Ｈ６２黃銅及普通低碳鋼材料氣焊工藝開發(fā)

金立果　楊俊明

摘要：本文針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中最常見的H62黃銅的特性、焊接技術(shù)及工藝措施、工藝裝備結(jié)構(gòu)等進(jìn)行焊接可行性和焊接工藝的研究，對(duì)采用的焊接材料、工藝方案等進(jìn)行討論，對(duì)焊接難點(diǎn)進(jìn)行突破和改進(jìn)，為國內(nèi)工程提供合格的焊接工藝評(píng)定、減少工程開支，另一方面也為工程施工做好必要的技術(shù)儲(chǔ)備。

關(guān)鍵詞：氣焊；焊接工藝；難點(diǎn)；重要突破

1 項(xiàng)目概況

銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，因而在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。為了節(jié)約有色金屬銅，降低成本，常常在結(jié)構(gòu)件、連接件和使用件的需要部位采用銅，而其他部位則采用成本低廉的低碳鋼材料。這種結(jié)構(gòu)多數(shù)采用的是非焊接方式（比如脹接、法蘭連接）或軟釬焊（使用焊錫或其他釬料進(jìn)行低強(qiáng)度的連接，未能達(dá)到原子結(jié)合的焊接方式），相對(duì)整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度的穩(wěn)固性來說比焊接顯得有所不足，這使得在一些承受載荷，需要牢固連接的部位，不得不以純銅進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作整個(gè)系統(tǒng)。

2 項(xiàng)目計(jì)劃情況

第一階段，項(xiàng)目調(diào)研及可行性分析；第二階段，材料的可焊性試驗(yàn)；第三階段，焊接工藝評(píng)定制作；第四階段，效益分析；第五階段，項(xiàng)目總結(jié)

3 項(xiàng)目計(jì)劃執(zhí)行情況

3.1 第一階段，項(xiàng)目調(diào)研和可行性分析

3.1.1 項(xiàng)目調(diào)研

a. 根據(jù)工程施工的要求，我們需要做角焊縫的焊接工藝評(píng)定，因此在編制焊接工藝時(shí)，主要考慮的是焊縫和兩種金屬母材的結(jié)合情況，要做到焊縫和母材在金相上的完全融合。

b. 查找可借鑒的文獻(xiàn)和資料，發(fā)現(xiàn)黃銅和低碳鋼的異種鋼接頭氣焊基本是空白，需要我們自行摸索其焊接工藝；

c. 根據(jù)黃銅和低碳鋼的物理特點(diǎn)制定出一套科學(xué)合理的氣焊工藝；

3.1.2 可行性分析：

a.不利因素如下：

銅及銅合金具有良好的導(dǎo)熱性，常溫下熱導(dǎo)率是鐵的七倍多，1000℃時(shí)是鐵的11倍，所以，焊接銅和銅合金與低碳鋼接頭時(shí)，銅工件很容易整體同時(shí)變熱，加熱到局部熔化狀態(tài)就比較困難，如果選擇的焊接參數(shù)和工藝手段出現(xiàn)問題，就很容易出現(xiàn)母材不熔或填充金屬和母材結(jié)合不好的情況。

對(duì)于使用最廣泛的手工電弧焊來說，銅電阻率極小,和電焊機(jī)的地線及把線的電阻率基本一樣，因此焊接電弧漂移不定，造成焊接外觀質(zhì)量差，而且銅的導(dǎo)熱極快，熔池凝固過程太快，手工焊產(chǎn)生的焊渣、氣體難以在熔池凝固之前浮出，形成缺陷。

因此，在銅的焊接工藝中，主要采用“能量集中”“少渣”“吹力小”的熱源進(jìn)行焊接，比如鎢極氬弧焊、熔化極氬弧焊、等離子弧焊等工藝。

但即使采用了“能量集中”“少渣”“吹力小”的熱源，由于銅和鐵的巨大物理性能差異，仍然給銅和鐵的異種鋼接頭帶來了焊接應(yīng)用的困難，所以我們很少在工業(yè)場(chǎng)合見到銅和低碳鋼的異種鋼焊接接頭。

而氧-乙炔氣焊，由于輸入的熱量不夠集中，所以常被先入為主的認(rèn)為不適合進(jìn)行銅和銅合金的焊接，在工業(yè)上使用較少，在銅和低碳鋼的異種鋼接頭上應(yīng)用的就更少。

這是使用氧-乙炔氣焊進(jìn)行黃銅和低碳鋼異種鋼接頭焊接的不利因素

b.有利因素如下：

氧-乙炔氣焊有鎢極氬弧焊、熔化極氬弧焊、等離子弧焊等工藝所沒有的優(yōu)勢(shì)，比如：

應(yīng)用廣泛，設(shè)備現(xiàn)成，操作人員現(xiàn)成。鎢極氬弧焊、熔化極氬弧焊、等離子弧焊等工藝由于需要專門的設(shè)備，不適合現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)作業(yè)，在野外施工現(xiàn)場(chǎng)或施工工地上應(yīng)用不夠廣泛，但氧-乙炔氣焊設(shè)備幾乎是每個(gè)存在鋼結(jié)構(gòu)的施工工地所必備的設(shè)備。

人員培訓(xùn)容易。在找到合適的焊接工藝后，氣焊工可以按工藝進(jìn)行操作，僅需要進(jìn)行具體參數(shù)和操作手法的訓(xùn)練即可。而鎢極氣體保護(hù)焊（氬氣）、熔化極氣體保護(hù)焊（氬氣） 、電子束焊由于現(xiàn)場(chǎng)使用量少，需要重新培訓(xùn)其對(duì)應(yīng)工種。

