紫銅彎頭在搬運和長期使用中,難免會遇到老化、腐蝕導致銅管斷裂,通常采用焊接來修復。紫銅管彎頭及紫銅合金具有獨特的物理性能,因而它的焊接性有別于鋼和鋁。
(1)難熔合焊縫成形能力差
紫銅管彎頭的導熱率在20℃時比鐵的大7倍多,1000℃時大11倍多。焊接時熱量迅速向加熱區(qū)傳出去,使加熱范圍擴大,焊件厚度越大,散熱越嚴重。焊接區(qū)難以達到熔化溫度,所以母材和填充金屬難熔合。銅在熔化溫度時,表面張力比鐵小1/3,流動性比鋼大l~l.5倍。因此,表面成形能力差。
(2)焊接應力與變形大
銅的膨脹系數(shù)比鐵大15%,而收縮率比鐵大1倍以上,又由于空調(diào)銅管彎頭的導熱能力強;冷卻凝固時,變形量大。當焊接剛性大的焊件或焊接變形受阻時,就會產(chǎn)生很大的焊接應力,成為導致焊接裂紋的力學原因。
(3)易產(chǎn)生熱裂紋
紫銅彎頭在焊縫和熱影響區(qū)上都可能產(chǎn)生熱裂紋,主要原因是銅在液態(tài)下易氧化生成氧化亞銅,它溶于液態(tài)銅而不溶于固態(tài)銅,冷凝過程中與銅生成熔點略低于銅的Cu2O+Cu共晶(熔點為1064℃)。 銅中若有雜質(zhì)鉍(Bi)和鉛(Pb)等,在熔池結(jié)晶過程中也生成低熔點共晶Cu十Bi(熔點270℃)、Cu+Pb(熔點326℃),這此共晶物分布在焊縫金屬的枝晶間或晶界處。當焊縫處于高溫時,熱影響區(qū)的低熔共晶物重新熔化,在焊接應力作用下,在焊縫或熱影響區(qū)上就會產(chǎn)生熱裂紋。
(4)易產(chǎn)生氣孔
紫銅彎頭及銅合金熔焊時,焊縫產(chǎn)生的氣孔比焊接鋼時嚴重得多。這與銅及銅合金的冶金特性和物理特性有關(guān)。從冶金特性方面,焊接時銅中存在有溶解性氣體和氧化還原反應產(chǎn)生的氣體。氫在銅中的溶解度與溫度有關(guān),隨溫度升降而增減,當銅處于液-固態(tài)轉(zhuǎn)變時,有一突變,見圖7-8-1。說明冷凝過程要析出大量擴散性氫;熔池中的Cu2O在凝固時因不溶于銅而析出,便與氫或CO反應生成水蒸汽或CO2氣體,因不溶于銅而逸出。
從物理特性方面,銅的熱導率比鐵大7倍以上,焊縫金屬的結(jié)晶速度很大,在這種條件下氫的擴散逸出和水、二氧化碳上浮極為困難,往往是來不及逸出和上浮便形成了氣孔。
(5)接頭性能
由于空調(diào)紫銅管彎頭及銅合金一般不發(fā)生相變,焊縫和熱影響區(qū)晶粒易長大;各種脆性地低熔共晶出現(xiàn)于晶界,其結(jié)果使接頭的塑性和韌性顯著下降,并且銅合金的耐腐蝕性是依賴于鋁、鋅、錳、鎳等含金元素的加入,這些含金元素在焊接過程中蒸發(fā)、燒損,都不同程度上使接頭的耐腐蝕性能下降。
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