Le cuivre et les alliages de cuivre sont largement utilisés en raison de leurs propriétés globales uniques et supérieures. Le cuivre et les alliages de cuivre ont une excellente conductivité électrique et thermique, une grande résistance à l'oxydation et à la corrosion dans l'eau douce, l'eau salée, les solutions alcalines et les produits chimiques organiques. Ils sont toutefois sensibles à la corrosion dans les acides oxydants. Les alliages de cuivre ont une bonne [...]
Le cuivre et les alliages de cuivre sont largement utilisés en raison de leurs propriétés globales uniques et supérieures. Le cuivre et les alliages de cuivre ont une excellente conductivité électrique et thermique, une grande résistance à l'oxydation et à la corrosion dans l'eau douce, l'eau salée, les solutions alcalines et les produits chimiques organiques.
Cependant, ils sont sensibles à la corrosion dans les acides oxydants. Les alliages de cuivre présentent une bonne aptitude à la déformation à froid et à chaud et une plus grande résistance. Le cuivre et les alliages de cuivre ont été largement utilisés dans des industries telles que l'électricité, l'électronique, la chimie, l'alimentation, l'énergie, les transports, l'aérospatiale et la défense.
Il existe différents types de cuivre et d'alliages de cuivre produits dans l'industrie, et la plupart des pays les classent en fonction de leur composition chimique. Le cuivre et les alliages de cuivre peuvent être classés en cuivre pur, en laiton, en bronze et en acier inoxydable. cuivre blancentre autres.
Le cuivre pur recuit est généralement utilisé pour le soudage des structures. Les types courants de cuivre pur sont T1, T2, T3, T4 et le cuivre désoxydé (cuivre sans oxygène) TU1, TU2, etc. Le laiton est un alliage de cuivre principalement composé de zinc.
Les laitons et les alliages spéciaux de laiton couramment utilisés sont les suivants : H62, H68, H96, HPb59-1, HSn62-1, etc. Le terme bronze désignait à l'origine les alliages de cuivre et d'étain, mais il est aujourd'hui couramment utilisé pour décrire les alliages de cuivre qui ne contiennent pas de zinc ou de nickel en tant qu'élément d'alliage principal. Commun types de bronze comprennent le bronze à l'étain (QSn4-3), le bronze à l'aluminium (QAl9-2), le bronze au silicium (QSi3-1), etc.
En outre, les alliages de cuivre dont le nickel est le principal élément d'alliage sont appelés cuivre blanc.
Les soudabilité du cuivre et des alliages de cuivre est comparativement faible, ce qui rend le soudage beaucoup plus difficile que celui de l'acier à faible teneur en carbone. Les principales difficultés sont observées dans les aspects suivants :
(1) Mauvaise capacité de formation de la soudure :
Le soudage du cuivre et de la plupart des alliages de cuivre est sujet à des difficultés de fusion, à une pénétration incomplète du joint et à une mauvaise formation de la surface. Cela est principalement dû à la conductivité thermique élevée du cuivre, la conductivité thermique du cuivre et de la plupart des alliages de cuivre étant de 7 à 11 fois supérieure à celle de l'acier au carbone ordinaire.
Par conséquent, la chaleur est rapidement dissipée de l'appareil. zone de soudure. Plus la pièce est épaisse, plus la dissipation de la chaleur est importante. Bien que le cuivre ait un point de fusion et une capacité calorifique spécifique inférieurs à ceux du fer, il reste difficile d'atteindre la température de fusion dans la zone de soudage, ce qui complique la fusion du métal de base et du métal d'apport.
En outre, l'excellente conductivité thermique du cuivre permet d'élargir la zone affectée par la chaleur, ce qui peut entraîner une déformation importante lorsque la pièce est peu rigide. Inversement, lorsque la rigidité est élevée, elle peut provoquer des contraintes de soudage importantes dans la pièce.
La mauvaise formation de la surface du cuivre et des alliages de cuivre est principalement attribuée au fait que la tension superficielle pendant la fusion est un tiers de celle de l'acier, et que la fluidité est 1 à 1,5 fois supérieure à celle de l'acier, ce qui rend le cuivre plus sensible à la perte de métal pendant la fusion.
