專利名稱：厚板紫銅不預(yù)熱氬弧熔焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及厚壁紫銅板焊接方法的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
銅及銅合金廣泛地應(yīng)用在電力、石油、化工、機(jī)械、國(guó)防工業(yè)、輕工業(yè)、農(nóng)業(yè)等部門，它的用途僅次于鋼鐵和鋁。由于紫銅在400～700℃之間塑性和強(qiáng)度明顯下降，在對(duì)紫銅的熔化焊(如氣焊、手弧焊、TIG焊、MIG焊、電子束焊等)、釬焊(火焰釬焊、TIG釬焊等)等方法的研究發(fā)現(xiàn)，紫銅的焊接仍存在一些問題，如氣體熔焊比較適于薄銅件、銅件的修補(bǔ)或不重要結(jié)構(gòu)的焊接。在對(duì)厚壁紫銅件焊接中存在許多問題(1)預(yù)熱溫度高(600～700℃)，而且焊接過程應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，加熱時(shí)間長(zhǎng)，輸入的熱容量大，焊接熱影響區(qū)較大，組織及性能變化較大，工人的工作條件十分惡劣；(2)氣焊的保護(hù)效果不好，空氣中的還原性氣氛侵入焊縫，銅中氧化物被還原，形成1066℃的低熔點(diǎn)共晶體(Cu+Cu2O)分布于晶界，增加了熱裂紋的傾向；(3)焊縫成型差，易變形，易出現(xiàn)氣孔、未熔合、裂紋等缺陷。
火焰釬焊在工廠較常用。工藝上焊接區(qū)域要采用較高的溫度(650～750℃)均勻加熱焊接，加熱時(shí)間長(zhǎng)，而且還要保證焊接過程的連續(xù)進(jìn)行。缺點(diǎn)是(1)焊接溫度高、工人的工作條件十分惡劣、手工操作時(shí)加熱溫度較難掌握、焊接需要多人同時(shí)作業(yè)、對(duì)工人的技術(shù)要求高；(2)輸入的熱容量大、焊接熱影響區(qū)較大、組織與性能變化較大；(3)采用焊劑，需要焊后清洗，接頭強(qiáng)度較低。
手工電弧焊它是熔焊中最常用的一種焊接方法，具有操作簡(jiǎn)單、靈活等優(yōu)點(diǎn)。但在紫銅焊接中的主要問題是預(yù)熱溫度高、焊接質(zhì)量差，具體問題如下(1)焊接工藝復(fù)雜焊前預(yù)熱(500～600℃)溫度高，并且要保證焊接過程的連續(xù)進(jìn)行，這樣焊接區(qū)域高溫停留時(shí)間長(zhǎng)，輸入熱容量大，工人的工作條件十分惡劣，同時(shí)熱影響區(qū)范圍大、組織及接頭性能變化較大；(2)合金元素蒸發(fā)嚴(yán)重焊縫含氫、氧量高，鋅蒸發(fā)嚴(yán)重，容易出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷；(3)焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，焊縫成型差，接頭強(qiáng)度低。
TIG熔焊TIG熔焊是紫銅焊接中一種較常用的焊接方法。對(duì)4mm以下的薄板紫銅件可不預(yù)熱焊接，接頭質(zhì)量較好，但對(duì)于4mm以上的紫銅件焊接中，預(yù)熱(400～600℃)溫度高仍是主要問題，其缺點(diǎn)具體體現(xiàn)為(1)輸入的熱容量大，工人的工作條件十分惡劣，并且熱影響區(qū)范圍大、組織及接頭性能變化較大、接頭強(qiáng)度受損嚴(yán)重、生產(chǎn)效率低；(2)受焊接電流大、焊接速度快的影響，熔池中溶解的擴(kuò)散氫較難溢出，容易形成氣孔、裂紋、未熔合、未焊透等缺陷，如在填充T2焊絲配合焊劑301時(shí)接頭容易出現(xiàn)氣孔及熱裂紋等缺陷；在填充焊絲201時(shí)接頭容易出現(xiàn)裂紋及氣孔等缺陷，熔焊截面參見圖1。
TIG釬焊TIG釬焊是一種比較具有發(fā)展前景的焊接方法。TIG焊具有熱量集中、加熱升溫速度快、氬氣可對(duì)近縫區(qū)有一定的冷卻作用及TIGG釬焊所特有的“陰極霧化”現(xiàn)象，能破碎和清潔釬縫表面的氧化膜等特性。為保證良好的釬焊接頭(即母材不熔化)，電弧TIG釬焊要求采用較低的熱輸入，固焊接過程中應(yīng)采用較小的焊接電流。綜上所述TIG釬焊具有高效節(jié)能、釬焊接頭在高溫停留時(shí)間短、熱影響區(qū)較窄、組織與性能變化較小、不用釬劑、無(wú)釬劑腐蝕作用、不需要焊后清洗、釬縫成形美觀、速度快等優(yōu)點(diǎn)，但其接頭強(qiáng)度低、焊縫硬度高、塑性、韌性差，電弧釬焊截面參見圖2。
