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在小空气分离设备中，常采用铜或铜合金材料制造容器的设备。由于铜或铜合金其本身的化学成分、热物理特性和物理化学特性与低碳钢不同，因此铜和铜合金焊接性能和焊接加工中内外质量存在较大差异。
( k+ p5 V& r- T2 i1 存在问题及原因
8 b2 e/ Q6 ], p1 q7 T. G1．焊缝成形差
/ W5 g7 ]) A$ d熔化焊接铜和铜合金时易产生母材难于溶合，坡口焊不透和表面成形差的外观。缺陷。在射线检测底片上反映为焊缝黑度变化大，表面缺陷易于内部缺陷混淆。
+ E$ r [! ?& w% B5 ^" I/ R原因与铜的热物理性能有关。从表1可见，铜和铜合金的热导率比普通碳钢大7~11倍，焊接时大量的热从母材散失，加热范围扩大。母材厚度越大，散热越严重。尽管铜的比热容略小于铁，焊接区难于达到溶化温度。铜在溶化温度对表面张力比铁小1／3，流动性比钢大1～1．5倍，表面成形能力较差。
$ d" Z7 A. z- q1 p7 T1 J# g6 V% r; ?) f表1 铜与铁物理性能比较
金属 | 热导率W／(m·K) | 比热容J／g·℃(20℃) | 线膨胀系数10-6K-1(20~100℃) | 表面张力×10-5N/cm | 收缩率% | 20℃ | 1000℃ | Cu | 393.6 | 326.6 | 0.3849 | 16.4 | 1300(1200℃) | 4.7 | Fe | 54.8 | 29.3 | 0.4602 | 14.2 | 1833(1550℃) | 2.0 |
5 ` ^: y# d" G! u铜能与其中的杂质分别生成溶点为270℃的Cu+Bi、溶点为326℃为Cu+Pb、熔点为1064℃的Cu20+Cu、溶点为1069℃的Cu+Cu2S等多种低溶点共晶。它们在结晶过程中分布在枝晶间或晶界处，使铜和铜合金具有明显的热脆性。表现为：9 c/ X0 _0 t- o. a5 r- L% {
(1)铜的氧化' E. ~1 Z- b+ z4 A' b- F
虽然铜并不是很容易氧化的金属，但在液态时，铜要发生一定氧化，生成氧化亚铜(Cu20)与铜形成低熔点共晶体，分布在晶界上，使塑性降低，易产生裂缝。: |, N' S' Q, u7 G* t7 H$ V; p
(2)合金元素的蒸发和烧损$ g, K; L* N8 `! n. n+ X
铜合金中的合金元素(锌、锡、铅、铝及锰等)比铜更容易氧化、蒸发和烧损，使合金成分发生变化引起焊缝性能下降，易产生裂缝。' r0 B& a! p7 W. v, i8 d$ x9 K
同时，由于铜和铜合金的膨胀系数和收缩率较大，产生较大的收缩应力，焊接变形大，导致产生裂缝。另外，铜在高温时的低强度和低塑性，过饱和的聚集析出等作用，也是形成裂缝的因素。
# p2 W, I1 j/ Q W" g2 f在射线检测的底片上表现为：纵缝易在两端出现明显的黑线影象，环缝中裂缝影象出现在溶合线的几率较多。
# f- n0 }+ I% F6 w- B0 Z& f+ Q3．易产生气孔+ J) ^0 S+ S' ^# X! K, {( v
溶化焊接铜及铜合金时，气孔出现的倾向比低碳钢要严重。其原因：, n+ E" ]9 M6 p' a8 v
(1)在液态时，大量氢气溶解在铜中，而在凝固和冷却过程中，溶解度大大减小。当焊缝金属冷却较快时，过剩的氢气来不及逸出，在焊缝及熔合区集聚而引成气孔。
. B$ T2 R* ? P, X' l(2)高温时，溶池的氧化亚铜与气体(H2、CO)反应，使铜还原而生成不溶解于铜液中的水蒸气和二氧化碳气孔。在焊缝金属凝固前，未能全部逸出，则会形成气孔。3 [7 o! G2 F1 B! N0 x. a: w
(3)铜的热导率比铁大8倍以上，焊缝的冷却速度比钢要大得多，氢扩散逸出和水的上浮条件更差，形成气孑L的可能性急剧增大。" d7 D1 |& X! }& l9 G
气孔在射线检测底片的各个位置都存在，有单个、链状和密集气孔。! m+ f/ S. P' w0 H, R7 I
2 解决的方法
+ q. }" O7 T F |5 C- z在小型空气分离设备中，用黄铜合金制造容器的材料较薄，其焊接方法为手工氧—乙炔气焊。要减少上述缺陷的产生需注意以下几方面：
H, g6 W% u1 m; S5 W4 `0 C1．焊丝和焊接区域表面的油脂及污物必须仔细清除，露出金属光泽；. }# e2 g4 S) A9 m B" b/ Z, @
2．采用轻微的氧化焰或中型焰，对较厚的焊件需预热；
$ M7 }+ Q; Y& t! K+ b1 j3．在焊接过程中应避免高温的焰心与熔池金属直接接触，在保证焊透的前提下，尽量加快焊接速度；
j( m! A) g' L# s6 C4．焊后，可在550~650℃的温度下进行消除焊缝应力和改善焊缝性能的退火热处理。
' m9 ?/ F- F3 n0 I Z3 射线检测中注馐孪?br />1．因焊缝成型较差，在检测前必须认真检查焊缝表面质量，避免因外观缺陷造成误判或掩盖内部缺陷；
; X. g1 t& B0 C) ?1 r) I: I3 W2．对薄板的铜合金用气焊接，其焊缝余高较大，射线检测时需用“高能量短时间”，减少焊缝对比度；) X5 [( M) q: t& D; V
3．控制返修次数，防止因多次返修造成形变。4 Q1 T" ?9 }" O* L
参考文献
- r* C5 \( Y8 r) q[1]焊接手册第二卷．北京：机械工业出版社，1992
9 Y- m0 E& {$ e) B2 n/ U% ^2 C[2]焊接技术．北京：国防工业社，1975: z2 S. l; W9 _3 a- r$ m/ O5 {0 R
[3]气焊技术．北京：煤炭工业出版社，1983 | 
发表于 2007-7-3 14:15:39
