纯铜焊接工艺

纯铜具有独特的物理性能，因而它的焊接性有别于钢和铝。焊接时主要问题如下：

（1）难熔合焊缝成形能力差 钢的热导率在20℃时比铁大7倍多，1000℃时大11倍多。焊接时热量迅速以加热区传出去，使加热范围扩大，焊件厚度越大，散热越严重。焊接区难以达到熔化温度，所以母材和填充金属难熔合。为此，焊接时需使用大功率的热源，焊前常需预热。

铜在熔化温度时，表面张力比铁小1/3，流动性比钢在1~1.5倍。面成形能力差，因此，当用大功率熔化极气体保护焊或埋弧焊时，熔化金属易流失。为此，单面焊时，背面需使用衬垫(板)等成形装置。

（2）焊接应力与变形大铜的膨胀系数比铁大15%，而收缩率比铁大1倍以上；又由于铜的导热能力强；冷却凝固时，变形量大。当焊接刚性大的焊件或焊接变形受阻时，就会产生很大的焊接应力，成为导致焊接裂纹的力学原因。

（3）易产生热裂纹在焊缝和热影响区上都可能产生热裂纹。主要原因是液态铜氧化、杂质及加热过程中晶粒长大。

为防止热裂纹，从冶金方面须严格限制钢中杂质的含量，增强对熔池的脱氧能力；从力学方面须减少焊接应力的作用。

（4）易产生气孔铜熔焊时，焊缝产生的气孔比焊接钢时严重得多。这与铜的冶金特性和物理特性有关。

表1 纯铜的化学成分

组别	牌号	代号					化	学	成	分	（质量分数，%）
Cu≥	P	Ag	Bi≤	Sb≤	As≤	Fe≤	Ni≤	Pb≤	Sn≤	S≤	Zn≤	O≤	杂质 总和 ≤
纯铜	一号铜	T1	99.95	≤0.001	—	0.001	0.002	0.002	0.005	0.002	0.003	0.002	0.005	0.005	0.002	0.05
二号铜	T2	99.90	—	—	0.001	0.002	0.002	0.005	0.005	0.005	0.002	0.005	0.005	0.006	0.1
三号铜	T3	99.70	—	—	0.002	0.005	0.01	0.05	0.2	0.01	0.05	0.01	—	0.1	0.3

表2 纯铜的力学与物理性能

性能指标	力学性能	物理性能
抗拉强度 /MPa	伸长率 （%）	密度 /g.cm-3	熔点 /℃	弹性模量 /MPa	热导率λ /W.M-1.K-1	比热容 /J.g-1.K-1	电阻率 /×10-8Ω.m	线胀系数 /10-6K-1	表面张力 /×10-5N.cm-1
软态	196~235	50	8.94	1083	128700	391	0.384	1.68	16.8	1300
硬态	392~490	6

表3 铜和铁的物理性比较

金属	热导率(20~100℃)/W·(m·K)-1	线胀系数(20-100℃)/10-6K-1	比热容 (20℃)/J(g.K)-1	表面张力/mN.cm-1
20℃	1000℃
Cu	393.6	326.6	16.4	0.348 9	12(1200℃)
Fe	54.8	29.3	14.2	0.460 2	18.35(1550℃)

从冶金特性方面，焊接时铜中存在有溶解性气体和氧化还原反应产生的气体。氢在铜中的溶解度与温度有关，随温度升降而增减，当铜处于液-固态转变时，有一突变。冷凝过程要析出大量的扩散性氢；熔池中的Cu2O在凝固时因不溶于铜而析出，便与氢或CO反应生在水蒸汽或CO2气体，因不溶于铜而逸出。

从物理特性方面，铜的热导率比铁大7倍以上，焊缝金属的结晶速度很大，在这种条件下氢的扩散逸出和H2O、CO2上浮极为困难，往往是来不及逸出和上浮便形成了气孔。

2、焊接工艺与焊接材料选择

根据现场实际，为节约成本及加快施工进度，伸缩节为多块铜片加工成形后使用自制专用夹具固定两端直段后（坡口按工艺）先用气焊焊接连接成部件。铜母排按施工图各位置情况进行铜母排段预制，尽量使大量焊口水平位置焊接，固定口为横焊位置，先按工艺要求进行预热，再用手工电弧焊焊接。焊丝选用直条紫铜焊丝（1m×3mm×1.5mm），焊剂选用CJ301，焊条选用T207。

（1）焊接工艺 气焊工艺要点：纯铜热导率高，用比焊碳钢大1~2倍的火焰能量进行焊接。火焰能量通过选用焊炬及其嘴号和调节可燃气体流量达到。操作技术有中性焰左向焊法。焊接过程中，要控制好熔池温度，可通过改变焊炬与焊件的距离及焊炬倾斜角度来调节。为了提高火焰能量的利用和增加熔深，焰芯离焊件不大于6mm。焊炬运动要快，火焰绕熔池上下左右运动、划圈，靠火焰吹力防止铜液流散。焊接速度宜快， 每个伸缩节端面一次焊完。

焊条电弧焊工艺要点：采用自制专用母排弯曲工具进母排弯制，专用自制组对夹具进行母排段预制，把所有平焊焊接件预制完成后再进行横向焊口组对焊接。采用角向磨光机制作坡口，板厚20mm,坡口形式与尺寸如图所示：

坡口形式与尺寸

（2）焊接材料选择 铜焊条都是碱性低氢型的，用前须经350~400℃，烘干1~2h。焊前清理坡口及坡口边缘10mm范围内氧化物。采用两把大型烘枪预热，远红外线测温仪测温。电流为直流反接，焊接参数如表4所示。

表4 焊接参数

板厚mm	焊条直径/mm	焊接电流/A	预热温度/℃
20	3.2	110~150	750~800
4.0	150~220

预热温度达至工艺要求预热温度方可施焊，焊接时应用短弧，焊条不宜作横向摆动，可沿焊缝作往复直线运动，使熔池存在时间较长，有利于气体逸出。焊接速度尽可能快，以减少焊件变形和接头过热。更换焊条的动作要快。应在熔池后（距弧坑10~20mm处）重新引弧，然后逐渐填满弧坑再向前焊接。多层焊时应用角向磨光机彻底清除层间熔渣升温后再行施焊。结束时要缓慢熄弧以填满弧坑。横向焊缝因焊后上坡口边缘铜水易往下流产生咬边现象，焊条电弧焊完成后可采用手工钨极氩弧补焊消除，焊后用平头锤锤击焊缝，以消除焊接应力和改善接头性能。焊接场地要空气流通，以排除焊接烟尘及有害气体。

3、结语

焊后经焊缝外观检测合格率100%，焊缝一次合格率96%以上。保证了焊接质量，保证了施工工期，受到公司及建设单位一致好评。

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