成本較低。使用的是現(xiàn)場(chǎng)隨處可見的設(shè)備（氧氣和乙炔瓶、少量專用焊劑、氣焊槍、砂紙、水玻璃或純凈的溫水），氧氣和乙炔的價(jià)格相比氣體保護(hù)焊使用的氬氣的價(jià)格要低廉很多。

3.2 第二階段，材料的可焊性試驗(yàn)

按照制定的氣焊工藝有計(jì)劃焊接了30個(gè)管板試件。尋找合理的焊材搭配，對(duì)這些角焊縫進(jìn)行外觀檢測(cè)和內(nèi)部的宏觀金相檢驗(yàn)，來驗(yàn)證該角焊縫的金屬結(jié)合程度及焊縫斷面、最終確定的焊接工藝隨焊接焊件表面的質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果表明焊縫金屬和母材結(jié)合的很好，完全符合JB4708-2000的標(biāo)準(zhǔn)要求，這可以證明銅-鐵之間通過氣焊工藝焊接是可行的。

3.3 第三階段，焊接工藝評(píng)定制作和應(yīng)用

根據(jù)焊接試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)焊接工藝參數(shù)、組對(duì)尺寸等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理和總結(jié)，同時(shí)焊接質(zhì)量滿足相關(guān)施工驗(yàn)收規(guī)范的要求。

焊接工藝評(píng)定材料和規(guī)格為∮60×5、20#和δ=5、H62,焊接位置2FG，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB 50236-98（現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范）。

4 效益分析

為工程建設(shè)等行業(yè)做好了技術(shù)儲(chǔ)備。節(jié)約了工程中貴價(jià)金屬銅的使用，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。用氣焊代替普通焊接，從而產(chǎn)生安全、環(huán)保方面的附加經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。用氣焊代替氬弧焊和電子束焊，具有設(shè)備上的便捷性、易操作性和廣泛性，節(jié)省設(shè)備的使用和拉運(yùn)經(jīng)費(fèi)。

5 創(chuàng)新點(diǎn)、難點(diǎn)或重要突破

5.1 火焰的選擇和預(yù)熱溫度的選擇

純銅焊接通常采取中性火焰，但由于異種鋼接頭的物理特性差異，要保證焊絲和母材的融合，需要把破口兩側(cè)都預(yù)熱到500℃左右，使熔池冷卻速度減慢，便于析出氣體，為了保證熱量的集中，需要用熱量相對(duì)集中的氧化焰，但同時(shí)為了保護(hù)黃銅中的鋅元素不被過多氧化，決定使用極輕微的氧化焰。

該難點(diǎn)的解決方法是采用輕微氧化焰，試驗(yàn)后可行。

5.2 常見缺陷的防止

黃銅焊接容易出現(xiàn)的缺陷主要是熱裂紋和氣孔，熱裂紋的產(chǎn)生原因是合金元素偏析和氧化膜的夾雜，所以焊縫不應(yīng)該在900℃以上的高溫區(qū)停留太久，容易產(chǎn)生大量氧化物和氣孔，也不宜凝固太快，這樣容易把夾雜和氣孔凝固在焊縫里，因此需要把焊縫周圍預(yù)熱500℃左右以保證熔池不太快凝固，但焊接速度要快，焊接熱量要集中，使合金元素不要燒損過多，影響焊縫的性能。

該難點(diǎn)的解決方法是將焊縫區(qū)預(yù)熱到合理的溫度，并配合恰當(dāng)?shù)暮附铀俣?/p>

5.3 保證焊縫金屬的流動(dòng)性

由于銅上常常有氧化膜，銅內(nèi)部有時(shí)也有銅氧化膜，合金元素鋅也容易蒸發(fā)，所以需要使用合適的焊劑加強(qiáng)熔池的流動(dòng)性，并形成薄膜阻礙鋅的蒸發(fā)。

該難點(diǎn)的解決方法是選擇合適的焊劑，經(jīng)多次試驗(yàn)后我們選擇了CJ301焊劑，要求焊接前用砂紙打磨掉銅件和焊絲上的氧化膜，然后把焊劑涂敷覆蓋在整個(gè)焊接區(qū)和焊絲上，然后再進(jìn)行焊接

5.4 焊槍傾角的選擇

由于兩種母材金屬的導(dǎo)熱速度不同，需要把更多的熱量加到碳素鋼的一側(cè)，因此焊槍傾角與焊單一材料不同，需要把焰心更加朝向碳素鋼的一側(cè)，為了保證火焰熱量的集中，火焰要與焊縫有更小的接觸點(diǎn)，需要把焊槍立起來一些，與母材的夾角為75°~85°。

采取以上措施，我們成功的完成了黃銅和低碳鋼的焊接工藝，突破了黃銅不適合氣焊，黃銅和低碳鋼難以焊接的思維習(xí)慣。

6 項(xiàng)目總結(jié)

該工藝是可行的，但由于銅-鐵之間物理性能差異大，有許多和平時(shí)焊接不一樣的工藝措施和操作要求，應(yīng)在施焊前對(duì)焊工進(jìn)行有針對(duì)性的培訓(xùn)。

該工藝具有以下特點(diǎn)：a、設(shè)備簡(jiǎn)單，容易操作，減少成本。b、施焊人員容易掌握，培訓(xùn)周期減少。