電子束電子束焊接具有能量密度和穿透能力很強(qiáng)、一般不加填充焊絲、冷速快、晶粒細(xì)、熱影響區(qū)小等優(yōu)點(diǎn)，因此對(duì)厚壁紫銅作穿透性焊接有很大的優(yōu)越性。但同樣會(huì)出現(xiàn)許多問題(1)厚壁紫銅焊接時(shí)由于電子束沖擊發(fā)生熔化金屬的飛濺，導(dǎo)致焊縫成形變壞，尤其是在厚壁紫銅管焊接時(shí)，由于其能量密度特別大，試件極容易燒穿，銅水流淌，不能形成焊縫；(2)電子束焊接設(shè)備昂貴，焊接要求在真空中進(jìn)行，工作環(huán)境受真空室大小限制。
MIG焊MIG焊具有適應(yīng)范圍廣、生產(chǎn)效率高、焊接變形小、焊接過程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是焊接中、厚壁紫銅的理想方法。但該方法必須預(yù)熱600～700℃，對(duì)氧元素很敏感，在焊接脫氧不足的同時(shí)，焊縫的氣孔較多，且強(qiáng)度較低。同時(shí)對(duì)薄板焊接指導(dǎo)意義不強(qiáng)，在焊接薄板時(shí)熔池的穩(wěn)定性差，容易出現(xiàn)熔池過熱、下塌等焊接質(zhì)量問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種氬氣保護(hù)下實(shí)現(xiàn)厚板紫銅不預(yù)熱、高質(zhì)量電弧焊接的厚板紫銅不預(yù)熱氬弧熔焊方法，本發(fā)明是在TIG電弧釬焊的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，可在氬氣保護(hù)下實(shí)現(xiàn)不預(yù)熱焊接，實(shí)現(xiàn)厚板紫銅的經(jīng)濟(jì)、高質(zhì)量有效的焊接生產(chǎn)加工。本發(fā)明是這樣對(duì)厚板紫銅進(jìn)行不預(yù)熱TIG電弧熔焊的a、在紫銅厚板試件上開坡口，將陶瓷墊片或耐高溫材料墊于紫銅板坡口的下方；b、調(diào)整焊接電流，用TIG電弧加熱母材坡口，填充合金焊料，使得紫銅板被加熱的坡口處金屬與填充合金相互溶解；c、沿坡口向前移動(dòng)電弧，重復(fù)b步驟，實(shí)現(xiàn)整條焊縫的焊接。
本發(fā)明與現(xiàn)有方法相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、用本方法可實(shí)現(xiàn)氬氣保護(hù)下的厚板紫銅無(wú)預(yù)熱焊接。
2、焊接表面無(wú)須特殊處理，操作簡(jiǎn)單，接頭可靠。
3、焊接溫度較低，可有效的減少母材熱影響區(qū)的寬度及晶粒的粗大程度。
4、焊逢外觀成形美觀，無(wú)明顯的焊接缺陷。
5、焊逢的余高低于熔焊的余高，可有效節(jié)約焊材。
6、背面成形好，變形小。
7、焊接接頭的硬度比電弧釬焊的硬度大大降低。
8、焊接接頭的韌性比電弧釬焊提高4倍多。
9、熔合比可以實(shí)現(xiàn)等于或大于TIG熔化焊的熔合比。
10、焊接速度比TIG熔焊方法提高1倍多。
11、應(yīng)用本方法焊接厚板紫銅材料能達(dá)到的指標(biāo)為接頭拉伸強(qiáng)度≥95％，彎曲角≥170°。


圖1為熔焊截面示意圖，圖2為電弧釬焊截面示意圖，圖3為本方法熔焊截面示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式按照下述步驟對(duì)厚板紫銅進(jìn)行不預(yù)熱氬弧焊絲電弧熔焊a、在紫銅厚板試件上開坡口，將陶瓷墊片或耐高溫材料墊于紫銅板坡口的下方；b、調(diào)整焊接電流，用TIG電弧加熱母材坡口，填充合金焊料，使得紫銅板被加熱的坡口處金屬與填充合金相互溶解；c、沿坡口向前移動(dòng)電弧，重復(fù)b步驟，實(shí)現(xiàn)整條焊縫的焊接，熔焊截面參見圖3。為了避免電弧在坡口處停留時(shí)間過長(zhǎng)及過多的熱輸入使坡口附近的熱影響區(qū)晶粒與母材晶粒相差過大，影響整體焊接接頭的性能，焊接速度控制在2.5～3.5mm/s之間。