铜及铜合金焊接规程

铜及铜合金焊接规程本规程规定了铜及铜合金焊接的基本要求，适用于铜及铜合金的手工钨极氩弧焊、气焊、熔化极氩弧焊和自动埋弧焊等焊接的铜及铜合金制单层容器、衬铜容器的铜焊接工艺。一、焊接用材料：1.焊接用氩气纯度≥99.99%，露点≤-50℃，并应符合GB/T4842或GB10624的规定。当瓶装氩气的压力≤0.5Mpa时不宜使用。当预热不方便或要求熔深较大时可用70%Ar+30%N2的混合气体。氮和氦作保护气体是氩气时熔深的2~3倍，但氮气也容易气孔增多倾向。2.手工钨极氩弧焊电极采用铈钨电极。电极直径应根据焊接电流大小来选择（使用时一般比焊接电流所要求的规格大一号的钨极），3.焊剂主要作用是去除氧化膜和其它一些杂质，防止熔池金属氧化和其它气体侵入熔池，并改善液体金属的流动性。使用时可用无水酒精调成糊状或直接将焊剂粉放在坡口和两侧或用焊丝醮焊剂再焊接。在气体保护焊时也可以使用焊剂以增强对熔池的保护作用。4.对比较重要结构，为了消除氧的不良影响，必须选用含有铝、钛等强脱氧剂的焊丝；为了防止合金元素在焊接过程中氧化和蒸发：焊接黄铜（防止锌氧化和蒸发）时可选用含硅的焊丝并快速焊以减少高温停留时间，焊锡青铜（防止锡氧化和蒸发）时可采用含硅、磷等脱氧剂的焊丝并用硼砂和硼酸作熔剂，焊接铝青铜（防止铝氧化和蒸发）可采用氯化盐和氟化盐组成的熔剂。5.二、施焊焊工：1.应按GB50236《现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范》中的规定考试合格。三、焊前准备：1.铜材坡口加工应采用机械方法（含剪切），如采用等离子火焰方法加工应从变色部分机械加工去掉不少于3mm，加工后的坡口表面应平整、光滑，不得有裂纹、分层、夹杂、毛刺、飞边和氧化色。坡口表面应呈金属光泽；必要时对坡口及两侧不少于30mm范围内一般应进行100%PT。2.焊丝、坡口表面及其两侧不少于30mm范围内必须表面的水、油污进行清理（包括去表面氧化膜、鳞片、污染和不合格的氧化色）。打磨可用φ0.15~0.2不锈钢丝盘刷金属磨头、和丙酮（沾丙酮的白布应干净，不要使用棉布或棉纱，以避免擦拭时带出毛绒），但应注意这些工具在使用前应被清理干净；尽量不要用砂轮打磨。3.对于外委热加工的部件，如封头等，原则上在进厂后应对铜材表面进行100%PT，必要时对不能确定的部位进行RT。4.焊丝表面可用不锈钢丝刷或干净的油砂纸擦洗；对表面氧化皮较厚的焊丝在焊前打磨后还需要化学清理。化学清理：用HNO375cm3/L+H2SO4100cm3/L+HCl75cm3/L混合液清洗，再用碱水冲洗，最后用干净的清水冲净热风吹干。对铜材也可参考此法。5.清理干净的焊丝和焊件应保持清洁和干燥，不得用手触摸焊接部位，焊前严禁污染，否则应重新进行清理，局部污染可局部重新清理；最好用白纸覆盖在坡口用两侧。如清理后8h之内未焊，焊前就应重新清理。6.焊件装配应准确，如果装配不良时，应考虑换部件，而不得强行组对，以避免造成过大的应力。在正式焊接前应对坡口尺寸进行检查，合格后方可施焊。7.定位焊选用的焊丝及采取的工艺措施与焊接工艺相同。8.焊件组对时在应力集中处（如焊缝交叉处和工件上的转角处等）尽量避免进行定位焊，定位焊缝不得有裂纹、气孔、夹渣等缺陷，否则必须清除重焊。重焊应在附近区域进行，而不要在原处点焊。9.焊接纵缝时，必须在焊件两端放置引弧板和退弧板，引弧板和退弧板采用与被焊件相同牌号和厚度的铜材。焊接环缝时尽量避免产生弧坑。10.焊接过程中定位焊点开裂，造成板边错位或间隙变化，应立即停止焊接，经修复后才能继续施焊。11.垫板材料一般为石墨制作垫板，因为石墨导热慢，保温性好。当铜板较厚或垫板装配间隙较大时，可用粘土泥封住间隙，焊后去掉即可。也可以用焊剂（这里指埋弧焊用焊剂如HJ431）若电流较大还应考虑焊剂层应有一定的厚度。垫板尺寸可按下图：四、焊接要求：1.