Par conséquent, lors du soudage du cuivre pur et des alliages de cuivre les plus conducteurs, outre l'utilisation d'une puissance élevée et d'une densité d'énergie élevée, il convient d'utiliser des matériaux à haute densité d'énergie. méthodes de soudageIl est également nécessaire d'incorporer différents degrés de préchauffage. Il n'est pas permis d'utiliser le soudage unilatéral sans support et, lors du soudage unilatéral, une plaque d'appui doit être ajoutée pour contrôler la formation du joint de soudure.
(2) Sensibilité élevée à la fissuration par la chaleur dans les soudures et les zones affectées par la chaleur :
La tendance à la fissuration à chaud des soudures est liée à l'influence des impuretés dans la soudure et est également influencée par les contraintes générées au cours de l'opération de soudage. processus de soudage. L'oxygène est une impureté courante dans le cuivre, et il a un impact significatif sur la tendance à la fissuration à chaud des soudures.
À haute température, le cuivre réagit avec l'oxygène de l'air pour former du Cu2O. Cu2O est soluble dans le cuivre liquide mais pas dans le cuivre solide, formant un eutectique à bas point de fusion. Les impuretés telles que Bi et Pb dans le cuivre et les alliages de cuivre ont des points de fusion bas.
Au cours du processus de solidification du bain de soudure, ils forment des eutectiques à bas point de fusion qui se répartissent entre les dendrites ou aux joints de grains, ce qui entraîne une fragilité thermique importante du cuivre et des alliages de cuivre. Lorsque la soudure est en phase solide-liquide, les eutectiques à bas point de fusion dans la zone affectée thermiquement refondent sous l'influence des contraintes de soudage, ce qui se traduit par fissures dues à la chaleur.
Le cuivre et les alliages de cuivre présentent des coefficients de dilatation linéaire et des taux de retrait relativement élevés, ainsi qu'une forte conductivité thermique. Lors du soudage, des sources de chaleur de grande puissance sont nécessaires, ce qui entraîne une zone affectée par la chaleur plus large. Par conséquent, la joints soudés subissent des contraintes internes importantes, ce qui constitue un autre facteur de fissuration des soudures de cuivre et d'alliages de cuivre.
En outre, lors du soudage du cuivre pur, le métal soudé est constitué d'une structure monophasée. En raison de la conductivité thermique élevée du cuivre pur, la soudure a tendance à former de gros grains. Cela aggrave encore la formation de fissures dues à la chaleur.
Par conséquent, pour éviter la formation de fissures dues à la chaleur lors de l'utilisation du soudage par fusion pour souder le cuivre et les alliages de cuivre, les mesures métallurgiques suivantes doivent être prises :
1) Contrôler strictement la teneur en impuretés (telles que l'oxygène, le bismuth, le plomb, le soufre, etc.) du cuivre.
2) Améliorer la capacité de désoxydation de la soudure en ajoutant au fil de soudure des éléments d'alliage tels que le silicium, le manganèse, le phosphore, etc.
3) Sélectionnez matériaux de soudage qui peut obtenir une structure duplex, ce qui perturbe la continuité des films eutectiques à bas point de fusion et modifie la direction des grains colonnaires.
4) Mettre en œuvre des mesures telles que le préchauffage et le refroidissement lent pour réduire les contraintes de soudage, minimiser la taille de la fente de la racine et augmenter les dimensions de la passe de la racine pour empêcher la formation de fissures.
(3) Susceptibilité à la formation de porosité :
Lors du soudage par fusion du cuivre et des alliages de cuivre, la tendance à la formation de porosités est beaucoup plus importante que dans le cas de l'acier à faible teneur en carbone. Pour réduire et éliminer la porosité dans les soudures de cuivre, les principales mesures consistent à réduire les sources d'hydrogène et d'oxygène et à préchauffer pour prolonger le temps d'existence du bain de fusion, ce qui facilite l'évacuation des gaz.
