如何焊接铜——技术指南

如何焊接铜

铜焊不硬。这种焊接所需的热量大约是类似厚度钢所需热量的两倍。铜具有高导热性。为了抵消这种热量损失，建议使用比钢所需尺寸大一到两个尺寸的尖端。

焊接厚厚的大截面时，建议进行辅助加热。此过程产生的焊缝孔隙较少。

铜可以用轻微氧化的火焰焊接，因为熔融金属受到火焰形成的氧化物的保护。如果使用助焊剂保护熔融金属，火焰应该是中性的。气焊组件应使用无氧铜（脱氧铜棒）而不是含氧铜。棒材的成分应与母材相同。

什么是铜？

铜是一种柔软的有色金属，可以使用多种焊接工艺轻松弯曲、切割、成型和连接。常用于制作家居装饰和建筑用品，是电和热的优良导体，因此广泛用于电气行业，而铜管、阀门和其他配件则常用于管道。

由于它具有延展性和高度延展性，铜也被用作数百种不同合金的主要元素，包括黄铜、青铜和镍铜。铜合金最常用的合金元素是铝、镍、锌、锡和硅。

由于纯铜的延展性太强而无法成功加工，因此在各种合金中添加少量其他元素以改善可加工性，以及使金属脱氧、使其更耐腐蚀、改善其机械性能并改善其响应到热处理。总共有 300 多种铜合金可供市售。

焊接铜的不同方法

铜可以通过多种方法焊接。但是，我们将仅讨论本文中最常见的关于如何焊接铜的技术。其中包括气体保护金属电弧焊 (GMAW)、气体保护钨极电弧焊 (GTAW) 和手工金属电弧焊 (MMAW)。以下是每一个的解释。

气体保护金属电弧焊 (GMAW)

气体保护金属电弧焊 (GMAW) 也称为 MIG 焊接，遵循 SMAW 系统进行焊接。这意味着在这种焊接技术中使用的填充材料是电极。

但是，这两种方法是有区别的；虽然 SMAW 使用一系列短棒作为消耗性电极，但 GMAW 方法会以用户定义的速度自动将连续的“焊丝”送入焊枪。此外，保护气体的供给也有规定。

使用 GMAW 方法焊接铜时，建议您使用 ERCu 铜电极。也推荐使用奥富豪脱氧铜；这是一种纯度为 985 的铜合金或填充材料。

您需要焊接的铜部分的厚度将决定所需的气体混合物。通常，氩气用于厚度达 6mm 的情况。对于超过此值的厚度，使用氦气和氩气的混合物。在焊接铜的 GMAW 方法中，您需要使用窄编织或纵梁焊道来沉积填充金属；这可以使用喷雾转移来完成。

钨极气体保护焊 (GTAW)

也称为 TIG 焊接，气体钨极电弧焊 (GTAW) 以类似于大多数电弧焊工艺的方式焊接铜；这意味着 GTAW 涉及使用电弧来加热和熔化铜片和填充材料。

随着熔化的熔池冷却和凝固，通过在焊枪尖端引入氩气或氦气等保护气体来保护它免受大气影响。虽然 GTAW 与许多电弧焊工艺相似，但它不像电弧焊方法那样使用自耗电极将电弧传递到正在焊接的铜上。

相反，GTAW 使用非消耗性电极在工件之间创建焊接接头；它可以在有或没有填充材料的情况下做到这一点。此外，在许多其他电弧焊接方法中，填充材料用作将电弧传递到被焊铜的电极。

然而，在气体钨极电弧焊方法中使用单独的填充焊丝。此外，使用 GTAW 方法焊接铜时，完全不需要引入填充材料。

GTAW 方法可以成功焊接厚度达 16 毫米的铜件。推荐用于此方法的填充线是任何具有与贱金属相似成分的金属。对于厚度不超过 1.6 毫米的铜型材，首选氩气保护气体。对于超过此厚度水平的工件，使用氦气和氩气的混合物。

与氩气相比，氦气和氩气的混合物可以在相似的焊接电流下实现更高的行进速度和更深的穿孔。为使被焊铜件兼具氦气良好的穿孔特性和氩气的电弧稳定性能，常用的混合气为 25%Ar/75% He。最后，在一块带有窄编织或串珠的铜片上执行此方法时，建议进行正手焊接。

手工金属电弧焊 (MMAW)

这种方法主要用于对铜及铜合金进行补焊或维护焊。为此方法推荐的填充材料是 ECuSn-C 电极。另一个建议是使用带有串珠技术的直流电极正极 (DC+)。当使用这种填充材料时，MMAW方法可以帮助：

• 将铜焊接到其他金属上
• 薄铜片的小修复
• 使用受限的焊接接头

这是焊接铜最常用的三种方法。现在您已经了解了每种方法的基本信息，您可以选择最适合您的需求和正在执行的工作的技术/方法。但是，无论您选择哪种方法焊接铜，您都需要遵循一些基本步骤来产生有效的焊接。我们将在下一节讨论这些步骤。

