铜合金的焊接一直以来都是一件非常具有挑战性的工作,采用激光光束振荡技术焊接铜合金,成功实现了铜合金板材的焊接。工艺参数经过优化后可以得到无缺陷的焊接接头。光束振荡造成的多个在熔化循环时形成复杂的熔化区的主要原因。
为了克服焊接性的问题,采用不同的策略产生连续的穿透型的对接焊缝且可以控制焊接缺陷,显微组织和残余应力与变形。在所有的策略钟,在连续激光焊接的过程钟,采用光束振荡,或者说叫摇摆,目前还没有应用到铜的激光焊接上,但铝合金和钛合金等材料中的激光光束振荡焊接已经有应用,以上材料比铜合金的焊接相对要容易一些。
激光的动态移动可以具有不同的形状,并且其振荡模式的变化可以促进在焊接工艺过程中实现更好的温度管理,从而导致并不陡峭的热输入和冷却速率以及热温度梯度。因此,激光光束振荡可以通过大化的降低焊接缺陷来提高工艺过程,而不会对焊接后的显微组织产生影响,就不会出现以前Kraetzsch所报道的 Cu/Al异种材料的焊接和Wang等人所报道的进行Al焊接时所产生的情况。
高的旋转直径和旋转频率增加了焊道之间的搭接,导致交互作用时间变短,因此,焊道的穿透能力下降。然而,焊道表面的形态呈现出较少的缺陷,如飞溅和表面空穴。由于焊接工艺不是对称的,这是因为光束旋转的原因造成的,在高速旋转频率的作用下底部存在不饱满。在高的焊接速度下,尽管表面空穴和飞溅减少,但焊接深度显著下降。测试不同的光束运动轨迹后发现,圆形的运动轨迹是效果佳的。
铜及铜合金具有的导电性能和导热性能,可进行软钎焊和其他焊接,但由于铜及铜合金的高熔点和极易氧化性能,致使铜及铜合金的焊接存在以下技术难点
(1)高熔点和高导热性,使铜和铜合金焊接温度很高,采用常规焊接工艺参数时, 铜材很难熔化,不能很好地熔合;
(2)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;
(3)铜及铜合金焊接易产生气孔的缺陷,且比碳钢严重得多,主要是氢气孔;
(4)焊接接头性能的变化,晶粒粗化,塑性下降,耐蚀性下降等。
对铜合金进行的焊接加工。铜合金的导热率高,焊接时,从焊缝中心向母材迅速散热,焊缝易形成粗大的树枝晶。同时,焊缝内的合金元素、杂质和氧化亚铜与铜形成的低熔点共晶集中分布在晶界上,严重地削弱了晶间结合力,在焊接应力作用下,易产生热裂。因此,大的工件应进行焊前预热,这对焊接缺陷能起到一定的消除作用。高的导热率对于接头形式和熔化焊接技术有特殊要求,只有在热源与焊接接头呈对称位置时,才能获得均匀的焊缝。铜合金液态流动性好,不适于悬空单面对接焊,也不宜采用立焊和仰焊。
焊接铜锌合金时,锌易蒸发,锌蒸气与氧结合形成白色ZnO,对人体有害,应有通风装置。焊前预热和提高焊速,可减少黄铜的流动范围,减少锌的蒸发。在焊缝中加入硅、锰等元素也可减少锌的损失。焊接铝青铜时,易形成难熔的Al2O3。滞留在焊缝中。焊接锡青铜时,有较大的结晶区,易产生晶间裂纹,硅黄铜(15%Zn,3%Si)和硅锰青铜(3%Si,1%Mn)都具有良好的焊接性能。
长期以来,铜及铜合金的焊接主要是应用钎焊、气焊、电弧焊、惰性气体保护焊、埋弧焊、扩散焊等方法。近年来,随着焊接技术的发展,又采用了电子束、激光、等离子弧等高能量热源进行焊接,取得了很好的效果。
白铜是铜镍合金,颜色呈银色或淡灰白色。白铜具有耐热和耐寒的性能,中等强度,塑性高,能进行冷热压力加工,还有很好的电学性能,除用作结构材料外,还是重要的高电阻和热电偶合金。所以,白铜按其用途可分为结构白铜和电工白铜。结构白铜具有很好的耐蚀性,优良的力学性能和压力加工性能,焊接性好,主要用来制造冷凝管、蒸发器、热交换器和各种高强度的耐蚀件等。另外,白铜中也可加入其它元素,形成铁白铜、锌白铜、铝白铜、锰白铜等。
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