ABB工业机器人的铜焊接

注：本文章文字，图片部分来自网络

       版权归原作者，侵删。

铜和铜合金提供了独特的材料性能组合，使其非常适合许多制造环境。它们因其优异的导电性和导热性，出色的耐腐蚀性，易于制造，良好的强度和抗疲劳性而被广泛使用。其他有用的特性包括耐火花性，金属对金属的耐磨性，低渗透性和独特的颜色。

铜焊接工艺

铜通常通过焊接连接。电弧焊工艺是主要关注的问题。电弧焊可以使用  屏蔽金属电弧焊（SMAW），  钨极氩弧焊（GTAW），  气体金属电弧焊（GMAW），  等离子弧焊（PAW）和  埋弧焊（SAW）进行。 

尽管SMAW可用于许多非关键性应用，但通常首选使用气体保护焊工艺。氩气，氦气或两者的混合物用作GTAW，PAW和GMAW的保护气体。通常，当手工焊接厚度小于3毫米，导热系数低或两者兼有的材料时，将使用氩气。建议将氦气或75％的氦气和25％的氩气的混合物用于薄截面的机器焊接，以及用于手工焊接具有较高导热率的合金的较厚部分。可以将少量氮气添加到氩气保护气体中，以增加有效的热量输入。屏蔽金属电弧焊可用于焊接各种厚度的铜合金。为覆盖电极  埋弧焊（SAW） 铜合金的标准尺寸范围为2.4至4.8毫米。

钨极氩弧焊

钨极氩弧焊非常适合于铜和铜合金，因为它的电弧极强，会在接头处产生极高的温度，并具有狭窄的热影响区（HAZ）。

在焊接铜和导热性更高的铜合金时，电弧的强度对于以*小的周围高导电性贱金属加热完成熔化非常重要。在已经沉淀硬化的铜合金的焊接中，特别需要窄的HAZ。

许多标准钨电极或合金钨电极可用于铜和铜合金的GTAW中。通常针对钨电极考虑的选择因素通常适用于铜和铜合金。除特定类别的铜合金外，th化钨（通常为EWTh-2）是首选，因为它具有更好的性能，更长的寿命和更大的抗污染性。

气金属电弧焊

气-金属电弧焊用于连接厚度小于3毫米的铜和铜合金，而GMAW对于截面厚度大于3毫米的铝和青铜，硅青铜和铜镍合金的焊接是优选的。

等离子弧焊

使用PAW进行的铜和铜合金的焊接与这些合金的GTAW相当。氩，氦或两者的混合物用于焊接所有合金。焊接铜时切勿使用氢气。

与GTAW相比，等离子弧焊具有两个明显的优势： 

1.            钨是隐藏的且完全屏蔽，这大大减少了电极的污染，特别是对于具有低沸点成分的合金，例如黄铜，青铜，磷青铜和铝青铜。

2.            构造的电弧羽流会产生更高的电弧能量，同时将HAZ的增长降至*低。与GTAW一样，也可以使用电流脉动和电流斜坡。等离子弧焊接设备已被小型化，以进行复杂的工作，称为微等离子体焊接。

铜和铜合金的等离子弧焊可以自动进行，也可以使用填充金属进行。填充金属的选择与GTAW的选择相同。此过程的自动化和机械化很容易执行，并且比GTAW更好，因为污染会限制生产效率。PAW的焊接位置与GTAW的焊接位置相同。但是，已针对等离子钥匙孔模式对垂直向上位置的较厚部分进行了评估。通常，为GTAW提供的所有信息均适用于PAW。

埋弧焊 

厚规格材料的焊接，例如由厚板形成的管道，可以通过在粒状焊剂下连续进行金属电弧操作来实现。有效的脱氧和炉渣-金属反应以形成所需的焊接金属成分至关重要，并且铜基材料的SAW工艺仍在开发中。此过程的变体可用于堆焊或堆焊。铜镍合金应使用市售的焊剂。

合金冶金和可焊性

许多普通金属与铜形成合金，以生产各种铜合金。*常见的合金元素是铝，镍，硅，锡和锌。其他元素和金属也经过少量合金化处理，以改善某些材料特性，例如耐蚀性或切削性。

九个铜和铜合金组：

1.            铜，至少包含99.3％的铜

2.            高铜合金，含有多达5％的合金元素

3.            铜锌合金（黄铜），其中锌含量高达40％

4.            铜锡合金（磷青铜），其锡含量高达10％，磷含量高达0.2％

5.            铜铝合金（铝青铜），其中Al含量*高为10％

6.            铜硅合金（硅青铜），其硅含量*高为3％

7.            铜镍合金，其中Ni含量*高为30％

8.            铜锌镍合金（镍银），其中锌含量*高可达7％，镍含量*高可达18％

9.            特殊合金，其中包含合金元素以增强特定性能或特性，例如可加工性。

许多铜合金都有共同的名称，例如无氧铜（*小99.95％铜），铍铜（0.02到0.2％Be），芒茨金属（Cu40Zn），海军黄铜（Cu-39.5Zn-0.75Sn）和商用铜。青铜（Cu-10Zn）。

物产

铜合金的许多物理性质对焊接过程都很重要，包括熔化温度，热膨胀系数以及电导率和导热率。某些合金元素会降低铜和铜合金的电导率和导热率。

焊接性

几种合金元素对铜和铜合金的可焊性具有明显的影响。铜及其合金中经常存在少量的挥发性，有毒合金元素。结果，与焊接黑色金属相比，对保护焊工和/或焊机操作员的有效通风系统的要求更为关键。