焊铜的关键步骤

自行焊接铜时，您需要了解有效焊接铜的关键步骤。 DIY铜焊接涉及11个步骤。通过按以下顺序执行这些步骤，您将能够生产出极其耐用的铜焊缝。

#1。确保安全

在寻求自己焊接铜时，您需要做的第一件事就是确保您的安全。无论您要焊接什么金属，在开始焊接之前都需要采取适当的预防措施。否则可能会使您面临受伤的风险。

那么，在开始焊接铜之前，您可以采取哪些预防措施？您需要穿上安全装备，确保周围没有易燃物品，并在清洁区域或没有异物的区域工作。

焊接铜时，采取安全预防措施尤为重要；这是因为铜是一种极好的电导体，如果徒手接触金属，可能会触电。

除了触电的风险外，焊接铜还会使您接触到有毒气体。因此，在焊接铜时，您不应该停留在皮手套和安全服上，以确保您的安全。相反，您的安全装备中还应包括呼吸面罩和护目镜。

#2。准备表面

焊接铜的表面准备意味着在开始焊接之前保持焊接区域没有油脂、油、油漆、污垢和其他外来颗粒。为什么需要保持焊接区域没有这些颗粒？因为如果它们与金属混合，焊缝可能会破裂。此外，它们还可能含有硫、磷和铅等有害化学物质。

除了焊接区域外，您还应该在开始焊接之前清洁铜。如何清洁焊接区域和铜？用铜丝刷和适当的清洁剂。先用钢丝刷刷，然后用清洁剂去油。此外，确保在每次焊接后用钢丝刷清除焊接过程中形成的氧化膜。

#3。预热

为什么在开始焊接之前预热铜很重要？因为这种金属具有很高的导热性。如果铜金属的厚度超过 0.01 英寸，这一点尤其重要。您应该均匀地预热所有需要焊接的部分。

由于铜可以将热量从焊接接头迅速传导到周围的母材中，因此需要高预热来焊接厚铜部分。温度取决于金属的厚度，范围在 50° 到 752° F 之间。

但是，如果您正在焊接铜合金，那么您可以跳过这一部分，因为在这种情况下，与铜相比，热扩散率要低得多。如果您焊接的是铜而不是铜合金，则需要为您的应用选择合适的预热。您必须特别注意被焊机的铜，它的母材厚度，焊接工艺，甚至焊件的整体质量。

除了上述之外，另一件重要的事情是尽可能将热量限制在局部区域；这将帮助您确保没有太多的材料处于导致延展性损失的温度范围内。

此外，您应该保持预热温度，直到接头焊接完毕。开始焊接后，预热后的铜皮开始散发热量，降低了开裂的风险。

#4。考虑联合设计

有效焊接铜的另一个重要步骤是接头设计考虑。这意味着什么？首先，您需要考虑关节之间的距离。理想情况下，您应该根据所使用的母材和钎焊合金将该距离控制在一定的公差范围内。而接头的最佳间隙在0.04~0.20mm之间。

这里的另一个重要考虑因素是联合重叠。理想的接头重叠将至少比您需要连接的最薄部分厚三倍。您应该尝试使用尽可能少的材料，因为这将帮助您达到所需的强度。

#5。调整火焰

如果要产生有效的铜焊缝，则必须适当调整火焰。最好的办法是使用中性火焰。中性火焰是什么意思？中性火焰是一种经过调整以允许相同数量的乙炔和氧气以相同速率混合的火焰。这里要做的另一件事是明确定义白色内锥并确保没有雾霾。

#6。去除助焊剂

如果已使用助焊剂，则必须通过以下方式之一清除残留物：

• 用钢丝刷和蒸
• 用钢丝刷，用热水冲洗
• 在热烧碱中稀释

如果不能完全清除助焊剂，则可能导致接头变弱甚至失效。

选择填充材料

选择正确的填充材料是有效焊接铜的最关键步骤之一。选择正确的填充材料有助于焊接比母材更坚固的铜件。用于焊接铜的最佳或最合适的填充材料将取决于金属的耐腐蚀性、接头所需的强度、工作温度以及所涉及的成本。

为获得最佳效果，您应该选择含有硅 (Si) 或锰 (Mn) 的填充金属作为脱氧剂。这与您是使用 GMAW、GTAW 还是 MMAW 方法焊接铜无关。

在焊接铜的填充材料方面，最推荐和常用的材料是ErCu和ErCuSi-A。前者有利于流动性，因为它含有 Si 和 Mn 以及锡 (Sn)。另一方面，如果要焊接 P 氧化铜，则应使用 ErCuSi-A 填充材料；在焊接同时含有硅和锰作为脱氧剂的硬间距铜时，它也是一个不错的选择。

铜焊

焊接是最早用于连接金属的方法之一，它涉及加热填充金属（以填充丝的形式），使其熔化并填充接头。软钎焊是最简单的工艺，也是在家中和周围常用来修复小金属物品的工艺。也是水管工对铜管和铜配件进行连接和修复的方法。

您可以使用便宜的烙铁或带有合适助焊剂的喷灯进行软焊接。硬焊接涉及将填充材料加热到更高的温度，因此接头将比其他焊接接头强得多。

填充材料不同，通常含有银，因此该技术通常被称为银钎焊。然而，真正的钎焊是在更高的温度下进行的。

铜钎焊

钎焊本质上是一种类似于焊接的技术，它使用与焊接相同的填充材料（金属丝或钎焊棒）。接头需要非常紧密，以便毛细作用可以将填充金属吸引到正在连接的铜片之间。

即使使用的温度必须比焊接所需的温度高很多，也不能将贱金属加热到熔点。

广泛用于管道工程，钎焊也可用于连接不同类型的金属以及不同厚度的金属工件。