b19铜合金焊接

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学号：科研实践 冶金与材料工程学院 焊接技术与工程焊接一班田文博1445763125

B19铜合金的MIG焊焊接技术研究 一绪论

1 合金的应用

铜镍二元合金（即二元白铜）称为普通白铜。在普通白铜中，字母B表示加镍的含量，如：B5表示镍含量为约5%，其余约为铜含量。型号有B0.6、B19、B25、B30。纯铜加镍能显著提高强度、耐蚀性、硬度、电阻和热电性，并降低电阻率温度系数。因此白铜较其他铜合金的机械性能、物理性能都异常良好，延展性好、硬度高、色泽美观、耐腐蚀、富有深冲性能，被广泛使用于造船、石油化工、电器、仪表、医疗器械、日用品、工艺品等领域，并还是重要的电阻及热电偶合金。白铜的缺点是主要添加元素——镍属于稀缺的战略物资，价格比较昂贵。 镍白铜(有叫洋白铜)，用途：晶体振荡元件外壳，晶体壳体，电位器用滑动片，医疗机械，建筑材料等。

2 合金的焊接性分析

在铜合金中，白铜因耐蚀性优异，且易于塑型、加工和焊接。B19是常见的白铜。美国标准中牌号系列更多一些。白铜棒是Cu与Ni形成的连续固溶体，具有面心立方晶格。当温度低于322度时，铜镍相图存在一个亚稳分解的相当宽的成分〃温度区域，向Cu-Ni合金添加第三元素诸如Fe、Cr、Sn、Ti、Co、Si、Al等，可改变亚稳分解的成分〃温度区域范围和位置，同时也可改善合金的某些性能。普通白铜板具有良好的冷、热加工性能。可顺利的加工成板、带、管、棒、

型、线等各种形状。焊接性能良好，可进行软、硬钎焊、气体保护弧焊和电阻焊

等；切削性能是易切削黄铜HPb63-3的20%。普通白铜板具有较好的耐蚀性，中等强度、高塑性，能冷热压力加工，以及很好的电学性能，除用作结构材料，还是重要的高电阻和热电偶合金。

3 合金的焊接技术进展

采用熔焊和固相焊均可获得性能较好的铜金属焊接接头。熔焊方法比较灵活，效率较高，但需要采取合理的工艺措施避免缺陷发生；固相焊铜-钢接头性能优异、高温强度高，比较适于铜-钢之间的焊接，但受限于工件的尺寸和形状，且效率相对较低。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。随着新方法和新工艺的不断开发，如冷金属过渡、电渣焊、搅拌摩擦焊、热等静压等方法用于铜及铜合金的焊接，铜-钢异种金属焊接的研究必将进一步深入，应用范围也将进一步拓展。

二B19铜合金的焊接性分析及焊接工艺选择

1 该牌号合金的化学成分；力学性能及应用

B19是Cu与Ni形成的连续固溶体，具有面心立方晶格。当温度低于322度时，铜镍相图存在一个亚稳分解的相当宽的成分?温度区域，其可进行软、硬钎焊、气体保护弧焊和电阻焊等。因此B19白铜较其他铜合金的机械性能、物理性能都异常良好，延展性好、硬度高、色泽美观、耐腐蚀、富有深冲性能，被广泛使用于造船、石油化工、电器、仪表、医疗器械、日用品、工艺品等领域除用作结构材料，还是重要的高电阻和热电偶合金。

2 合金元素加入的作用以及对合金焊接性的影响

向Cu-Ni合金添加第三元素诸如Fe、Cr、Sn、Ti、Co、Si、Al等，可改变亚稳分解的成分?温度区域范围和位置，同时也可改善合金的某些性能焊接性能良好，

3 拟定焊接方法、选用设备、选用熔敷材料（焊条或焊丝焊剂等）及成分

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。

4 拟定厚度为10mm的合金板材或直径Φ10mm线材对接的焊接工艺规范： 包括坡口形式、尺寸；焊接参数如电流、电压、焊速、焊条直径或焊丝直径以及送丝速度等；焊接预处理或后处理方法（如果需要）

铜及铜合金焊接的主要措施

通过铜及铜合金焊接特点分析，我们可以知道在铜及铜合金的焊接中，防止氧化和氢的溶解是主要问题。因此，我们采用含有脱氧剂（如磷、硅、锰）的焊丝，能溶解氧化铜生成的熔渣的铜焊粉；去除工件和焊丝吸附的水分，并采取焊前预热等措施。

焊丝直径要比焊同样厚度的碳钢所用焊丝粗1/3。焊粉可选标准焊粉301。 焊炬和火焰的选用

如前所述，纯铜导热性高，应选用较大功率火焰。焊接火焰应严格采用中性焰。氧化焰会因铜的氧化，使焊缝溶氢量增加，也会产生气孔和裂纹。

焊前清理和定位焊

焊前使用钢丝刷或细砂布清理工作和焊丝表面的脏物，露出金属光泽。定位焊时，坡口间隙比低碳钢稍大0.5—1毫米，焊点较密。

预热和焊粉使用

焊前预热是去除工件和焊丝吸附水分，延缓熔池冷却速度，防止气孔和裂纹产生的有效措施。中小件的预热温度为400—500℃。厚大工件的预热温度是600—700℃。焊粉的使用往往和预热连续在一起，在预热前，用焊炬加热焊丝，使其加热后沾上一层焊粉。当工件达到预热温度后，再向接头处洒上一层薄薄的焊粉，准备焊接。

