铜及铜合金的焊接初探

顾玉生

（甘肃石化技师学院 甘肃兰州 730046）

铜及铜合金的焊接初探

顾玉生

（甘肃石化技师学院 甘肃兰州 730046）

本文简要介绍了铜及铜合金的分类、性质；分析了铜及铜合金的焊接性以及在焊接过程中易出缺陷（气孔、裂纹）的原因和解决措施；探讨了铜及铜合金的焊接工艺，焊接操作过程要求。

纯铜 黄铜 青铜 焊接工艺 过程要求

铜具有优良的导电性、导热性、耐腐蚀性、延展性及一定的强度等特性。在电气、电子、化工、食品、动力、交通及航空航天工业中得到广泛应用。在纯铜（紫铜）中添加10余种合金元素，形成固溶体的各类铜合金，如加锌为黄铜；加镍为白铜；加硅为硅青铜；加铝为铝青铜等等。

一、纯铜的焊接

工业纯铜又称紫铜，熔点为10839C，牌号有T1、T2、T3、T4等四种。

铜在焊接时由于高温的影响很容易氧化，而生成一层很厚的氧化铜膜（氧化铜的熔点比纯铜低），使它的结晶变成粗糙状态，铜质变得很脆，从而影响了它的强度和韧性。

在焊接过程中，液体的铜很容易吸收气体。如果在一处熔化的时间太长（吸收气体多），或铜水冷却时凝固得太快（气体来不及逸出），就易使焊缝内存留许多气孔。为了避免这个缺陷，除了在焊接以前先把焊件预热到足够的温度外，还必须用焊药，使氧化铜还原。焊药一般采用硼砂和硼酸各50%的混合剂。焊条最好加入一些氧化铜的还原剂（如加入0.4？0.5的磷，0.5？0.6%的锡、锰）。

焊接前的准备工作和焊接时的操作工艺大致应做到以下几点：

⑴焊缝和补焊处，要擦洗打磨干净，显出光洁的金属表面。

焊接厚的接头要开坡口。对大而厚的焊件要在施焊前预热到700°C左右，以便加快焊接的速度，并使熔池较缓慢的凝固，少产生一些氧化铜和气孔。

⑵火焰要采用中性焰，并且要始终笼罩着熔池，不要让它和空气接触。焊小而薄的焊件，火焰的能量要比焊低碳钢的加大0.2？0.4倍；焊大而厚的焊件，要比焊低碳钢的加大0.5？0.6倍。

⑶焊嘴的摆动要平稳均匀地向前移动，火焰的焰芯（白点）要髙 于熔池5·8毫米。焊缝要有足够的熔化深度，焊条和工件要同时熔化，焊接速度要快。

⑷焊接或补焊时，要不间断地使用焊药。焊条直径的选择，比焊同样大小、厚度的低碳钢焊件要加粗三分之一以上。为了使接头的焊缝组织结晶细密、强度髙、韧性强、焊完后要用小锤适当的敲打，再回火到600°C左右。

二、黄铜的焊接

1.不同元素对黄铜性质的影响

普通黄铜是指铜锌合金，通常都是作压力加工用的，如H70，H 59，在普通黄锏中加入了如下一些少量元素后就变成了具有特定性能的特殊黄铜了。

⑴铝。加入2？7%的铝，能提高黄铜的强度、耐磨性以及对大气和淡水的耐腐蚀性。如ZHA 167？2.5可用来铸造海船中的螺旋桨。

⑵锰。加入1.5？2.5%的锰，能提高黄铜的强度、硬度和耐磨性、耐髙温性等，常用的有HMn58-2。

⑶铅。加入0.8？4%的铅，能使黄铜容易切削加工，并 能显著的提髙 耐磨性，缺点是降低了强度。常用的有易切削黄铜HPb 59-1。

⑷硅。加入2.5？4.5%的硅，能使机械性能、铸造性能和焊接性能良好，如HSi80-3。再加入2？4%的铅，可以显著的增加耐磨性（这种合金可以代替价昂的锡青铜）。国产牌号有ZHSi80-3-3。

