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。表1 直流TIG焊接工艺参数

2、针对焊接轧制成型管中的纵焊缝，张健1关于薄板（板厚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。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。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/min133801010a图1 焊缝宏观照片b2 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2。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

3、良好，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。图2 不同波长下不同金属材料的激光吸收率曲线表2 激光器种类及参数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CO2激光器或YAG型激光器，CO2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CO2激光器铜对波长

4、1.06 m的激光吸收率较高4，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。图3 在不同温度下铝、铜、铁、铂的激光吸收率选用横流CO2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。针对焊缝的缩颈原因有以下

5、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，焊接时易产生未熔合和未焊透。 焊接变形或焊缝凹陷，针对此

6、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 的共晶，与Pb生成熔点为326 的CuPb共晶，与Bi生成熔点为270 的共晶，与CuS生成熔点为1067共晶，这些共晶的熔点均低于紫铜1083 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

7、。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(硕士学位论文)，天津大学，2007.2 王金