黄浦周边铜合金焊接代加工

众所周知，铜及其合金是一种非常难以焊接的材料，其原因如下：铜及其合金的传导率比较高，造成熔化困难，因此大量的热需要用来补偿热消散和局部进行高度加热，结果形成热应力和终造成变形等缺陷。溶解的氧容易形成氧化物和气孔。对激光束的吸收率比较低，尤其是激光波长为700nm以上的时候，吸收率不到3%。

光束摇摆（振荡）扩大了激光束与材料之间相互作用的面积和焊接宽度，降低了焊接过程中所需要的热输入。在高反射材料中，如铜合金，采用光束振荡，材料的局部温度会升高和提高对激光的吸收率。能量的效率会增加，因为在焊接过程中的反射变少。另外一个主要的优势在于适宜的光束振荡激光头在使用时，可以控制热温度梯度和匙孔的稳定性，这将导致焊接缺陷的减少和获得光滑的焊缝表面。

当焊接参数进行优化时，没有焊接缺陷存在，如气孔，裂纹等，这些是铜合金应用时的关键指标。采用多模光纤激光进行焊接铜合金的厚度为1.5mm的时候，可以实现无缺陷的焊接，焊接参数为：焊接速度在3.5 到4 m/min，采用圆形的焊接模型，圆形的旋转直径为0.6–1 mm，频率为100Hz。

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。

铜为面心立方晶格,具有较多的形变滑移系,室温、高温变形能力很好,退火状态的铜,不经中间退火可压缩85%～ 95%而不产生裂纹。但纯铜在500～ 600℃呈现“中温脆性”。在焊接过程中,易在此温度区间发生裂纹。据研究,“中温脆性”和杂质的性质、含量、分布、固溶度等有关。铜可分为无氧铜和含有少量氧的纯铜。纯铜的导电性能好,常用于导电材料,但是存在Cu2O-Cu的低熔点共晶物,焊接时易出现裂纹。无氧铜又可分为用P、Mn脱氧的脱氧铜和无氧铜,由于其焊接性好,常用于焊接结构。

黄铜是Cu-Zn合金,根据Zn的含量不同又可分为很多种,为了改变黄铜的性能,也可以加入其它元素,如Al、Ni、Mn等。从而形成了铝黄铜、镍黄铜、锰黄铜等。由Cu-Zn二元系相图可知,黄铜固态下有T、U、V、W、X、Z六个相,其中T相是以铜为基的固溶体,其晶格常数随Zn含量的增加而增大。 Zn在铜中的溶解度与一般合金相反,随温度降低而增加,在456℃时固溶度达大值后, Zn在铜中溶解度随温度的降低而减少。T固溶体具有良好的塑性,可进行冷热加工,并有良好的焊接性能。

铜合金的焊接,主要的问题是裂纹。与铜一样,由于杂质在晶界析出,铜合金也十分容易形成裂纹。在铝青铜中,由于含Al量比较低,所以形成了T单相的焊缝组织,裂纹敏感性比较高,特别是多层焊时,层易出现裂纹。如果提高Al的含量,就会形成T+U的双相组织,可以抑制裂纹的出现,但是Al的含量过高,会在U相中析出V2硬质相,又会使裂纹敏感性增大,所以, Al的含量以7%～ 11%为宜,且要加入一定量的Ni、 Fe、 Mn来抑制V2硬质相的析出。