鑄造黃銅TIG焊接電流對(duì)焊縫顏色的影響

趙　敏，李　偉（銅陵銅官府文化創(chuàng)意股份公司，安徽銅陵 244000）

鑄造黃銅TIG焊接電流對(duì)焊縫顏色的影響

趙敏，李偉
（銅陵銅官府文化創(chuàng)意股份公司，安徽銅陵 244000）

現(xiàn)代中大型鑄造銅工藝品多為分塊鑄造，組焊后焊縫與母材往往存在色差，特別是鑄造黃銅在焊接過程中由于鋅極容易蒸發(fā)，導(dǎo)致焊縫與母材色差明顯，影響工藝品藝術(shù)形象。本文以ZGH57牌號(hào)鑄造黃銅為例，研究TIG焊接電流對(duì)鑄造黃銅焊縫與母材色差的影響。

黃銅；氬弧焊；電流；色差

1　前言

黃銅是銅鋅二元合金。黃銅色澤金黃，價(jià)格較低，非常適合制造佛具和飾品，也是金箔和金粉的代用材料，黃銅是一種主要鑄銅藝術(shù)品合金材料。

鑄造黃銅工藝品生產(chǎn)一般參照《DB34/T1475-2011鑄銅工藝品》，考慮成本問題，一般企業(yè)對(duì)沒有材質(zhì)要求的鑄造黃銅工藝品均按ZGH57牌號(hào)鑄造，見表1，而ZGH57鋅含量達(dá)40%以上。黃銅中所含鋅的沸點(diǎn)較低（906℃），在焊接過程中容易蒸發(fā)、燒損，使焊縫中的鋅含量減少［1］。這也是黃銅焊接的最大難點(diǎn)。

表1　DB34/T1475-2011　鑄銅工藝品

銅及合金導(dǎo)熱性良好、熱收縮大、焊接時(shí)合金元素易燒損、熔池金屬容易吸收氫氣和氧化等特點(diǎn)，給焊接工作帶來很大困難，焊接金屬質(zhì)量也很難控制。因此銅合金焊接應(yīng)選用較大的焊接熱源、較高焊速、較窄焊道。目前，黃銅常用的焊接方法主要有：鎢極氬弧焊（TIG）、熔化極半自動(dòng)氬弧焊（MIG）、氣焊、手工電弧焊、碳弧焊［2］。TIG能得到細(xì)小的高質(zhì)量焊接接頭，操作簡(jiǎn)單方便，一般使用于厚度1 mm～10 mm的焊件，是目前銅及銅合金使用最廣泛的一種焊接方法［3］。

本文就TIG焊接電流對(duì)焊接鑄造黃銅工藝品焊縫與母材顏色差異進(jìn)行了研究。

2　試驗(yàn)

2.1因素水平的確定

試驗(yàn)選用ZGH57鑄銅工藝品的普通黃銅為母材，選取常用的錫黃銅焊絲、磷青銅焊絲、本體焊絲等三種焊絲進(jìn)行焊接對(duì)比性試驗(yàn)。運(yùn)用正交試驗(yàn)法來研究Zn、Sn和Cu元素含量對(duì)ZGH57合金焊縫顏色的影響，實(shí)驗(yàn)方案如表2所示。

表2　焊接工藝試驗(yàn)方案

2.2焊絲

錫黃銅焊絲，型號(hào)SCu4700，代號(hào)CuZn40Sn （GB/T9460-2008）銅陵新鑫焊材有限公司生產(chǎn)φ2.5 mm×1 000 mm；磷青銅焊絲，型號(hào)SCu5210，代號(hào)CuSn8P（GB/T9460-2008）上海斯米克焊材有限公司φ2.5 mm×1 000 mm；本體焊絲由試驗(yàn)銅板剪切成截面4 mm×5 mm焊絲。試驗(yàn)用焊絲化學(xué)成份見表3.

表3　焊絲化學(xué)成份（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

2.3試驗(yàn)材料及工藝規(guī)范

先按ZGH57牌號(hào)澆注一塊450 mm×370 mm× 4 mm試驗(yàn)銅板，然后剪切成尺寸150 mm×20 mm× 4 mm焊接試驗(yàn)用銅條，共18塊，兩兩拼焊共9組。

二塊銅條間距4 mm對(duì)焊，焊縫長(zhǎng)150 mm，焊縫截面4 mm×4 mm.