Utiliser des fils de soudure contenant des désoxydants puissants tels que l'aluminium, titane(qui peuvent également éliminer l'azote et l'hydrogène) ou l'ajout d'éléments tels que l'aluminium et l'étain aux alliages de cuivre peuvent donner de bons résultats en termes de désoxydation.
(4) Diminué joint de soudure performance :
Au cours du processus de soudage par fusion du cuivre et des alliages de cuivre, les joints soudés subissent une forte croissance du grain, l'évaporation et la combustion des éléments d'alliage, ainsi que l'infiltration d'impuretés, ce qui entraîne une diminution des propriétés mécaniques, de la conductivité électrique et de la résistance à la corrosion des joints soudés.
1) Diminution significative de la ductilité :
La soudure et la zone affectée par la chaleur subissent un grossissement des grains et divers eutectiques fragiles à bas point de fusion apparaissent aux limites des grains, ce qui affaiblit la force de liaison du métal et réduit considérablement la ductilité et la ténacité de l'assemblage. Par exemple, lors de l'utilisation d'électrodes de soudage en cuivre pur pour le soudage à l'arc ou le soudage à l'arc submergé, l'allongement du joint n'est que d'environ 20% à 50% du matériau de base.
2) Diminution de la conductivité électrique :
L'ajout de tout élément au cuivre diminue sa conductivité électrique. Par conséquent, la fusion des impuretés et des éléments d'alliage au cours du processus de soudage détériorera dans une certaine mesure la conductivité électrique du cuivre. conductivité électrique du cuivre joints.
3) Diminution de la résistance à la corrosion :
La résistance à la corrosion des alliages de cuivre est obtenue par alliage avec des éléments tels que le zinc, le manganèse, le nickel, l'aluminium, etc. L'évaporation et l'oxydation de ces éléments au cours du processus de soudage par fusion réduisent dans une certaine mesure la résistance à la corrosion du joint. L'évaporation et l'oxydation de ces éléments au cours du processus de soudage par fusion réduisent dans une certaine mesure la résistance à la corrosion de l'assemblage.
Les mesures visant à améliorer les performances des joints consistent principalement à contrôler la teneur en impuretés, à réduire la combustion de l'alliage et à effectuer un traitement thermique pour modifier la microstructure de la soudure. La minimisation de l'apport de chaleur pendant le soudage et l'application d'un traitement de détente après le soudage sont également bénéfiques.
Il existe actuellement de nombreuses méthodes de soudage pour le cuivre et les alliages de cuivre. Les méthodes de soudage les plus courantes sont le soudage au gaz, le soudage à l'arc sous protection métallique, le soudage au gaz inerte de tungstène (TIG), le soudage à l'électrode consommable et le soudage à l'arc sous protection métallique. soudage à l'arc sous argonet le soudage à l'arc submergé.
Le choix des méthodes de soudage doit être basé sur la composition, l'épaisseur, les caractéristiques structurelles et les exigences de performance du matériau à souder.
Le cuivre est le métal qui présente la meilleure conductivité thermique parmi les métaux couramment utilisés. soudage des métaux. Par conséquent, le soudage du cuivre et de ses alliages nécessite des méthodes de soudage à haute puissance et à haute densité d'énergie.
Une efficacité thermique plus élevée et une énergie plus concentrée sont préférables. Les différentes épaisseurs de matériaux s'adaptent différemment aux diverses méthodes de soudage.
Par exemple, les plaques minces conviennent mieux pour Soudage TIG et le soudage au gaz. Les tôles moyennes et épaisses conviennent mieux au soudage à l'arc submergé, au soudage à l'arc à l'argon avec électrode consommable et au soudage par faisceau d'électrons. Pour les plaques épaisses, le soudage MIG et le soudage à l'arc sous protection sont recommandés.
1) Fil de soudure :
Outre le respect des exigences générales en matière de processus et de métallurgie, le fil de soudure pour le soudage du cuivre et des alliages de cuivre doit principalement contrôler la teneur en impuretés et améliorer la capacité de désoxydation afin d'éviter la formation de fissures dues à la chaleur et de porosités.
