接头性能下降，特别是塑性和韧性会明显降低。
（5）铜及铜合金的线膨胀系数大，比低碳钢约大50%以上，焊后的工件易产生变形。
二、铜及铜合金的焊接方法与操作技巧
铜及铜合金在焊前必须对吸附在焊丝和工件坡口两侧30mm范围内表面的油脂、水分、金属表面氧化膜及其他杂质彻底清除，直至露出金属光泽为止。油脂等杂质一般用汽油、酒精丙酮等溶剂擦拭，污染严重的可将焊丝、焊件置于10%氢氧化钠水溶液中，并将水溶液加热到30～40℃清洗，然后用清水冲净并吹干。焊件表面氧化膜一般用不锈钢刷清除。
铜及铜合金焊丝的选择必须根据母材金属的牌号和成分，结合具体施工条件等因素来确定。常用铜及铜合金焊丝见表4-28。
表4-28 常用铜和铜合金焊丝
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纯铜预热温度根据工件的厚度来确定。工件越厚，预热温度越高。厚度从4～40mm，预热温度可在300～600℃范围内选择。采用钨极手工氩弧焊时，工件厚度在4mm以下可不预热，4～12mm厚的纯铜需预热至200～450℃。黄铜、青铜氩弧焊时，对厚大的工件和铸件可采取预热措施，一般预热150～300℃。
1.纯铜的氩弧焊
（1）钨极氩弧焊。
①纯铜手工钨极氩弧焊时，母材厚度δ＜3mm时，不开坡口；δ=3～10mm时，开V形坡口，角度为60°～70°；δ＞10mm时，开X形坡口，角度为60°～70°，不留钝边。
②采用直流正接，采用左焊法。焊前用高频振荡器引弧或在碳块、石墨块上接触引弧，待电弧引燃后再移入焊接坡口内。
③采用定位焊时，点焊缝要细而长（20～30mm），如发现裂纹应铲掉重焊。
④厚板多层焊时，焊接层数不宜过多，例如20mm厚纯铜板的焊接仅在正面焊3层，反面焊1层。第一层焊接时主要控制反面成形，因此该层焊缝的堆高要小（2～3mm）。多层焊时，层间温度不应低于预热温度，在焊下1层焊缝之前，要用不锈钢丝刷或钢丝刷刷掉焊缝表面上的氧化物。
⑤4mm以内的薄纯铜板单面立对接焊时，一般由一名氩弧焊工在焊件正面进行焊接，而另一名焊工在焊件反面用氧-乙炔焰预热。焊枪与焊件表面间的角度为45°；焊丝与焊件的夹角15°。4～12mm厚的纯铜板立对接焊时，建议由两名氩弧焊工在相对位置上进行双面焊接，如图4-29所示。
具体焊接规范见表4-29。
图4-29 双面立焊时焊枪与焊丝所处的位置
表4-29 紫铜钨极手工氩弧焊焊接规范
⑥操作时，焊枪做均匀平稳的直线运行。电弧长度保持在3～5mm，喷嘴到焊件表面的距离应控制在8～14mm范围内。这样既便于观察熔池，又能保证焊接区的氩气保护，送丝速度应根据熔池的温度及焊缝的成形来确定，其操作技术与铝的氩弧焊基本一致。焊丝与焊件表面的角度要尽量小，以减少对氩气流的阻碍作用，焊丝同样不能与钨极接触，具体位置见图4-30。
图4-30 紫铜的钨极手工氩弧焊示意图
⑦焊接时应注意防止“夹钨”和始端裂纹，可采用引出板或始端焊一段后，待其冷却后再焊。
（2）熔化极氩弧焊。当紫铜厚度超过12mm时，焊接时一般选用熔化极氩弧焊方法。
熔化极氩弧焊焊接紫铜时，焊丝的选用原则及焊丝牌号、坡口形式与钨极手工氩弧焊基本一致，但坡口角度减小，一般不留间隙。
熔化极氩弧焊采用直流反接，大电流、高焊速，由于熔池增大，相应地保护气体流量也应增加。纯铜熔化极氩弧焊焊接规范参数见表4-30。
表4-30 纯铜熔化极氩弧焊接规范参数选用
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2.黄铜的氩弧焊
钨极氩弧焊适宜焊接小尺寸的黄铜焊件，其焊接工艺与纯铜氩弧焊相同。但黄铜氩弧焊在焊接时还要采取以下措施。