持证焊工应按焊接工艺文件和其它文件焊接。2.在焊接环境出现下列情况之一时，应采取有效防护措施，否则不准施焊：1)焊接环境不清洁，有灰尘、烟雾；2)焊接环境风速大于或等于1.5m/s；3)焊接环境相对湿度大于80%；4)下雨、下雪的室外作业；5)焊接温度低于5℃；3.铜材产品焊接设在专门的场地，场地应铺设橡胶或绒布；焊接时应远离通风口和门窗以避免影响气体保护效果。4.用手工钨极氩弧焊焊接纯铜、黄铜（Cu-Zn）、锡青铜（Cu-Sn）和白铜（Cu-Ni）都用直流正接；铝青铜（Cu-Al）和硅青铜（Cu-Si）用交流以除表面氧化膜。熔化极氩弧焊和自动埋弧焊都用直流反接。5.焊前预热：由于铜材导热性能很强，因此一般手工钨极氩弧焊焊接大于4mm厚度时，焊前都应预热，纯铜4~12mm预热200~450℃；青铜和白铜预150~200℃；硅青铜和磷青铜可不预热并控制层间温度不超过100℃。可视具体情况用火焰或远红外线板进行加热。6.气焊紫铜和青铜一般用中性火焰，因为氧化焰易造成元素烧损，还原焰由于含H而容易产生气孔。黄铜用弱氧化焰，以便生成氧化锌并脱H减少气孔。气焊一般不开坡口，只单面单层焊，以避免多次多层焊变形。焊后可以锤击以细化晶粒，如板厚不超过5mm时可沿焊缝两侧各100mm处锤击，当厚度大于5mm时可先加热到500~600度锤击，再加热到500~600度用水激冷。7.一条焊缝应尽量一次焊完，不得已中途停焊后重新焊接时，应重叠10~20mm。彻底清除表面污染、夹渣等缺陷。弧坑应填满，接弧处应熔合焊透。一般熄弧采用堆高熄弧法：收弧时匀速抬高电弧，同时加速填充焊丝，直至电弧熄灭，使熄弧处焊缝局部凸出，必要时打磨超标的余高。在焊机上有衰减装置时，此熄弧方法效果更好。8.C、D类接头的焊缝与母材应呈圆滑过渡。9.焊缝和热影响区表面应进行100%检查，不得有裂纹、未熔合、气孔、弧坑、夹渣和飞溅物等缺陷，焊缝外不应有打弧点。10.铜材压力容器焊缝表面不应有咬边。常压容器焊缝表面的咬边深度不应大于0.5mm，咬边连续长度不应大于100mm，焊缝两侧咬边的总长度不应超过该焊缝长度的10%。11.应注意铜材立焊和仰焊不容易实现，一般不安排这种位置。12.换热器换热管焊接顺序：管板组装（换热管预留长度应不少于4mm，以便后面的机加工）；管端及管板清理；一端胀管；焊接一面管板；机加工未焊换热管管端；胀管；管端及管板清理；焊接未焊一面的换热管。焊接时第一层一般不加丝焊（第一层是否进行PT或气密性检测按规定），但其它层应加丝焊。13.铜五、焊缝返修：1.对需要返修的缺陷应当分析产生原因，提出改进措施，编制焊接返修工艺（应考虑加工装防焊接变形）后才能开始返修（下表为一般情况下焊缝缺陷及原因分析）；2.焊缝同一部位返修次数不宜超过2次。3.一般用金属磨头清除缺陷和开坡口。如果缺陷较深时，可先用规定的手工铣打磨，再用金属磨头打磨坡口表面。坡口应宽度均匀、表面平滑和便于施焊的凹槽，凹槽两端有一定的坡度（一般不大于1：3）。4.返修前需将缺陷清除干净，一般应进行100%PT确认（若缺陷是裂纹，则必须进行100%PT）。补焊时只需将缺陷除尽即可，不要挖得太深，必要时进行RT进行确认缺陷已完全清除。补焊时先不填丝，用电弧对补焊区金属熔化；填丝后电弧应稍偏向焊丝，防补焊区金属过热，电弧可在补焊长度方向上适度往复移动，以延长熔池存在时间，以利于氢气泡从熔池逸出。5.返修焊缝性能和质量要求应与原焊缝相同；6.铜焊接主要焊缝缺陷是气孔和裂纹：6.1气孔产生原因：铜焊接气孔主要是氢进入焊接熔池而形成的。氢来源有：材料、焊丝、保护气体、送丝机构、焊工的手套和环境湿度太高等，如焊丝被污染、材料及焊丝本身的氧化膜、送丝机构上有油污或冷凝汗渍等。预防措施：6.1.1材料及焊丝内的含氢量≤0.4mL/100g；6.1.2被焊件表面应去除油污及氧化膜，存放时间不超过4h。