紫铜与低合金钢的熔化极氩弧焊实验

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紫铜与低合金钢的熔化极氩弧焊实验

摘要：通过紫铜与低合金钢的熔化极氩弧焊的焊接实践，对铜钢焊接易产生裂纹，未熔合和

气孔等缺陷进行了试验分析，并采用了合理的焊接工艺，提高了焊接接头的力学性能，保证

了工件质量。

关键词：低合金钢（Q345D ）; 紫铜（T2 ）; 熔化极氩弧焊（MIG ）;

　 1　简介

大型冷库使用的制冷机在修理过程中，遇到紫铜板与低合金钢 Q345D 拼焊的情况，它们的厚

度均为 10 毫米。对于拼接焊缝的强度有较高的要求。以往车间焊接紫铜板采用的是钨极氩弧

焊（TIG）和混合气体保护焊（MAG）。但是由于 TIG 焊的生产效率低下而且主要适用于薄板

的焊接，因此并不适合。同时 MAG 焊由于焊接质量不稳定、焊接内缺陷较多、成型较差并且

焊后需要进行大量的打磨工作因此也不适合该产品的焊接，基于以上的原因，我们决定采用熔

化极氩弧焊（MIG）进行焊接，因为 MIG 焊具有电弧热量集中、效率高、焊接质量好等优

点，与该产品的焊接特点十分吻合。

　 2　紫铜与低合金钢 Q345D 的材料以及焊接性分析

紫铜具有优良的导电和导热性能，常常在结构件的关键部位采用，而低合金钢 Q345D 具有良

好的力学性能以及焊接性，在变压器行业常常被用在壳体油箱上，下面我们对两种材料的本身

性能以及焊接性进行分析。

2.1 材料特性分析

2.1.1 紫铜材料特性分析

紫铜属于有色金属，具有高的导电性、导热性和化学稳定性，并且塑性变形能力很高，但是其

强度不高。表 1、表 2 为它的物理以及机械性能。

由表 1、表 2可以看出，紫铜的导热系数和线膨胀系数非常高，伸长率和收缩率很大具有良好

的塑性，但是其抗拉强度以及硬度较低，材质较软。

2.1.2 低合金钢 Q345D 材料特性分析

Q345D 属于低合金钢，其导热系数在 0.13 卡/厘米·秒·度左右，其屈服强度一般大于 35 公斤/平

方毫米，具有良好的综合机械性能、焊接性能以及低温冲击韧性。但是其缺口敏感性比低碳钢

大，疲劳强度比低碳钢低，且易产生裂纹。表 3、表 4 为它的化学成分以及力学性能。

由表 3、表 4可以看出，Q345D 钢的熔点、导热系数、线膨胀系数以及伸长率都比紫铜小很

多，但是它的抗拉强度很高，是紫铜的 2 倍多。

2.2 紫铜与低合金钢的焊接性分析

2.2.1 难熔合与易变形

由以上的材料分析我们可以看出，紫铜与低合金钢在导热系数、线膨胀系数以及伸长率等几个

方面都有较大的差异，这对于保证铜与钢的焊接质量非常不利。首先，紫铜的导热系数很大，

焊接时热量迅速的从加热区传导出去，使得母材与填充金属难以良好的熔合。其次，铁与铜在

“ ”液态下完全不互熔，只能成机械混合状态，这对于焊接来讲是最大的难点，只有机械式互相

熔合，而无冶金熔合。第三，铜的线膨胀系数以及伸长率也比较大，铜的线膨胀系数比 Q345D

大10%左右，而伸长率更是大一倍多。如果焊接时没有必要的防变形措施，则紫铜板必然会产

生较大的变形。而如果采用刚性固定的方式防止变形，则紫铜板由于变形受阻会产生很大的焊

接内应力。

2.2.2 易产生裂纹

在铜与钢进行焊接时，在焊缝金属晶粒间存在低熔点共晶，如（Cu+Cu2O）共晶体（共晶温度

为1065 度，低于铜的熔点）等。在结晶后期，这些共晶体以液态的形式分布在固态铜的晶粒

边界，割断了固体晶粒间的联系，使晶粒间结合力受到削弱，使得焊缝金属的塑性显着下降，

再加上铜和钢的线膨胀系数和伸长率差异较大，在焊缝冷却凝固过程中将产生较大的焊接内应

力。因此，当铜与钢焊缝强度、塑性下降，并且在焊件中存在内应力时，容易在接头的脆弱部

位形成热裂纹。

2.2.3 气孔

由于紫铜与低合金钢的熔点差异比较大，使得焊缝金属在冷却过程中与母体本身存在一定的差

异，因此造成熔池内部气体在上浮过程中受到阻碍，焊缝金属凝固后容易停留在焊缝内部形成

气孔。

　 3　紫铜与低合金钢的焊接工艺要点

基于以上紫铜与低合金钢的焊接性分析，制定合理的焊接工艺是保证焊接质量的前提，严格遵

守操作规程才能够使焊接接头质量得到保证。

3.1 焊接材料的选择

焊丝的成分是直接影响焊缝质量和性能的重要因素之一。因此，选用的焊丝必须具有良好的焊

接工艺性、抗裂性以及抗气孔能力，并具有良好的机械性能。我们选用的焊丝牌号为HS201.表

5 为该焊丝的化学成分以及机械性能。

由表 5可以看出，该焊丝抗拉强度略高于紫铜，同时成分中加入了锡、硅、锰、磷等合金元

素，可以增加熔池的脱氧能力以及改善熔池的流动性。

3.2 坡口形式的选择

由于液态铜具有良好的流动性，容易引起铜液的流出和熔渣的渗透。因此坡口形式的选择十分

重要，我们根据焊件厚度以及焊接质量的要求，刨床加工以下坡口形式：

3.3 坡口的清理

我们采用角向砂轮将坡口两侧约 30 毫米范围内的油污、水分、氧化物以及其他杂物全部清理

干净，使这范围内母材全部露出金属光泽。尤其是低合金钢侧锈蚀必须全部清理干净，以杜绝

由于锈蚀引起的未熔合缺陷。

3.4 工件预热

由于紫铜的导热系数比低合金钢大许多，为了保证焊接过程中，在母材两侧热量输入的基本均

匀，因此必须对紫铜进行焊前预热。预热温度一般控制在 600-700 度之间，由于工件越大，散

热越快，因此我们在焊接过程中，一名铆工采用烘枪对紫铜板进行加热，焊工在其后对已加热

过的区域进行焊接。

3.5 保护气体

由于焊接紫铜时，采用氩气+氦气混合气进行保护可以在细化熔滴、减少飞溅、提高电弧稳定

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紫铜与低合金钢的熔化极氩弧焊实验摘要：通过紫铜与低合金钢的熔化极氩弧焊的焊接实践，对铜钢焊接易产生裂纹，未熔合和气孔等缺陷进行了试验分析，并采用了合理的焊接工艺，提高了焊接接头的力学性能，保证了工件质量。关键词：低合金钢（Q345D）;紫铜（T2）;熔化极氩弧焊（MIG）;　1　简介大型冷库使用的制冷机在修理过程中，遇到紫铜板与低合金钢Q345D拼焊的情况，它们的厚度均为10毫米。对于拼接焊缝的强度有较高的要求。以往车间焊接紫铜板采用的是钨极氩弧焊（TIG）和混合气体保护焊（MAG）。但是由于TIG焊的生产效率低下而且主要适用于薄板的焊接，因此并不适合。同时MAG焊由于焊接质量不稳定、焊接内缺...

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