铜及铜合金的焊接工艺 

    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。

    铜及铜合金可用钎焊、电阻焊等工艺方法实现连接，在工业发达的今天、熔焊已占据主导地位。用焊条电弧焊、TIG焊、MIG焊等工艺方法容易实现铜及铜合金的焊接。

    影响铜及铜合金焊接性的工艺难点主要有四项元素：一是高导热率的影响。铜的热导热率比碳钢大7~11倍，当采用的工艺参数与焊接同厚度碳钢差不多时，则铜材很难熔化，填充金属和母材也不能很好地熔合。二是焊接接头的热裂倾向大。焊接时，熔池内铜与其中的杂质形成低熔点共晶物，使铜及铜合金具有明显的热脆性，产生热裂纹。三是产生气孔的缺陷比碳钢严重得多，主要是氢气孔。四是焊接接头性能的变化。晶粒粗化，塑性下降，耐蚀性下降等。

1、紫铜的焊接

焊接紫铜的方法有气焊、手工碳弧焊、手工电弧焊和手工氩弧焊等方法，大型结构也可采用自动焊。

（1） 紫铜的气焊

焊接紫铜最常用的是对接接头，搭接接头和丁字接头尽量少采用。气焊可采用两种焊丝，一种是含有脱氧元素的焊丝，如丝201、202；另一种是一般的紫铜丝和母材的切条，采用气剂301作助熔剂。气焊紫铜时应采用中性焰。

（2）紫铜的手工电弧焊

　　在手工电弧焊时采用紫铜焊条铜107，焊芯为紫铜（T2、T3）。焊前应清理焊接处边缘。焊件厚度大于4毫米时，焊前必须预热，预热温度一般在400~500℃左右。用铜107焊条焊接，电源应采用直流反接。

　　焊接时应当用短弧，焊条不宜作横向摆动。焊条作往复的直线运动，可以改善焊缝的成形。长焊缝应采用逐步退焊法。焊接速度应尽量快些。多层焊时，必须彻底清除层间的熔渣。

　　焊接应在通风良好的场所进行，以防止铜中毒现象。焊后应用平头锤敲击焊缝，消除应力和改善焊缝质量。

（3）紫铜的手工氩弧焊

　　在紫铜手工氩弧焊时，采用的焊丝有丝201(特制紫铜焊丝)和丝202，也采用紫铜丝，如T2。

    焊前应对工件焊接边缘和焊丝表面的氧化膜、油等脏物都必须清理干净，避免产生气孔、夹渣等缺陷。清理的方法有机械清理法和化学清理法。

　　对接接头板厚小于3毫米时，不开坡口；板厚为3～10毫米时， 开V型坡口，坡口角度为60~70º； 板厚大于10毫米时，开X型坡口，坡口角度为60~70º；为避免未焊透，一般不留钝边。根据板厚和坡口尺寸，对接接头的装配间隙在0.5～1.5毫米范围内选取。

　　紫铜手工氩弧焊，通常是采用直流正接，即钨极接负极。为了消除气孔，保证焊缝根部可靠的熔合和焊透，必须提高焊接速度，减少氩气消耗量，并预热焊件。板厚小于3毫米时，预热温度为150~300℃；板厚大于3毫米时，预热温度为350~500℃。预热温度不宜过高，否则使焊接接头的机械性能降低。

还有紫铜的碳弧焊，碳弧焊使用的电极有碳精电极和石墨电极。紫铜碳弧焊所用的焊丝和气焊时一样，也可用母材剪条，可用气焊紫铜的助熔剂，如气剂301等。

2、黄铜的焊接

黄铜焊接的方法有：气焊、碳弧焊、手工电弧焊和氩弧焊。  

（1）黄铜的气焊

　　由于气焊火焰的温度低，焊接时黄铜中锌的蒸发比采用电焊时少，所以在黄铜焊接中，气焊是最常用的方法。

　　黄铜气焊采用的焊丝有：丝221、丝222和丝224等，这些焊丝中含有硅、锡、铁等元素，能够防止和减少熔池中锌的蒸发和烧损，有利于保证焊缝的性能和防止气孔产生。气焊黄铜常用的熔剂有固体粉末和气体熔剂两类，气体熔剂由硼酸甲脂及甲醇组成；熔剂如气剂301。

（2）黄铜的手工电弧焊

　　焊接黄铜除了用铜227及铜237外，也可以采用自制的焊条。

　　黄铜电弧焊时，应采用直流电源正接法，焊条接负极。焊前焊件表面应作仔细清理。坡口角度一般不应小于60~70º，为改善焊缝成形，焊件要预热150~250℃。操作时应当用短弧焊接，不作横向和前后摆动，只作直线移动，焊速要高。与海水、氨气等腐蚀介质接触的黄铜焊件，焊后必须退火，以消除焊接应力。

（3）黄铜的手工氩弧焊

　　黄铜手工氩弧焊可以采用标准黄铜焊丝：丝221、丝222和丝224， 也可以采用与母材相同成分的材料作填充材料。

　　焊接可以用直流正接，也可以用交流。用交流焊接时，锌的蒸发比直流正接时轻。通常焊前不用预热，只有板厚相差比较大时才预热。焊接速度应尽可能快。焊件在焊后应加热300~400℃进行退火处理，消除焊接应力，以防止焊件在使用过程中裂缝。

