铜合金焊缝的缺陷和射线检测初讨
时间:2008-04-20 阅读:609
苏州制氧机有限责任公司质量管理部
在小空气分离设备中,常采用铜或铜合金材料制造容器的设备。由于铜或铜合金其本身的化学成分、热物理特性和物理化学特性与低碳钢不同,因此铜和铜合金焊接性能和焊接加工中内外质量存在较大差异。
1 存在问题及原因
1.焊缝成形差
熔化焊接铜和铜合金时易产生母材难于溶合,坡口焊不透和表面成形差的外观。缺陷。在射线检测底片上反映为焊缝黑度变化大,表面缺陷易于内部缺陷混淆。
原因与铜的热物理性能有关。从表1可见,铜和铜合金的热导率比普通碳钢大7~11倍,焊接时大量的热从母材散失,加热范围扩大。母材厚度越大,散热越严重。尽管铜的比热容略小于铁,焊接区难于达到溶化温度。铜在溶化温度对表面张力比铁小1/3,流动性比钢大1~1.5倍,表面成形能力较差。
金属热导率W/m·K比热容J/g·℃20℃线膨胀系数10-6K-120~100℃表面张力×10-5N/cm收缩率%
20℃1000℃
Cu393.6326.60.384916.413001200℃4.7
Fe54.829.30.460214.218331550℃2.0
2.焊缝易产生裂缝
铜能与其中的杂质分别生成溶点为270℃的Cu+Bi、溶点为326℃为Cu+Pb、熔点为1064℃的Cu20+Cu、溶点为1069℃的Cu+Cu2S等多种低溶点共晶。它们在结晶过程中分布在枝晶间或晶界处,使铜和铜合金具有明显的热脆性。表现为:
1铜的氧化
虽然铜并不是很容易氧化的金属,但在液态时,铜要发生一定氧化,生成氧化亚铜Cu20与铜形成低熔点共晶体,分布在晶界上,使塑性降低,易产生裂缝。
2合金元素的蒸发和烧损
铜合金中的合金元素锌、锡、铅、铝及锰等比铜更容易氧化、蒸发和烧损,使合金成分发生变化引起焊缝性能下降,易产生裂缝。
同时,由于铜和铜合金的膨胀系数和收缩率较大,产生较大的收缩应力,焊接变形大,导致产生裂缝。另外,铜在高温时的低强度和低塑性,过饱和的聚集析出等作用,也是形成裂缝的因素。
在射线检测的底片上表现为:纵缝易在两端出现明显的黑线影象,环缝中裂缝影象出现在溶合线的几率较多。
3.易产生气孔
溶化焊接铜及铜合金时,气孔出现的倾向比低碳钢要严重。其原因:
1在液态时,大量氢气溶解在铜中,而在凝固和冷却过程中,溶解度大大减小。当焊缝金属冷却较快时,过剩的氢气来不及逸出,在焊缝及熔合区集聚而引成气孔。
2高温时,溶池的氧化亚铜与气体H2、CO反应,使铜还原而生成不溶解于铜液中的水蒸气和二氧化碳气孔。在焊缝金属凝固前,未能全部逸出,则会形成气孔。
3铜的热导率比铁大8倍以上,焊缝的冷却速度比钢要大得多,氢扩散逸出和水的上浮条件更差,形成气孑L的可能性急剧增大。
气孔在射线检测底片的各个位置都存在,有单个、链状和密集气孔。
2 解决的方法
在小型空气分离设备中,用黄铜合金制造容器的材料较薄,其焊接方法为手工氧—乙炔气焊。要减少上述缺陷的产生需注意以下几方面:
1.焊丝和焊接区域表面的油脂及污物必须仔细清除,露出金属光泽;
2.采用轻微的氧化焰或中型焰,对较厚的焊件需预热;
3.在焊接过程中应避免高温的焰心与熔池金属直接接触,在保证焊透的前提下,尽量加快焊接速度;
4.焊后,可在550~650℃的温度下进行消除焊缝应力和改善焊缝性能的退火热处理。
3 射线检测中注馐孪?br />1.因焊缝成型较差,在检测前必须认真检查焊缝表面质量,避免因外观缺陷造成误判或掩盖内部缺陷;
2.对薄板的铜合金用气焊接,其焊缝余高较大,射线检测时需用“高能量短时间”,减少焊缝对比度;
3.控制返修次数,防止因多次返修造成形变。
参考文献
[1]焊接手册第二卷.北京:机械工业出版社,1992
[2]焊接技术.北京:国防工业社,1975
[3]气焊技术.北京:煤炭工业出版社,1983