黄铜的焊接

五、黄铜的焊接

焊接黄铜时，合金元素锌的沸点较低(960℃)，在焊接过程中极易蒸发和烧损，产生白色氧化锌烟雾，不仅影响焊工操作时的能见度及身体健康，而且由于焊缝中含锌量的减少，导致性能降低。此外，黄铜液固相结晶温度区间小，焊缝中不易引起偏析和低熔共晶物，其热影响区比纯铜小。但黄铜的强度高，线膨胀系数较大，易形成较大的内应力，引发冷裂纹。冷裂纹的位置多数位于热影响区，个别发生在焊缝中。黄铜焊接时，气孔倾向较大。

黄铜焊件在海水或氨气等腐蚀介质中工作时，会产生应力腐蚀破坏。一般该类焊件焊后要进行350～400℃的退火处理，以消除焊接应力。由于黄铜的热导率比紫铜小，因此，焊接时对焊件的预热温度要比紫铜低得多。黄铜的导热性随着含锌量的增加而降低，故高锌黄铜焊接时的预热温度要比低锌黄铜低，但是前者锌的蒸发较严重。

1．黄铜的气焊

气焊时火焰的温度较低，焊接黄铜时，锌的蒸发较少。因此，气焊是焊接黄铜最常用的方法之一。更适合于薄件和小焊件的焊接。

(1)焊接材料。

黄铜气焊可采用HSCuZn－3(HS221)、HSCuZn－4(HS222)、HSCuZn－5(H224)以及含锌量比母材金属高2%～5%的特殊焊丝等。这些焊丝中含有硅、铁、锡等元素。硅氧化后在熔池表面形成一层氧化物薄膜，能阻止锌的蒸发，同时还能防止氢气的溶入，防止气孔的形成。铁、锡等元素有利于保证焊缝的力学性能。焊接锰黄铜等成分复杂的特殊黄铜时，一般可以用母材切条作为填充金属。

(2)气焊工艺。

焊接10mm以下的薄板时，一般不预热即可焊接。当工件厚度大于10mm时，根据需要可采取预热措施，一般预热温度为400～500℃。对于刚度或厚度较大的工件，预热温度略高些，通常不超过560℃。可直接采用氧－乙炔焰进行预热，因此，预热操作比较简单。

焊接火焰应采用轻微的氧化焰，以使熔池表面形成一层氧化锌薄膜，该层薄膜能阻止锌的进一步蒸发和氧化。

黄铜气焊时的操作与紫铜气焊类似，焊炬只需上下跳动，而不做横向摆动，在保证熔透的情况下，尽可能提高焊接速度。黄铜气焊时选用的焊炬功率一般要比紫铜小，焊接时通常采用左向焊法。火焰焰心与焊件表面间的距离一般为6～10mm，该区域内存在高浓度的CO₂气体，使液体金属表面上形成一层氧化性的气氛，从而防止了氧化锌的还原，并可减少气孔缺陷。

焊后要轻敲焊缝。含铜量低于60%时，应在480～520℃时敲击焊缝;含铜量高于60%时，等冷却后再敲击焊缝。有时为了消除焊接内应力，改善焊缝的性能以及防止在使用过程中发生断裂，焊后可将焊件加热到450～550℃进行退火处理。

黄铜气焊时的参考工艺参数列于表5－66中。

表5－66　黄铜的气焊工艺参数

2．黄铜的焊条电弧焊

黄铜焊接一般采用直流反接，坡口角度应不小于60°～70°，当焊件厚度超过14mm时需进行预热，预热温度为150～250℃。操作时尽量采用短弧焊接，焊条不做横向和前后摆动。由于铜液流动性较大，所以，焊接时尽量使焊缝处于水平位置，一般倾角不超过15°。与海水、氨气等腐蚀介质接触的黄铜焊件，焊后要进行退火处理，以便消除焊接应力。黄铜焊条电弧焊的工艺数参见表5－67。

表5－67　黄铜的焊条电弧焊工艺参数

3．黄铜的手工钨极氩弧焊

手工钨极氩弧焊可以焊接黄铜结构及黄铜铸件缺陷的焊补，其焊接工艺参数与紫铜类似。采用的焊丝主要有HS221、HS222和HS224等，有时也可以采用与母材成分相同的材料作为填充焊丝。焊接时可以采用直流正接，也可以采用交流。采用交流焊接时，锌的蒸发相对较小。锌的蒸发会破坏氩气的保护效果，因此，在焊接黄铜时，应选用较大的喷嘴孔径和氩气流量。通常焊枪喷嘴的孔径应比焊接同样厚度的铝合金时大2～6mm，氩气流量要大4～8L/min。

钨极氩弧焊焊接黄铜一般不需预热，只有焊接厚板或厚度差较大的接头时才需要预热，当工件不预热时宜采用较大的焊接电流和高的焊接速度。当采用直径为5mm的钨极直径焊接较厚的黄铜工件时，焊接电流可达300A，喷嘴孔径为14～16mm，氩气流量达20～25L/min。

为了减少锌的蒸发，焊接时可将填充金属丝与焊件“短接”，在填充金属上引弧和保持电弧，尽可能避免电弧直接作用到母材上。母材主要靠熔池金属的传热来加热熔化。尽量进行单层焊，较薄的工件最好一次焊成。有时为了防止焊件在使用时发生断裂，焊后可进行300～400℃的退火处理，以消除焊接应力。

4．黄铜的等离子弧焊

黄铜的热导率比纯铜低，表面张力较大，因此，黄铜的等离子弧焊比较容易。较薄的工件可不预热，不留间隙，采用较小的焊接电流进行焊接。焊接过程中锌的蒸发较少，例如，H68黄铜等离子弧焊时(不加填充焊丝)，锌的蒸发、烧损仅为0.6%。微束等离子弧焊接管件的规范参数见表5－68。

表5－68　微束等离子弧焊黄铜管件的工艺参数

5．黄铜的碳弧焊

黄铜碳弧焊时，由于碳极的烧损，在电弧周围形成一层CO保护气体，该层气体可防止熔池和焊丝的氧化。黄铜碳弧焊宜采用短弧焊接，随着含锌量的增加，弧长应该相应地减小，以减少锌的蒸发和烧损。焊接时通常采用左焊法，焊丝、碳极与工件之间的位置如图5－16所示。焊接工艺参数见表5－69。

图5－16　黄铜碳弧焊操作示意图

1－焊丝　2－焊接方向　3－熔剂　4－碳极　5－工件

表5－69　黄铜碳弧焊工艺参数