（4）黄铜碳弧焊

    黄铜碳弧焊时，根据母材的成分选用丝221、丝222、丝224等焊丝，也可用自制的黄铜焊丝施焊。焊接可以采用气剂301等作熔剂。焊接应短弧操作，以减少锌的蒸发和烧损。　

    直流TIG焊工艺方法广泛应用于铜及铜合金的焊接，焊风成型好，内外质量优良，在氩气的保护下，熔池纯净，气孔少，热裂影响小，操作易掌握。厚度≤4mm时可不用焊前预热，直接用氩气预热，待熔池温度接近600℃时，可加填充焊丝熔化母材，实现焊接。厚度大于4mm的铜材，纯铜应预热400—600℃。铜合金焊接预热200—300℃。300TSP，315TX直流TIG焊机可焊接纯铜、硅青铜、磷青铜、黄铜、白铜等铜合金。300WP5、300/500WX4交直流两用TIG焊机可用交流TIG焊接铝青铜（用交流方波清除表面氧化膜）及用直流TIG焊接上述铜材。

    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。厚度3~14mm或>14mm的铜及铜合金几乎总要选用MIG焊，因为熔敷效率高、熔深大、焊速快（一般为TIG焊的3~4倍），实现高效、优质、低成本的经济效益要求。铜材施焊前均应达到预热温度要求（纯铜400~600℃，铜合金200~300℃），焊丝与母材化学充分相似，氩气纯度≥99.98%。

•        1、黄铜的焊接性   黄铜是铜锌合金，由于锌的沸点较低，仅为907℃，故焊接过程中极容易蒸发，这一点成为黄铜焊接的最大问题。在焊接高温作用下，焊条电弧焊时锌的蒸发量高达40%，锌的大量蒸发，导致焊接接头的力学性能和耐蚀性能下降，还使之对应力腐蚀的敏感性增大。蒸发的锌在空气中立即被氧化成氧化锌，形成白色的烟雾，给操作带来很大困难，而且影响焊工身体健康，因此，焊接黄铜的场所，应加强通风等防护措施。黄铜的焊接性不良，焊接时会产生气孔、裂纹、锌的蒸发和氧化等问题。为了解决这些问题，在焊接时常用含硅的焊丝，因为硅在熔池表面会形成一层致密的氧化硅薄膜，阻碍锌的蒸发和氧化，并防止氢的入侵。焊后可经470～560℃的退火处理，以消除应力防止“自裂”现象。

2、黄铜的焊接方法   生产中常用的焊接黄铜的方法是焊条电弧焊和氩弧焊等，其工艺要点如下：

（1）  焊条电弧焊  焊条采用青铜芯焊条，如ECuSn-B（T227）、ECuAl-C（T237）。补焊要求不高的黄铜铸件可采用纯铜芯焊条，如ECu（T107）。电源采用直流正接，V型坡口角度不应小于60°～70°。板厚超过14mm时，焊前焊件表面应仔细清理，清除一切会产生氢气的油类杂质。

操作时应当用短弧焊接，焊条不做横向和前后摆动，只沿焊缝的直线移动。焊接速度要快，不应低于0.2～0.3m/min。多层焊时，层与层之间的氧化膜及渣应清除干净。黄铜的铜液流动性大，故溶池最好处于水平位置，若溶池必须倾斜，则倾角不应大于15°

（2）  氩弧焊  手工钨极氩弧焊时，焊丝采用锡黄铜焊丝HSCuZ-1（HS221）、铁黄铜焊丝HSCuZn-2（HS222）、硅黄铜焊丝HSCuZn-4（HS224）。这些焊丝含锌较高，焊接时烟雾较大。亦可用青铜焊丝HSCuSi（HS211）、HSCuSn（HS212）。手工钨极氩弧焊焊接黄铜的焊接参数见表。

                手工钨极氩弧焊焊接黄铜的焊接参数

材料

板厚/mm         

坡口形式         

钨极直径/mm        电源种类及极性         

焊接电流/A         

氩气流量/（L/min）         

预热温度/℃

普通黄铜         

1.2         

端接         

3.2         

直流正接         

185         

7         

不预热

锡黄铜         

2         

V型         

3.2         

直流正接         

180         

7         

不预热

由于锌的蒸发破坏氩气的保护效果，所以焊接黄铜时应选用较大的喷嘴孔径和氩气流量。焊前一般不预热，只有焊接厚度大于10mm的接头和焊接边缘厚度相差比较大的接头时才需预热，后者只预热焊件边缘较厚的部分。

  电源可采用直流正接，也可以采用交流。用交流电源焊接时，锌的蒸发量较小。焊接参数宜采用较大的焊接电流和较快的焊接速度。厚16～20mm黄铜板的焊接参数为：焊接电流260～300A，钨极直径5mm，焊丝直径3.5～4.0mm，喷嘴孔径14～16mm，氩气流量20～25L/min。

  为了减少锌的蒸发，操作时可将填充焊丝与焊件“短接”，在填充焊丝上引弧和保持电弧，尽可能避免电弧直接作用到母材上，母材主要靠熔池金属的传热来加热熔化。焊接时，应尽可能进行单层焊，板厚小于5mm的接头，最好能一次焊完。