左、右焊法的确定

焊件厚度小于5毫米的，采用左向焊法。大于5毫米的，采用右向焊法。为了保证熔透并填满坡口，可将焊件一头垫起，造成倾斜约为10°的上坡焊。 操作要点

为了减少铜的高温氧化，一般火焰的焰心末端离焊件表面比低碳钢稍高，为4

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6毫米。熔池形成温度控制。看到坡口处熔化液体冒泡，说明温度还未达到，至铜水发亮无气泡时，则可投入焊丝进行焊接。在这之前要不断用沾有焊粉的焊丝向焊接处熔敷焊粉。因为铜液流动性大，焊炬运动要快，火焰围绕熔池上下左右运动、划圈、靠火焰的吹力，防止铜液四散。厚度小于5毫米的焊件，为减少热影响区粗晶组织，应一次焊完。厚度大于5毫米的焊件，焊第二遍前要进行清理，否则焊接时会出现发渣、粘稠、气孔等现象，使焊接无法进行。开始和收尾时焊炬与工件的夹角，和焊碳钢件相似，至于焊接次序，对于非封闭焊缝，也应从中间向两端施焊。

焊后处理

对于板厚小于5毫米的工件，焊后可立即用小锤轻轻敲击焊缝，以提高机械性能，疏散应力，碾死气孔，防止裂纹产生。

对于板厚大于5毫米的工件，可将焊缝加热到400—500℃，然后在热态下锤击。为改变热影响区粗晶组织，可将接头加热至暗红色（600—700℃），然后在水中急冷。

工件坡口的设计

氧枪头部是纯铜铸造，壁厚为14MM，后部为钢管，壁厚是14MM，组合后形成一个封闭的内腔，无法采用x型坡口。我们采用V型坡口，坡口加工成如图1所示。这种坡口形式避免了焊接时另外加附衬板使水道减小及铜（CU）液从焊缝背面流失、焊穿等缺陷。

焊前准备

组对清洗：用丙酮或汽油清除坡口两侧50MM范围内的油污、水分及附着物。用钢丝轮清除此范围内的氧化层，直至表面露出金属光泽。进行组队时，用三点组队法，点焊均匀，防止变形拉裂，然后安装在变位机的焊接工装上。

用CJ301焊剂把酒精调成糊状，均匀涂刷在工件坡口及两侧30MM范围，进行预热，使工件获得足够的热量，减小焊接应力，防止热裂纹。预热温度为400-450℃。需要说明的是进行MIG焊前，需要TIG焊打底焊一遍，因为MIG焊易焊穿及熔合不透。同时和焊接工艺参数配合。参数如下：

六）焊接工艺参数（表一）和焊接要点：

焊接要点

钢与铜焊接时，焊缝是铁与铜的混合固溶体。因此，随着焊缝中含铜量的增加，产生热裂纹的倾向也加大。但是从生产实践中得知，当焊缝中的含铁量较低（如 0.2%-1.1%）时，焊缝金属的结晶特点和紫铜焊接时差不多，所以焊缝的抗热裂性能较低。随着焊缝含铁量的增加，焊缝的抗热裂性能也相应提高。当含铁量为 10%-43%时，焊缝抗热裂性能最高。但若再进一步提高铁含量，则焊缝的抗热裂性能反而迅速下降。所以焊接时，由于铜的热导率比低碳钢大得多，焊前要预热。我们用自己制造的电炉加热，预热温度为600-700℃，从观察口观看铜面为暗红色。焊接时，还应将电弧偏离坡口中心，残能保证焊接接头的力学性能。 焊接工艺过程

TIG焊打底完成后，向焊缝撒些干焊剂CJ301，以防焊缝氧化。然后加热，加温完成后保温0.5小时使整个工件温度均匀，然后进行施焊。将焊枪移至焊缝处第一层焊接位置，焊枪焊丝要偏离钢一面，焊丝离钢面一侧坡口2MM

，喷嘴离焊件8MM-15MM,焊枪略爬坡10MM燃弧。此时听到轻微的“啪啪”声，启动变位机，使工件均匀旋转，向前焊即可。这时要注意，焊枪的位置随工件的旋转可能发生变化，要始终保持焊枪处于焊缝的最佳位置，即以上所述参数。 ：

第一层完成后将焊枪移至焊缝铜面和第一层焊缝边中间进行施焊，同时加大电流电压继续向前焊接，注意观察熔池在两层接头处形成饱满的缓坡状接口。当盖面层焊完后要超过接头20-30MM，在此处将电流电压缓降，同时息弧。焊接完毕后，把工件从工装变位机上吊下来，用保温棉包裹，使工件缓冷，以防止裂纹。完全冷却后，进行车床加工，产品检验。

三拟定实验及分析内容

产品检验

1、外观：焊缝成型良好，无裂纹无气孔等不良缺陷。

2、经2.0Mpa水压，保压30MIN试验，无渗漏、冒汗等现象。

3、着色，渗透探伤（JB/T6062-1992）检验，II级合格。

4、X射线探伤根据GB3323-87,II级合格。

结论

高压氧枪采用加热后MIG焊的工艺焊接，焊后成型良好，质量完全能满足炼铁高炉的使用。但是也有不小缺点，如无法进行室外作业；设备较复杂，对使用和维护要求高等。随着我们技术水平的不断提高、设备的不断改进，这些问题将逐步得到解决。

参考文献

中国机械工程学会焊接学会编焊接工程手册【北京机械工业出版社】 2003 材料工程 2005（1）：41-44

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