試驗(yàn)用焊機(jī)：WS-315手工氬弧兩用焊機(jī)。

試驗(yàn)工藝規(guī)范：直流正接，左焊法，不預(yù)熱，鎢極直徑為φ2.4 mm，噴嘴直徑為φ12 mm.

3　試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1顏色差異

試樣經(jīng)打磨拋光后，用肉眼觀察焊縫表面與母材本體的顏色差異，以及試樣著色后焊縫表面與母材本體的顏色差異。焊縫顏色差異見表4.

表4　焊縫表面與母材本體顏色差異

3.2化學(xué)成份

焊接試塊經(jīng)打磨拋光處理，采用SPECTRO MAXx直讀光譜儀對(duì)焊縫處進(jìn)行成份分析，試驗(yàn)焊縫處化學(xué)成份見表5.

表5　焊縫化學(xué)成份分析（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

3.3焊接電流與焊縫化學(xué)成份規(guī)律

3.3.1 SCu4700焊絲

SCu4700焊絲施焊焊縫銅鋅含量隨焊接電流I的變化關(guān)系見圖1.

從圖1可看出，在試驗(yàn)條件下低電流鋅的燒損較大，隨著電流的增大，鋅的燒損減小，當(dāng)電流達(dá)到230 A左右時(shí)鋅基本不燒損。焊縫銅含量隨著鋅的含量減小而增大，隨著鋅的含量增大而減少。

圖1　SCu4700焊縫Cu、Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)與焊接電流的變化關(guān)系

3.3.2SCu5210焊絲

SCu5210焊絲施焊焊縫錫含量隨焊接電流I的變化關(guān)系見圖2.

圖2　SCu5210焊縫Cu、Sn質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨焊接電流的變化關(guān)系

從圖2可看出，在試驗(yàn)條件下電流大小對(duì)錫的燒損影響不大。

3.3.3本體焊絲

本體焊絲施焊焊縫銅鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨焊接電流I的變化關(guān)系見圖3.

圖3　本體焊絲焊縫Cu、Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)與焊接電流的變化關(guān)系

從圖3可看出，在試驗(yàn)條件下電流低時(shí)鋅的燒損較大，與SCu4700焊絲相當(dāng)；隨著電流的增大，鋅的燒損減小，當(dāng)電流達(dá)到210 A左右時(shí)鋅基本不燒損；可見本體焊絲鋅的燒損范圍比SCu4700焊絲范圍縮小。銅含量基本穩(wěn)定波動(dòng)不大。

在一定范圍內(nèi)，施焊電流越大，焊縫鋅的燒損相對(duì)越少。焊縫Zn+Cu總量，本體焊絲最高，SCu4700焊絲其次，SCu5210焊絲最低。

4　驗(yàn)證

為了減少Zn的蒸發(fā)，焊接時(shí)可將填充金屬絲與焊件“短接”，在填充金屬上引弧和保持電弧，盡可能避免電弧直接作用在母材上。母材主要靠熔池金屬的傳熱來加熱熔化。盡量進(jìn)行單層焊，較薄的工件最好一次焊成［1］。選用TIG本體焊絲焊接的鑄銅工藝品中國(guó)名馬，其表面大部著本色，肉眼觀察焊縫與母材表面無明顯色差，見圖4.

圖4　選用本體焊絲焊接的中國(guó)名馬

5　結(jié)語

鑄造黃銅采用TIG焊接時(shí)在保證焊接質(zhì)量的前提下，在一定的范圍內(nèi)，以較大電流焊接，減少鋅的燒損，以達(dá)到焊縫與母材的化學(xué)成份接近，從而減少焊縫與母材的顏色差異。

根據(jù)鑄銅工藝品客戶對(duì)表面顏色的要求來選擇焊絲，著銅本色時(shí)最好選用本體焊絲，著淺色時(shí)選用錫黃銅焊絲，著深色時(shí)選用焊接性能好的焊絲。

［1］焦萬才，張文明，劉兆甲主編.氬弧焊［M］.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2007：226-227.

［2］閔曉峰.黃銅的焊接技術(shù)［J］.工業(yè)建筑，2015，45（S1）：332-334.

［3］范紹林，范喜原.銅及銅合金的焊接［J］.現(xiàn)代焊接，2014（03）：61-66.

TG292

A

1674-6694（2016）02-0030-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.02.010

2016-01-07 作者簡(jiǎn)介：趙敏（1966-），男，副研究員，銅陵銅官府文化創(chuàng)意股份公司，董事長(zhǎng)。 通訊作者：李偉（1962-），男，副研究員。