表面清理后应用干燥、洁净、不起毛的物件覆盖坡口及两侧；6.1.3焊丝尽量使用抛光焊丝，不然处理方法同上；6.1.4保护气体内杂质含量：H2≤0.001%；O2≤0.02%；N2≤0.1%；H2O≤0.02%；6.1.5保护气体管路：一般采用不锈钢管或铜管，软管采用塑料管而不能用橡胶等易吸水的软管；焊前应检查冷却水管道，确保不会漏水；当环境湿度很大时，应对保护气体进行加热对管路进行吹扫；6.1.6送丝机构：不得有油污，送丝同采用聚四氟乙烯管，并焊前清理管内污染和冷凝水；6.1.7现场环境：温度不宜超过25℃，相对湿度不超过50%，保持环境清洁；6.1.8焊工：工作服装尽量是白色的，以便能及时发现和清理污染。焊时注意汗水和油渍不要再次污染焊件；6.1.9在焊前都应在试板上试焊，以便检查保护气体和管路是否合格。6.1.10焊接工艺上预防措施：用双面焊代替单面焊；每道焊缝薄时比厚时有利于气孔逸出；大直径焊丝有利于减少气孔；焊前预热、焊后缓冷；降低电弧电压、增大电流、降低焊接速度，有利于减少气孔。6.2裂纹产生原因：材料焊接性较差；选择焊丝时没考虑抗裂性；结构的拘束度过大。预防措施：6.2.1对焊接性较差的铜材在焊接前应考虑其抗裂性而不能只考虑强度；必要时可考虑对焊件进行退火后焊接，焊后再淬火时效。6.2.2选择抗裂纹性好的焊丝，如含Si等低熔点元素的焊丝。6.2.3尽量减少焊接接头的拘束度，合理安排焊接顺序，让焊缝能够有横向收缩余量，以减小焊接应力。没有必要定位焊的就不要焊定位焊，能双面定位焊的就不要单面定位焊。6.2.4尽量改单面焊为双面焊。六、探伤要求：1.封头拼缝焊后应进行100%RT，成形后再按规定100%RT或100%PT。2.A、B类焊缝一般进行100%RT。3.容器上的C、D类焊接接头进行100%PT。4.铜材表面补焊焊缝进行100%PT。5.铜卡具和拉筋的临时固定连接焊缝拆除后的焊痕等进行100%PT。6.其他图样要求探伤的部位。铜及铜合金的焊接工艺铜具有优良的导电性、导热性、耐腐蚀性、延展性及一定的强度等特性。在电气、电子、化工、食品、动力、交通及航空航天工业中得到广泛应用。在纯铜（紫铜）中添加10余种合金元素，形成固溶体的各类铜合金，如加锌为黄铜；加镍为白铜；加硅为硅青铜；加铝为铝青铜等等。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。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，与要是氢气孔。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。1、紫铜的焊接焊接紫铜的方法有气焊、手工碳弧焊、手工电弧焊和手工氩弧焊等方法，大型结构也可采用自动焊。（1）紫铜的气焊焊接紫铜最常用的是对接接头，搭接接头和丁字接头尽量少采用。气焊可采用两种焊丝，一种是含有脱氧元素的焊丝，如丝201、202；另一种是一般的紫铜丝和母材的切条，采用气剂301作助熔剂。气焊紫铜时应采用中性焰。（2）紫铜的手工电弧焊在手工电弧焊时采用紫铜焊条铜107，焊芯为紫铜（T2、T3）。焊前应清理焊接处边缘。焊件厚度大于4毫米时，焊前必须预热，预热温度一般在400~500℃左右。用铜107焊条焊接，电源应采用直流反接。焊接时应当用短弧，焊条不宜作横向摆动。焊条作往复的直线运动，可以改善焊缝的成形。长焊缝应采用逐步退焊法。焊接速度应尽量快些。多层焊时，必须彻底清除层间的熔渣。焊接应在通风良好的场所进行，以防止铜中毒现象。焊后应用平头锤敲击焊缝，消除应力和改善焊缝质量。（3）紫铜的手工氩弧焊在紫铜手工氩弧焊时，采用的焊丝有丝201(特制紫铜焊丝)和丝202，也采用紫铜丝，如T2。焊前应对工件焊接边缘和焊丝表面的氧化膜、油等脏物都必须清理干净，避免产生气孔、夹渣等缺陷。清理的方法有机械清理法和化学清理法。对