铜及铜合金氩弧焊激光焊说明

1、铜及铜合金焊接由于铜的导热系统数大，热容量也大，焊接时热量迅速从热区传导出去，使母材和填充材料难以熔合，因此焊接时，必须采用大功率热源，必要时，还要采取预热措施。对于薄板来讲，选用加热面积小、能量密度大、功率大的焊接方 法较好。现有针对铜及铜合金板材的焊接较常用的为钨极氩弧焊，采用激光焊接的较少。1钨极氩弧焊钨极电弧非常稳定，特别适合薄板材料焊接，填充焊丝不通过电流，焊接过 程中不会产生飞溅，焊缝成形美观；但钨极承载电流能力差，过大的电流会引起 钨极的熔化和蒸发，其熔化的微粒可能进入熔池而引起焊缝夹杂； 另外，钨极氩 弧焊具有熔敷速度小，熔深浅和生产效率低缺点。针对焊接轧制成型管中的纵焊缝，张

2、健关于薄板（板厚v 1mm）高速TIG 焊温度场的数值模拟的研究中表明，采用直流TIG焊接紫铜板取得了较好的效果，其工艺如表1,其焊缝宽度约为1.0mm，如图1 a和b,焊缝成形质量较好。表1直流TIG焊接工艺参数钨极直径/mm钨极至工件的距离/mm电弧加热有效半径/mm焊接 电流/A电弧 电压/U焊接速度m/min133801010针对薄板轧制成型管焊接成形焊缝，TIG焊接可以作为其中的一种焊接方式。ab图1焊缝宏观照片2激光焊接2.1现有激光焊接研究中，针对白铜激光焊接研究较少，紫铜激光焊接研究 相对较多。铜及铜合金的线膨胀系数大，液态凝固时的收缩率比铁大一倍以上， 再加上 铜的导热性能良

3、好，使得焊接热影响区加宽，在工件厚度较薄或结构刚度较小， 又无防止变形的措施时，工件焊后很容易产生较大的变形。因此在选用激光焊接 薄板白铜时，由于激光能量较大，焊接热影响区宽度必须严格控制，因此，在焊 缝成形质量较好的前提下，应选用较低的激光功率。0,200 J80 160 14H 0.12峑 0.10® 0 08) 0(>0 040 020024681012波长屮e图2不同波长下不同金属材料的激光吸收率表2激光器种类及参数/pin耒册方克重宣馳罩/Hz输出功事It能范桶1主豊用雄虹宝石激光器0.6943廉冲011-100J点焊、折孔1.060*101'JOOJ点駄打孔

4、屯怡石幡芒）L.06廉冲雄*5D-4t)01-lOttJa2kw点焊.打扎澤搂、切割、養面处理憲封式激光器10,6DlkW焊接' 切割，冕血赴理槽嶽式10.6连挨ft-25kW悍搖、我面处理快暹轴織式co*激光器IM连按、脉冲C-flflOO0-tikW骨禄、m激光焊接一般为脉冲激光焊和连续激光焊，而脉冲激光焊其能量至工件时断 续的、脉冲式的。激光器种类见表 23。针对焊接白铜薄板，因铜材对激光吸收 率较低，导热系数大，建议选用横流 C02激光器或YAG型激光器，C02激光器 输出功率较大，且为连续激光焊接；YAG型激光器波长较小，相对 C02激光器铜对波长1.06 ym的激光吸收率较

5、高，铜在不同波长下对激光的吸收率如图 2, 铜在不同温度下激光的吸收率如图 3,由图可知，选用激光焊接，随着焊接的进 行，铜薄板对激光的吸收率逐渐增加，在焊接过程中可能会出现初始的焊缝未完 全熔合或部分熔合。温度r图3在不同温度下铝、铜、铁、铂的激光吸收率0706o O0504o O选用横流C02激光器或YAG型激光器焊接白铜薄板时，为确保焊接过程中 板与板之间的相对位置不变，一般都要采取适当夹紧方式。在轧制成形管激光焊 接过程中可采用定位夹紧棍来夹紧或固定，如图 4。定位夹紧棍图4激光焊定位夹紧方式2.2 激光焊接异常现象激光焊接过程中出现的两种异常现象，即焊缝的缩颈和表面凸起现象5。针对焊

6、缝的缩颈原因有以下三点： 激光束的偏振 小孔壁聚焦 小孔内高压金属蒸气的形成 激光焊接过程总表面凸起现象分析认为是有以下三方面综合作用造成： 材料热膨胀及热应力的影响熔池表面熔体的流动组织的变化 在实际的焊接过程中，若表面凸起较为严重，将在焊缝表面形成纵向呈鱼鳞 状的凸起带，称为 “鱼鳞纹 ”。它对于激光焊接表面的质量是不利的，针对其产生 根源，对板材局部施压，调节激光能量及施加方式，可以对凸起加以改善。而在 板材对接焊中，却可以利用表面凸起现象， 在板材之间预留一道宽度适中的狭缝， 在焊后可以得到表面齐平的焊道。2.3 铜及铜合金焊接过程中易出现的缺陷 未熔合与未焊透铜导热性良好，焊接时易产

7、生未熔合和未焊透。 焊接变形或焊缝凹陷，针对此缺陷要适当控制焊接线能量，以减少热输入。 热裂纹铜在液态时很容易被氧化生成氧化亚铜Cu2O。 Cu2O 与 Cu 可生成熔点为1060 C的共晶，与Pb生成熔点为326 C的Cu+ Pb共晶，与Bi生成熔点 为270 C的共晶，与CuS生成熔点为1067E共晶，这些共晶的熔点均低于紫铜 1083 C的熔点。在结晶过程中，由于低熔点共晶体分布在枝晶间或晶界处，使 铜和铜合金具有明显的热脆性， 加上焊接应力的作用， 极易产生热裂纹。 针对热 裂纹的预防或消除，可采用加大气体流量来保护熔池，以避免生产CU2O。激光焊接中一般采用纯氩气保护熔池，氩气流量为

8、 520L/min。 气孔是铜及铜合金焊接时常见的缺陷，紫铜焊缝中的气孔主要是氢气孔。氢 气孔的形成与氢在铜中的溶解度随温度下降突变有关。 另一种气孔是由冶金反应 生成的水蒸气和二氧化碳等，在焊接凝固时来不及逸出形成的。 焊接接头的塑性、导电性、耐蚀性焊缝及热影响区受热循环后晶粒变粗，各种脆性的低熔点共晶出现在晶界， 使塑性和韧性显著下降。 为脱氧加入的锰、 硅等元素， 以及焊接过程中溶入的杂 质和合金元素， 都会不同程度的降低铜接头的导电性能。 耐蚀性能的下降主要是 有益元素如锌、镍、铝等的蒸发和烧损造成的。选用激光焊接，元素的烧损会增 加，因此要适当控制焊接线能量，同时还要保证焊缝成形质量较好。3 总结 激光焊接相对钨极氩弧焊，其能量密度大，焊接速度快，生成率较高，但 由于铜对激光的吸收率较低， 因此要选用合适的焊接线能量， 并最大程度降低焊 接缺陷，保证焊缝质量。另外，在苏泰克公司中国销售工程师处了解到，目前针 对激光焊接铜管还没有工业化生产设备，在欧洲游大学只是在实验室成功。4 参考文献 1 张健.薄板高速 TIG 焊温度场的数值模拟 （ 硕士学位