此焊接方法要求填充的合金焊料為熔點(diǎn)在600～800℃的銅合金，該銅合金為含有1.2～10wt.％P的銅磷合金或2.5～7wt.％P的銅磷銀合金。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式是這樣實(shí)現(xiàn)的a、在紫銅厚板試件上開V形坡口或相對(duì)板厚適宜的坡口，將陶瓷墊片或耐高溫材料墊于紫銅板坡口的下方，防止被溶解的母材與合金焊料的混合體流失；b、根據(jù)紫銅厚板母材的厚度調(diào)節(jié)不同的焊接電流，電流控制在100～250A之間，用TIG電弧加熱母材坡口，在不擺動(dòng)電弧的情況下填充合金焊絲，電弧在坡口停留0.5～1s后局部溫度到達(dá)700℃以上，填充焊料合金用肉眼觀察到母材開始被溶解；c、當(dāng)母材被溶解足夠量時(shí)(1～5mm左右，一般大于或等于熔化焊熔化母材的量)電弧向前移動(dòng)繼續(xù)填充合金焊料而溶解母材，往復(fù)運(yùn)行紫銅TIG電弧加熱—溶解、再加熱—再溶解的過程，形成飽滿的溶解焊焊縫。
權(quán)利要求
1.厚板紫銅不預(yù)熱氬弧熔焊方法，其特征在于它按照下述步驟對(duì)厚板紫銅進(jìn)行不預(yù)熱氬弧焊絲電弧熔焊a、在紫銅厚板試件上開坡口，將陶瓷墊片或耐高溫材料墊于紫銅板坡口的下方；b、調(diào)整焊接電流，用TIG電弧加熱母材坡口，填充合金焊料，使得紫銅板被加熱的坡口處金屬與填充合金相互溶解；c、沿坡口向前移動(dòng)電弧，重復(fù)b步驟，實(shí)現(xiàn)整條焊縫的焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厚板紫銅不預(yù)熱氬弧熔焊方法，其特征在于所述坡口形狀為V形坡口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厚板紫銅不預(yù)熱氬弧熔焊方法，其特征在于所述電流強(qiáng)度為100～250A。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厚板紫銅不預(yù)熱氬弧熔焊方法，其特征在于所述合金焊料是熔點(diǎn)為600～800℃的銅合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的厚板紫銅不預(yù)熱氬弧熔焊方法，其特征在于銅合金為含有1.2～10wt.％P的銅磷合金或2.5～7wt.％P的銅磷銀合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厚板紫銅不預(yù)熱氬弧熔焊方法，其特征在于焊接速度為2.5～3.5mm/s。
全文摘要
厚板紫銅不預(yù)熱氬弧熔焊方法，它涉及厚壁紫銅板焊接方法的改進(jìn)。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的a.在紫銅厚板試件上開坡口，將陶瓷墊片或耐高溫材料墊于紫銅板坡口的下方；b.調(diào)整焊接電流，加熱母材坡口，填充合金焊料，使紫銅板被加熱的坡口處金屬與填充合金相互溶解；c.向前移動(dòng)電弧，重復(fù)b步驟，實(shí)現(xiàn)整條焊縫的焊接。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)氬氣保護(hù)下的厚板紫銅無(wú)預(yù)熱焊接；焊接表面無(wú)須特殊處理，操作簡(jiǎn)單；焊接溫度較低，可有效的減少母材熱影響區(qū)的寬度及晶粒的粗大程度；焊逢的余高低于熔焊的余高，可有效節(jié)約焊材；背面成形好，變形??；焊接速度比TIG熔焊方法提高1倍多；接頭拉伸強(qiáng)度≥95％，彎曲角≥170°，焊接接頭韌性比電弧釬焊提高4倍。
文檔編號(hào)B23K9/235GK1657212SQ20051000983
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2005年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月22日
發(fā)明者閆久春, 于漢臣, 許志武, 李春峰, 許惠斌, 李大成 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)