支憶澄
蘇州制氧機(jī)有限責(zé)任公司質(zhì)量管理部
在小空氣分離設(shè)備中，常采用銅或銅合金材料制造容器的設(shè)備。由于銅或銅合金其本身的化學(xué)成分、熱物理特性和物理化學(xué)特性與低碳鋼不同，因此銅和銅合金焊接性能和焊接加工中內(nèi)外質(zhì)量存在較大差異。
1 存在問題及原因
1．焊縫成形差
熔化焊接銅和銅合金時(shí)易產(chǎn)生母材難于溶合，坡口焊不透和表面成形差的外觀。缺陷。在射線檢測(cè)底片上反映為焊縫黑度變化大，表面缺陷易于內(nèi)部缺陷混淆。
原因與銅的熱物理性能有關(guān)。從表1可見，銅和銅合金的熱導(dǎo)率比普通碳鋼大7~11倍，焊接時(shí)大量的熱從母材散失，加熱范圍擴(kuò)大。母材厚度越大，散熱越嚴(yán)重。盡管銅的比熱容略小于鐵，焊接區(qū)難于達(dá)到溶化溫度。銅在溶化溫度對(duì)表面張力比鐵小1／3，流動(dòng)性比鋼大1～1．5倍，表面成形能力較差。
金屬熱導(dǎo)率W／m·K比熱容J／g·℃20℃線膨脹系數(shù)10-6K-120~100℃表面張力×10-5N/cm收縮率%
20℃1000℃
Cu393.6326.60.384916.413001200℃4.7
Fe54.829.30.460214.218331550℃2.0
2．焊縫易產(chǎn)生裂縫
銅能與其中的雜質(zhì)分別生成溶點(diǎn)為270℃的Cu+Bi、溶點(diǎn)為326℃為Cu+Pb、熔點(diǎn)為1064℃的Cu20+Cu、溶點(diǎn)為1069℃的Cu+Cu2S等多種低溶點(diǎn)共晶。它們?cè)诮Y(jié)晶過程中分布在枝晶間或晶界處，使銅和銅合金具有明顯的熱脆性。表現(xiàn)為：
1銅的氧化
雖然銅并不是很容易氧化的金屬，但在液態(tài)時(shí)，銅要發(fā)生一定氧化，生成氧化亞銅Cu20與銅形成低熔點(diǎn)共晶體，分布在晶界上，使塑性降低，易產(chǎn)生裂縫。
2合金元素的蒸發(fā)和燒損
銅合金中的合金元素鋅、錫、鉛、鋁及錳等比銅更容易氧化、蒸發(fā)和燒損，使合金成分發(fā)生變化引起焊縫性能下降，易產(chǎn)生裂縫。
同時(shí)，由于銅和銅合金的膨脹系數(shù)和收縮率較大，產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力，焊接變形大，導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫。另外，銅在高溫時(shí)的低強(qiáng)度和低塑性，過飽和的聚集析出等作用，也是形成裂縫的因素。
在射線檢測(cè)的底片上表現(xiàn)為：縱縫易在兩端出現(xiàn)明顯的黑線影象，環(huán)縫中裂縫影象出現(xiàn)在溶合線的幾率較多。
3．易產(chǎn)生氣孔
溶化焊接銅及銅合金時(shí)，氣孔出現(xiàn)的傾向比低碳鋼要嚴(yán)重。其原因：
1在液態(tài)時(shí)，大量氫氣溶解在銅中，而在凝固和冷卻過程中，溶解度大大減小。當(dāng)焊縫金屬冷卻較快時(shí)，過剩的氫氣來(lái)不及逸出，在焊縫及熔合區(qū)集聚而引成氣孔。
2高溫時(shí)，溶池的氧化亞銅與氣體H2、CO反應(yīng)，使銅還原而生成不溶解于銅液中的水蒸氣和二氧化碳?xì)饪?。在焊縫金屬凝固前，未能全部逸出，則會(huì)形成氣孔。
3銅的熱導(dǎo)率比鐵大8倍以上，焊縫的冷卻速度比鋼要大得多，氫擴(kuò)散逸出和水的上浮條件更差，形成氣孑L的可能性急劇增大。
氣孔在射線檢測(cè)底片的各個(gè)位置都存在，有單個(gè)、鏈狀和密集氣孔。
2 解決的方法
在小型空氣分離設(shè)備中，用黃銅合金制造容器的材料較薄，其焊接方法為手工氧—乙炔氣焊。要減少上述缺陷的產(chǎn)生需注意以下幾方面：
1．焊絲和焊接區(qū)域表面的油脂及污物必須仔細(xì)清除，露出金屬光澤；
2．采用輕微的氧化焰或中型焰，對(duì)較厚的焊件需預(yù)熱；
3．在焊接過程中應(yīng)避免高溫的焰心與熔池金屬直接接觸，在保證焊透的前提下，盡量加快焊接速度；
4．焊后，可在550~650℃的溫度下進(jìn)行消除焊縫應(yīng)力和改善焊縫性能的退火熱處理。
3 射線檢測(cè)中注饈孿?br />1．因焊縫成型較差，在檢測(cè)前必須認(rèn)真檢查焊縫表面質(zhì)量，避免因外觀缺陷造成誤判或掩蓋內(nèi)部缺陷；
2．對(duì)薄板的銅合金用氣焊接，其焊縫余高較大，射線檢測(cè)時(shí)需用“高能量短時(shí)間"，減少焊縫對(duì)比度；
3．控制返修次數(shù)，防止因多次返修造成形變。
參考文獻(xiàn)
[1]焊接手冊(cè)第二卷．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992
[2]焊接技術(shù)．北京：國(guó)防工業(yè)社，1975
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