铜合金焊接技巧

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铜合金的技巧

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接触头是任何GMAW焊接系统中最小且相对便宜的部件之一;然而,它可能是灾难性故障的来源,导致停产和增加成本。

在大多数情况下,由于小费失败造成的经济损失超过了这些零件的购买成本的许多倍。因此,生产焊接制造商一直在不断地寻找能够在日益严格的生产条件和对产能的期望中超越预期的焊条。

接触头的主要功能是在填充线通过中心孔并与孔表面产生电接触时,持续地将焊接电流传递给填充线。不出所料,导电性是必不可少的,并与银合金接触尖端的高性能成比例。

接触提示可能以多种不同的方式失效,而失效的根本原因通常与外部因素有关[图1]。

失效的范围从导致某些类型的起弧失败(如烧回、不好的开始或电弧不稳定)到导致错误的焊缝沉积[图1和2]。

这两种故障都会影响机器人和所有焊接制造商。在这里,工具中心点(TCP)的可重复性对于避免昂贵的机器人重新编程至关重要。

TCP错误的一个重要原因被称为“键洞”(图1);在较高的温度下,尖端孔内移动的电线持续摩擦,最终磨损孔出口。在钣金机器人焊接应用中,这可能会导致焊缝缺陷,如缺乏熔合或烧毁。

几十年来,铜一直是材料的选择,主要是因为,在所有金属中,铜的导电性仅次于银(图2)。

然而,由于其面心立方(f.c.c.)晶体结构,纯铜自然具有延展性。

幸运的是,铜可以通过冷加工、固溶、沉淀硬化和弥散强化等多种强化机制得到强化。

在北美最流行和最便宜的铜合金用于接触头是CDA C12200 (P脱氧铜)。

沉淀硬化合金如C18100 (Cu-Cr- zr), C18200 (Cu-Cr), C17510 (Cu-Be)已经成为高性能尖端的常见材料,因为它们通常比C12200具有更高的物理磨损性能。

不幸的是,作为大多数强化机制,沉淀硬化损害了铜的电导率。工厂使用这些合金的经验混合在一起;在一些应用中,它们似乎可以工作,而在其他应用中,它们与C12200铜没有明显的区别。

究竟是什么微观机制导致了接触尖端的磨损,目前还不完全清楚。

一些研究[图3]表明,在孔出口的一个相对较小的区域承受了大部分的磨损。

在该区域电流密度和温度高到足以促进电侵蚀[3,4]、磨损和氧化现象,加速磨损。

其中许多现象与电子从尖端孔到移动导线的转移有效性有关。

这种有效性在很大程度上取决于在孔内的接触电阻。显然,电导率似乎对触头的寿命起着根本性的作用。在这一方向上,已有研究支持使用高导电性铜来增加接触端耐久性的想法。

今天,最常用的铜合金显示的电导率小于85% IACS;例如,合金C17510(铍铜)的电导率可低至45% IACS。这种新的铜银合金家族,CuAgSP,显示98%的IACS的电导率。比市面上任何一种合金都要高(图3/4)。

在标准含银铜的基础上,对CuAgSP的成分进行了调整,制备出目前市场上最经济、最导电的铜尖端材料。

这种合金目前被用于生产高耐久性的接触针尖,它不会显示电弧不稳定或其他电或热问题,这是上述沉淀硬化铜常见的问题。

其优异的性能与使用温度低、电阻低以及高效的导电性和电弧传递性有关,这两者都大大减少了冲蚀、电弧不稳定性和较差的起弧特性。

图4

铜合金设计 成分百分比 软化温度 导电性%大船公司 硬度高压 热导率 电阻 美国不成功
铬锆 Cu min 99+ Cr.65 Zr.08 500°C 75 170 335 23 CrZr
磷脱氧 铜min 99.9 P 0.015- 0.040 300°C 85 115 335 20. 设计马力C12200

  • 图1:由于刀尖过度磨损而造成锁孔
  • 图2:的导电性高度纯室温下的金属[5]
  • 图3:的导电性CuAgSP与常用的触头合金和超纯铜[6]相比。
  • 图4:可用触头合金的性能比较

参考文献
1.刘文杰,“气体保护金属电弧焊触头寿命的研究”,焊接学报,78,12,1999,pp 29-35
2.J. Villafuerte,“用于重型焊枪尖端和电极帽的分散强化铜”,《焊接》。J, 2003年11月,第82卷第11期
3.山田T,高田O,维尔德。杂志,第66卷,第9期,1987年,35-42
4.《施奈德与施威森》,第47卷,第5期。1995年5月。第356、358、360-362、365页(文本及字幕英文翻译页e88 - e90)
5.E.A.布兰德斯,G.B.布鲁克;史密斯金属参考书,第7版,巴特沃斯-海涅曼,1992,p19-1
6.铜开发协会:标准手册,1985年

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