（1）黄铜氩弧焊时，焊枪的喷口直径要比焊接同样厚度的铝合金时大2～6mm，氩气流量要大4～8L/min，防止由于锌的蒸发而破坏了氩气的保护效果。
（2）对厚板及铸件焊接前可采取预热措施。
（3）钨极氩弧焊焊接电源可用直流正接，但也可采用交流电。由于采用交流电时，合金成分锌的烧损比直流正接时少，所以，手工钨极氩弧焊一般采用交流电源。
（4）选择硬规范，采用高焊接速度，以减少热影响区范围。
（5）焊接时尽量将填充焊丝置于电弧和母材之间，避免电弧对母材的直接加热。
（6）焊后应加热到300～400℃进行退火处理，以消除焊接应力。
3.青铜的氩弧焊
锡青铜钨极氩弧焊采用直流正接，其特点是钨极烧损小而工件的熔深大；熔化极氩弧焊采用直流反接，其特点是熔滴过渡稳定，焊丝熔化速度较高。
锡青铜氩弧焊的焊接工艺与紫铜氩弧焊的工艺基本相同，但锡青铜的导热性比较大，所以焊接时应采用较大的焊接电流和较低的焊接速度。
铝青铜手工钨极氩弧焊同样用于铸件的焊补，采用交流焊接，比直流电源更有利于破除表面氧化膜，使焊接过程稳定。对于厚大的焊件，需要进行150～300℃温度的预热，操作技术与一般氩弧焊工艺相同。焊补缺陷尺寸较大的铝青铜铸件时，可将铸件倾斜15°，进行上坡焊。其焊接规范参数见表4-31。
表4-31 铝青铜手工钨极氩弧焊焊接规范选用
三、铜及铜合金的焊接操作实例
1. 水冷电炉铜管的MIG焊
水冷电炉的铜制水冷部分采用φ76mm×10mm的铜管对接，其工况比较恶劣，产品要求焊后进行1.0～2.5MPa水压试验及通球试验。
采用MIG焊进行焊接生产，焊接工艺如下：
（1）焊丝选用φ1.6mm的SCu201，氩气纯度在99.99%以上。焊机为国产NB-500（平硬外特性）。
（2）坡口组对形式采用60°V形坡口对接，坡口钝边2±0.5mm，间隙为0～1mm。
（3）焊接参数见表4-32。
表4-32 水冷电炉铜管的MIG焊的焊接参数
图4-31 焊接操作示意图
（4）预热温度400～450℃，道间温度380～420℃，即铜管略显淡红色。
（5）如图4-31所示，定位焊时只点焊A、C两处，先点C点，再在A下方约10mm处引弧定位，焊缝7～10mm，两端形成缓坡状，工艺参数与正式焊接时相同，焊接时焊枪位置按个人习惯处于合适位置即可。
（6）点焊后，从B点下方约10mm处引弧开始焊接（图4-31），燃弧后迅速将焊枪移至坡口中心，此时能听到轻微“啪啪”声，向前焊即可，这时注意焊枪角度随焊缝位置的变化而变化，始终保持最佳角度。
（7）熄弧时（在C点），焊枪轻轻向上抬一下，再向前焊以形成一个缓坡状接口；再从A点引弧，同法焊至C处形成饱满接头。
（8）再翻转铜管焊下半圆，打底层焊后，最后焊填充盖面层，两层焊满。
焊后外观检查合格，经1.6MPa，保压15min，降到1.0MPa保压45min的水压试验合格，通球试验合格，满足了水冷件设备的要求。
2.高炉纯铜螺旋风口的熔化极氩弧焊
高炉螺旋风口是高炉的关键备件。其材质为纯铜，由本体和前帽两部件焊接而成，如图4-32所示。
风口本体与前帽组装后的内、外两条环缝的质量要求较高，不允许有未熔合、裂纹等缺陷，焊缝表面要平整、光滑，风口内部要有密封性。为了保证质量，采用熔化极氩弧焊。焊接工艺如下。
（1）采用NBA-500型焊机，并配以专用转胎。
（2）采用锁底V形坡口的对接接头（图4-33）。焊前对焊件表面的氧化膜进行严格清理，并预热到600～650℃。
图4-32 螺旋风口示意图
1—本体；2—前帽；3—外部焊缝；4—内部焊缝
图4-33 坡口示意图
（3）采用HSCuSn焊丝，先焊外环缝，后焊内环缝，焊接2～3层。
（4）所采用的熔化极氩弧焊工艺参数如表4-33所示。
表4-33 纯铜螺旋风口MIG焊焊接参数
（5）焊后经着色检测、水压试验以及抽样X射线探伤，产品完全符合质量标准。
