铜合金焊接头

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铜合金的技巧

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接触头是任何GMAW焊接系统中最小和相对便宜的组件之一;然而,它可能是灾难性故障的来源,导致生产停机和增加成本。

在大多数情况下,由于尖端故障造成的经济损失超过这些部件的获得成本的许多倍。因此,生产焊接制造商正在不断地寻找能够在日益严格的生产条件和预期的吞吐量中表现优于预期的焊头。

接触头的主要功能是当焊丝通过其中心孔并与孔表面进行电接触时,持续地将焊接电流转移到焊丝。毫不奇怪,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。

联系技巧可能会以多种不同的方式失败,而失败的根本原因往往与外部因素有关[图1]。

故障范围从导致某些类型的电弧起弧失效(如回烧、启动不良或电弧不稳定)到导致错误的焊缝沉积[图1和2]。

两者都是影响机器人和所有焊接制造商的故障。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。

造成TCP错误的一个重要原因是“钥匙孔”(图1);尖端孔内移动的金属丝在高温下不断摩擦,最终磨损孔出口。在钣金机器人焊接应用中,这可能会导致焊接缺陷,如未熔合或烧穿。

几十年来,铜一直是首选的材料,主要是因为,在所有金属中,它的导电性仅次于银(图2)。

然而,由于其面心立方(f.c.c.)晶体结构,纯铜具有天然的延展性。

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

在北美用于接触头的最流行和廉价的铜合金是CDA C12200 (P脱氧铜)。

沉淀硬化合金,如C18100 (Cu-Cr- zr), C18200 (Cu-Cr), C17510 (Cu-Be)是高性能尖端的常见材料,因为通常它们具有比C12200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导电性。混合了这些合金的工厂经验;在一些应用中,他们似乎工作,而在其他应用中没有明显的区别与C12200铜。

目前还不清楚是什么精确的微观机制在接触尖端产生磨损。

一些研究[图3]表明,在孔出口处有一个相对较小的区域承受了大部分磨损。

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,从而加速磨损。

这些现象中有许多与电子从针尖孔向移动导线转移的有效性有关。

这种效果在很大程度上取决于孔处的接触阻力。显然,导电率似乎对接触头的寿命起着重要作用。在这个方向上,已经有研究支持通过使用高导电性铜来增加接触尖端耐力的想法。

今天,最常用的铜合金显示导电率低于85% IACS;例如,合金C17510(铍铜)的导电性可低至45% IACS。这种新的铜银合金家族CuAgSP的电导率为98% IACS。远高于任何一种商用合金(图3/4)。

扩展标准含银铜,CuAgSP的组成已经调整,以生产当今市场上最经济和高导电性的铜尖端材料。

这种合金目前被用于生产高耐久性的触头,不会显示电弧不稳定性或其他电气或热问题,这些问题是上述沉淀硬化铜常见的。

其优异的性能似乎与较低的使用温度和电阻以及高效的导电性和电弧转移有关,这两者大大减少了侵蚀、电弧不稳定性和较差的电弧启动特性。

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 Cu min 99.9 P 0.015- 0.040 300°C 85 115 335 20. 设计马力C12200

  • 图1:尖部过度磨损导致钥匙孔
  • 图2:的导电性高度纯金属在室温[5]
  • 图3:的导电性CuAgSP与常用的接触头合金和超纯铜[6]进行了比较。
  • 图4:比较可用接触尖端合金的性能

参考文献
1.李建平,“气体保护焊的接触头寿命”,《焊接学报》,1998,12,pp 29-35
2.J. Villafuerte,“用于重型焊枪尖端和电极帽的弥散强化铜”,焊接。J, 2003年11月,第82卷,第11期
3.Yamada T., Takana O., Weld。[J]
4.《施耐德与施耐德》,第47卷,第5期。1995年5月。第356,358页,第360-362页,第365页(文本及说明的英文翻译页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,Butterworth-Heinemann, 1992,第19-1页
6.铜开发协会:标准手册,1985

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