⑸铁。加入2？4%的铁，能够增加黄铜的强度、硬度和韧性。

⑹锡。加入0.8？1.2%的锡，能使黄铜有抵抗海水的腐蚀性。如加入2%以上的锡，能显著提髙它的强度、硬度、弹性和韧性。国产牌号的有海军黄铜HSn 70-1。

2.焊接操作过程要求

⑴黄铜是铜锌合金，锌的熔点仅419℃，沸点925℃，因此焊接或补焊时，高温下锌熔化后就蒸发，焊接或补焊的速度应越快越好，更要避免重复地焊接。如必须重复焊的时候，应特别注意焊药和焊条的使用都不能间断，否则会使焊迹不整洁，焊接质量低劣。

⑵焊黄铜也象焊纯铜那样，在熔化温度下将产生氧化铜，并容易吸收大量气体，产生气孔。为了避免和减少气孔，在施焊前要预热到600℃以上，使之有足够的高温，再进行焊接或补焊。这样就能加快焊接或补焊速度，不但使锌的蒸发量大大地減少，同时由于整个焊件的温度较高，熔池冷却的速度慢，在熔化时吸收的气体在凝固以前有足够的时间逸出。

⑶焊接黄铜时选用焊条的化学成分，对焊接或补焊质量有直接影响。在原则上应选用和焊件成分相同的焊条做填充金属。为了使焊接时不产生或少产生氧化铜和气孔，在黄铜焊条内加入1%左右的锡4%左右的锰，或2.5？4.5%的磷。如用青铜焊条来焊接或补焊黄铜则更好，焊出的质量也较高。

⑷焊接前的准备工作和焊接时操作工艺，除应选用氧化焰（氧气多一些），其余都可参照焊纯铜的方法进行。

⑸焊接黄铜时，由于锌的蒸发会使人感到头痛恶心。为避免中毒，焊接时要戴防毒面具或防毒口罩。工作量不大时，也可在上风处进行焊接。

三、青铜的焊接

1.不同元素对青铜性质的影响

青铜可分为锡青铜和无锡青铜两类。锡青铜的抗腐蚀性比纯铜、黄铜都髙，抗磨性也很好，可用来制造蜗轮等。无锡青铜也叫特殊青铜，在铜基合金中主要加入的元素不是锡，而是如下一些元素：

⑴铝。无锡青铜内加入4？11%的铝后，机械性能比锡青铜和黄铜都好，并有较大的可塑性。缺点是在液体冷却时收缩性大，容易使表面上形成氧化铝而降低流动性。

⑵铅。锡青铜内加入4？6%的铅，无锡青铜内加入18？23%的铅，都能大大地增加它的耐磨性能。

⑶硅。无锡青铜内加入2？4%的硅，具有良好的机械性能和耐磨性，并且铸造性和焊接性都很好，如再加入1？1.5% 的锰，更能提 髙它的各种机械性能。

⑷锰。无锡青铜内加入0.4？0.5%的磷，能增加它的强度、硬度、耐磨性和韧性，并能增加抵抗稀酸液及海水的侵蚀能力。锡青铜加入少量的锰，也能增加它的强度、硬度和耐磨性能等等。

⑸磷。青铜内加入0.4？0.5%的磷，能增加它的强度、硬度及弹性，并有去氧的作用。由于氧化铜的消除，可使青铜的质量优良。

2.焊接操作过程的要求

⑴青铜的焊接和补焊要比紫铜和黄铜容易。但是，如焊件本身含有大量铝，则在髙温下容易产生裂纹。

⑵焊大而厚的焊件时，在表面上易形成一层氧化铝膜，使得和熔化的填充金属互不熔合，所以焊接时要利用焊条的一端磨擦焊接面，在熔池内游动地供应填充金属。

⑶焊接薄的焊件时，也可利用焊条的一端，顺着焊缝的方向一下一下的拨动着熔池供应填充金属，使熔化的焊条和焊接面一起融合，以免出现夹渣和重皮现象。

⑷焊药可选用与黄铜相同成分，再加入一些氯化钾。它的配合比是：硼砂和硼酸各40%，氯化钠和氯化钾各10%。

近年来，采用MIG方法焊接铜及铜合金的施工越来越多，尤其对于厚度≥3mm的铝青铜、硅青铜和白铜最好选用MIG焊方法。

［1］.《金属材料及热处理》中国劳动社会保障出版社

［2］.《焊工工艺学》中国劳动社会保障出版社（第三版）