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。
背景技術(shù)：
銅及銅合金廣泛地應(yīng)用在電力、石油、化工、機械、國防工業(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℃之間塑性和強度明顯下降，在對紫銅的熔化焊(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、銅件的修補或不重要結(jié)構(gòu)的焊接。在對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)進行，加熱時間長，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，加熱時間長，而且還要保證焊接過程的連續(xù)進行。缺點是(1)焊接溫度高、工人的工作條件十分惡劣、手工操作時加熱溫度較難掌握、焊接需要多人同時作業(yè)、對工人的技術(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，具有操作簡單、靈活等優(yōu)點。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)進行，這樣焊接區(qū)域高溫停留時間長，輸入熱容量大，工人的工作條件十分惡劣，同時熱影響區(qū)范圍大、組織及接頭性能變化較大；(2)合金元素蒸發(fā)嚴重焊縫含氫、氧量高，鋅蒸發(fā)嚴重，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、接頭強度受損嚴重、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時接頭容易出現(xiàn)氣孔及熱裂紋等缺陷；在填充焊絲201時接頭容易出現(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間短、熱影響區(qū)較窄、組織與性能變化較小、不用釬劑、無釬劑腐蝕作用、不需要焊后清洗、釬縫成形美觀、速度快等優(yōu)點，但其接頭強度低、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、一般不加填充焊絲、冷速快、晶粒細、熱影響區(qū)小等優(yōu)點，因此對厚壁紫銅作穿透性焊接有很大的優(yōu)越性。但同樣會出現(xiàn)許多問題(1)厚壁紫銅焊接時由于電子束沖擊發(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，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、焊接過程易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，是焊接中、厚壁紫銅的理想方法。但該方法必須預(yù)熱600～700℃，對氧元素很敏感，在焊接脫氧不足的同時，焊縫的氣孔較多，且強度較低。同時對薄板焊接指導(dǎo)意義不強，在焊接薄板時熔池的穩(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下實現(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)展起來的，可在氬氣保護下實現(xiàn)不預(yù)熱焊接，實現(xiàn)厚板紫銅的經(jīng)濟、高質(zhì)量有效的焊接生產(chǎn)加工。本發(fā)明是這樣對厚板紫銅進行不預(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、沿坡口向前移動電弧，重復(fù)b步驟，實現(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1、用本方法可實現(xiàn)氬氣保護下的厚板紫銅無預(yù)熱焊接。
2、焊接表面無須特殊處理，操作簡單，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到的指標為接頭拉伸強度≥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。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式按照下述步驟對厚板紫銅進行不預(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、沿坡口向前移動電弧，重復(fù)b步驟，實現(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間過長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。
具體實施方式
二本實施方式是這樣實現(xiàn)的a、在紫銅厚板試件上開V形坡口或相對板厚適宜的坡口，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(1～5mm左右，一般大于或等于熔化焊熔化母材的量)電弧向前移動繼續(xù)填充合金焊料而溶解母材，往復(fù)運行紫銅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厚板紫銅進行不預(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、沿坡口向前移動電弧，重復(fù)b步驟，實現(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。本發(fā)明是這樣實現(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.向前移動電弧，重復(fù)b步驟，實現(xiàn)整條焊縫的焊接。本發(fā)明可實現(xiàn)氬氣保護下的厚板紫銅無預(yù)熱焊接；焊接表面無須特殊處理，操作簡單；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?。缓附铀俣缺萒IG熔焊方法提高1倍多；接頭拉伸強度≥95％，彎曲角≥170°，焊接接頭韌性比電弧釬焊提高4倍。
文檔編號B23K9/235GK1657212SQ20051000983
公開日2005年8月24日 申請日期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 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)