锌与合金中锌的百分比成比例，会降低所有黄铜的可焊性。锌的沸腾温度低，在焊接铜锌合金时会产生有毒蒸气。

硅由于其脱氧和助熔作用，对铜-硅合金的焊接性具有有益的作用。

锡

锡含量在1％到10％之间时，会增加焊接过程中的热裂纹敏感性。与锌相比，锡的挥发性和毒性要小得多。在焊接过程中，锡可能会相对于铜优先氧化。结果将导致氧化物夹带，这可能会降低焊接件的强度。

顽强的氧化物

铍，铝和镍会形成顽强的氧化物，必须在焊接前将其清除。在焊接过程中，必须通过保护气体或使用助焊剂并使用适当的焊接电流来防止这些氧化物的形成。镍的氧化物对电弧焊的干扰小于铍或铝。因此，镍银和铜镍合金对过程中使用的焊接电流类型不太敏感。含铍合金在焊接过程中也会产生有毒烟雾。

氧

氧气会导致气孔并降低某些不含足够磷或其他脱氧剂的铜合金制成的焊缝的强度。氧气可能以游离气体或氧化亚铜的形式存在。*常用的焊接铜合金包含脱氧元素，通常为磷，硅，铝，铁或锰。

铁和锰不会显着影响包含它们的合金的可焊性。在某些特殊的黄铜，铝青铜和铜镍合金中，铁含量通常为1.4％至3.5％。锰通常用于这些相同的合金中，但其浓度低于铁。

自由加工添加剂 

铅，硒，碲和硫被添加到铜合金中以改善可加工性。当需要无铅合金时，铋也开始用于此目的。这些微量合金剂在改善可加工性的同时，还使铜合金易受热裂影响，从而显着影响铜合金的可焊性。约0.05％的添加剂对焊接性的不利影响是显而易见的，而浓度较大时则更为严重。就热裂敏感性而言，铅是*有害的合金剂。

影响可焊性的因素

除了组成特定铜合金的合金元素外，其他几个因素也会影响可焊性。这些因素是被焊接合金的热导率，保护气体，焊接过程中使用的电流类型，接头设计，焊接位置以及表面状况和清洁度。

导热系数的影响

铜和铜合金在焊接过程中的行为受合金的热导率强烈影响。在焊接具有高导热率的商用铜和轻合金铜材料时，必须选择电流和保护气体的类型，以向接头提供*大的热量输入。高热量输入抵消了快速焊头从局部焊接区散开的问题。

根据截面厚度，导热系数较低的铜合金可能需要预热。层间温度应与预热温度相同。铜合金的后焊头处理不像钢那样频繁，但是某些合金可能需要控制冷却速度，以*大程度地减少残余应力和热脆性。

焊接位置

由于铜及其合金的高度流动性，因此在可能的情况下，均应使用平坦位置进行焊接。水平位置用于角接头和T型接头的角焊。

可沉淀沉淀的合金

用铍，铬，硼，镍，硅和锆可以获得*重要的沉淀硬化反应。焊接可沉淀硬化的铜合金时必须小心，避免氧化和不完全熔化。只要有可能，应在退火状态下焊接部件，然后对焊件进行沉淀硬化热处理。

热裂 

铜合金，例如铜锡和铜镍，在凝固温度下容易发生热裂。这种特性在液相线-固相线温度范围较宽的所有铜合金中均表现出。严重的收缩应力会在金属凝固过程中产生枝晶间分离。通过减少焊接过程中的约束力，预热以降低冷却速率并减小焊接应力的大小，减小根部开口的尺寸并增加根部焊道的尺寸，可以*大程度地减少热裂纹。

气孔率 

某些元素（例如，锌，镉和磷）的沸点低。这些元素在焊接过程中的汽化可能会导致孔隙。在焊接包含这些元素的铜合金时，可以通过提高焊接速度和减少这些元素中的填充金属来将孔隙率降至*低。

表面状况

焊接前应清除工作表面上的油脂和氧化物。可以使用钢丝刷或浸涂。通常通过机械手段将铝青铜和硅青铜表面上的毫垢从焊接区域移走至少13 mm。铜镍合金上的油脂，油漆，蜡笔痕迹，车间污垢和类似污染物可能会导致脆化，应在焊接前清除。铜镍合金上的微鳞必须通过研磨或酸洗去除；钢丝刷无效。

铜焊接合金

理想的电极材料应具有工具钢的抗压强度和银的导电性。不幸的是，不存在这种材料。因此已经开发了几种不同的铜合金。所有RWMA推荐的材料都具有比纯铜更高的退火或软化温度，以及改进的抗压强度和耐磨性。因为铜已被合金化以获得更高的强度和耐磨性，所以在导电性上有一些牺牲。

铜合金分类：

1级：*常用于焊接铝和其他高导电性材料。这是RWMA合金中*导电的。它也是*柔软的（强度和磨损特性*低）。

第2类：此类铜合金是使用*广泛和推荐的铜合金。建议用于各种钢合金。建议将该材料用于点焊，缝焊，凸焊和交叉焊丝。它的导电性比1类稍低，并且具有更高的强度和耐磨性。

第3类：这是三种主要等级的铜电极材料中导电率*低，但强度特性*高的一种。建议用于要求高强度和耐磨性的大多数应用。

了解更多ABB机器人保养，ABB机器人维修，请咨询：ABB机器人配件