Pour le soudage du cuivre pur, des éléments désoxydants tels que Si, Mn, P sont principalement ajoutés au fil de soudage. Les fils de soudure couramment utilisés sont les fils de haute pureté soudage du cuivre HSCu, qui est souvent utilisé pour le soudage au gaz avec le solvant CJ301, et pour le soudage à l'arc submergé avec le flux HJ431.
2) Électrodes de soudage :
Les électrodes de soudage à l'arc pour le cuivre peuvent être divisées en deux types : les électrodes en cuivre et les électrodes en bronze, ces dernières étant plus couramment utilisées. En raison de la tendance à l'évaporation du zinc contenu dans le laiton, les électrodes en cuivre sont rarement utilisées pour le soudage à l'arc.
Dans ce cas, des électrodes en bronze peuvent être utilisées. Les électrodes en cuivre couramment utilisées sont l'électrode en cuivre pur T107 et l'électrode en bronze au silicium T207.
Les exigences en matière de prétraitement des pièces soudées en cuivre et en alliage de cuivre sont relativement strictes. Le nettoyage avant soudage du cuivre et des alliages de cuivre consiste principalement à éliminer les films d'huile et d'oxyde. Avant d'enlever le film d'oxyde, nettoyez la rainure et les impuretés dans un rayon de 30 mm des deux côtés du joint à l'aide d'essence ou d'acétone.
Ensuite, nettoyer la rainure de la contamination par l'huile à l'aide d'une solution d'hydroxyde de sodium 10% à une température de 30-40℃, suivie d'un rinçage à l'eau. Immerger le joint dans une solution d'acide nitrique 35%-40% pendant 2 à 3 minutes, rincer à nouveau à l'eau, puis sécher.
L'élimination des films d'oxyde peut se faire par un nettoyage mécanique ou chimique. Pour le nettoyage mécanique, utilisez une roue métallique pneumatique ou une brosse métallique pour polir la surface du fil de soudure et de l'élément soudé jusqu'à ce qu'un éclat métallique soit visible.
Le nettoyage chimique consiste à immerger la pièce soudée dans une solution mélangée de 70 ml/l de HNO3, 100 ml/l de H2SO4 et 1 ml/l de HCl pour la nettoyer, puis à la neutraliser avec une solution alcaline, à la rincer à l'eau claire et à la sécher à l'air chaud.
Soudage au gaz :
Soudage au gaz convient au soudage de pièces de cuivre minces, à la réparation de pièces de cuivre ou au soudage de structures non critiques.
1) Préchauffage avant soudage:
Le préchauffage est généralement nécessaire pour le soudage au gaz du cuivre pur afin d'éviter l'apparition de contraintes internes, de fissures, de porosités et d'une pénétration incomplète. Le température de préchauffage pour les tôles fines et les pièces soudées de petite taille est d'environ 400-500℃, alors que pour les pièces soudées épaisses et de grande taille, la température de préchauffage doit être augmentée à 600-700℃. La température de préchauffage pour le laiton et le bronze peut être légèrement inférieure.
2) Sélection des paramètres de soudage et la technique de soudage : Le cuivre a une conductivité thermique élevée, de sorte que l'énergie de la flamme utilisée pour le soudage est généralement 1 à 2 fois supérieure à celle utilisée pour le soudage de l'acier au carbone. Lors du soudage du cuivre pur, il convient d'utiliser strictement une flamme neutre.
Une flamme oxydante peut provoquer l'oxydation de la soudure et la combustion des éléments d'alliage. Une flamme de cémentation peut augmenter la teneur en hydrogène de la soudure et entraîner la formation de porosités.
Lors du soudage au gaz de tôles minces, il convient d'utiliser la méthode de soudage à gauche, car elle permet de supprimer la croissance des grains. Lorsque l'épaisseur de la pièce est supérieure à 6 mm, la méthode de soudage à droite est préférable car elle permet de chauffer le métal de base à une température plus élevée et offre une meilleure visibilité du bain de fusion, ce qui rend l'opération plus pratique.
Le mouvement de la torche de soudage doit être aussi rapide que possible, et chaque cordon de soudure ne doit pas être interrompu de manière aléatoire. Il est préférable de réaliser chaque soudure en une seule fois.
Lors du soudage de longs joints, il convient de prévoir une marge de rétrécissement appropriée avant le soudage et de procéder au positionnement avant le soudage. La méthode du pas en arrière segmenté doit être utilisée pendant le soudage pour réduire la déformation.
Pour les soudures de cuivre soumises à des contraintes ou plus importantes, un martelage post-soudure du joint et des mesures de traitement thermique doivent être prises. Après le soudage de pièces minces en cuivre, la zone affectée thermiquement de part et d'autre de la soudure doit être immédiatement martelée.
Pour les plaques d'épaisseur moyenne supérieure à 5 mm, il faut les chauffer à 500-600℃ avant de les marteler. Après le martelage, la pièce doit être chauffée à 500-600℃ puis refroidie rapidement dans l'eau, ce qui peut améliorer la plasticité et la ténacité du joint.
L'électrode est munie d'une chemise d'eau en cuivre désoxydé TU1. Le joint de l'électrode est soudé à l'aide d'un procédé MIG, et le procédé de soudage spécifique est indiqué dans le tableau 5-37.
Tableau 5-37 Carte de processus de soudage pour le joint TU1
| Carte de processus de soudage pour le soudage de joints | Nombre | |||
Schéma conjoint : | Matériau de base Matériau | TU1 | TU1 | |
| Épaisseur du matériau de base | 15 mm | 15 mm | ||
| Position de soudage | Soudure à plat | |||
| Technique de soudage | Trajectoire de soudure droite | |||
| Température de préchauffage | 500℃ | |||
| Température d'intercirculation | ≥500℃ | |||
| Diamètre de la buse | Φ26mm | |||
| Gaz protecteur | Ar | Débit de gaz (L/min) | Avant : 25~30 Retour : | |
| Séquence de soudage | |
| 1 | Contrôler les dimensions de la rainure et la qualité de la surface. |
| 2 | Enlever toute huile ou saleté de la rainure et de son voisinage. Nettoyer la graisse en utilisant une solution d'eau NaOH 10% à une température de 30~40℃, puis rincer à l'eau claire et sécher. Enlever le film d'oxyde en meulant avec une meule en acier inoxydable, puis rincer avec de l'eau alcaline, suivi d'un rinçage à l'eau claire et d'un séchage. |
| 3 | Effectuer un soudage par points pour la première couche en utilisant une technique de soudage par positionnement extérieur. La longueur doit être de 100 mm et la distance entre les points de soudure ne doit pas dépasser 300 mm. Si des fissures apparaissent dans la soudure par points, retirez-les et soudez à nouveau. |
| 4 | Épisser les électrodes sur un dispositif spécialement conçu à cet effet. Préchauffer la pièce à l'aide d'un chauffage électrique, avec une température de préchauffage de 500℃, et s'assurer que la température de l'intercalaire ne reste pas inférieure à 500℃. |
| 5 | Commencer le soudage par l'extérieur afin d'éviter la formation de cordons de soudure à l'intérieur du cordon. Veillez à ce que le rondeur du cercle intérieur de l'électrode et de la douceur de la surface intérieure. |
| 6 | Effectuer un contrôle visuel. |
| 7 | Redresser si nécessaire. |
| 8 | Effectuer le traitement thermique après soudage. |
Paramètres des spécifications de soudage
| Adopté | Méthode de soudage | Grade du matériau de soudage | Spécification du matériau de soudage | Types de courant et polarité | Courant de soudage (Ampère) | Tension d'arc (Volt) | Vitesse de soudage (mm/par passage) | Remarques |
| 1~2 | MIG (semi-automatique) | HSCu | 1.6 | DCEP | 350~400 | 30~35 | 250~300 |
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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