铸造黄铜TIG焊接电流对焊缝颜色的影响

赵　敏，李　伟（铜陵铜官府文化创意股份公司，安徽铜陵 244000）

铸造黄铜TIG焊接电流对焊缝颜色的影响

赵敏，李伟
（铜陵铜官府文化创意股份公司，安徽铜陵 244000）

现代中大型铸造铜工艺品多为分块铸造，组焊后焊缝与母材往往存在色差，特别是铸造黄铜在焊接过程中由于锌极容易蒸发，导致焊缝与母材色差明显，影响工艺品艺术形象。本文以ZGH57牌号铸造黄铜为例，研究TIG焊接电流对铸造黄铜焊缝与母材色差的影响。

黄铜；氩弧焊；电流；色差

1　前言

黄铜是铜锌二元合金。黄铜色泽金黄，价格较低，非常适合制造佛具和饰品，也是金箔和金粉的代用材料，黄铜是一种主要铸铜艺术品合金材料。

铸造黄铜工艺品生产一般参照《DB34/T1475-2011铸铜工艺品》，考虑成本问题，一般企业对没有材质要求的铸造黄铜工艺品均按ZGH57牌号铸造，见表1，而ZGH57锌含量达40%以上。黄铜中所含锌的沸点较低（906℃），在焊接过程中容易蒸发、烧损，使焊缝中的锌含量减少［1］。这也是黄铜焊接的最大难点。

表1　DB34/T1475-2011　铸铜工艺品

铜及合金导热性良好、热收缩大、焊接时合金元素易烧损、熔池金属容易吸收氢气和氧化等特点，给焊接工作带来很大困难，焊接金属质量也很难控制。因此铜合金焊接应选用较大的焊接热源、较高焊速、较窄焊道。目前，黄铜常用的焊接方法主要有：钨极氩弧焊（TIG）、熔化极半自动氩弧焊（MIG）、气焊、手工电弧焊、碳弧焊［2］。TIG能得到细小的高质量焊接接头，操作简单方便，一般使用于厚度1 mm～10 mm的焊件，是目前铜及铜合金使用最广泛的一种焊接方法［3］。

本文就TIG焊接电流对焊接铸造黄铜工艺品焊缝与母材颜色差异进行了研究。

2　试验

2.1因素水平的确定

试验选用ZGH57铸铜工艺品的普通黄铜为母材，选取常用的锡黄铜焊丝、磷青铜焊丝、本体焊丝等三种焊丝进行焊接对比性试验。运用正交试验法来研究Zn、Sn和Cu元素含量对ZGH57合金焊缝颜色的影响，实验方案如表2所示。

表2　焊接工艺试验方案

2.2焊丝

锡黄铜焊丝，型号SCu4700，代号CuZn40Sn （GB/T9460-2008）铜陵新鑫焊材有限公司生产φ2.5 mm×1 000 mm；磷青铜焊丝，型号SCu5210，代号CuSn8P（GB/T9460-2008）上海斯米克焊材有限公司φ2.5 mm×1 000 mm；本体焊丝由试验铜板剪切成截面4 mm×5 mm焊丝。试验用焊丝化学成份见表3.

表3　焊丝化学成份（质量分数，%）

2.3试验材料及工艺规范

先按ZGH57牌号浇注一块450 mm×370 mm× 4 mm试验铜板，然后剪切成尺寸150 mm×20 mm× 4 mm焊接试验用铜条，共18块，两两拼焊共9组。

二块铜条间距4 mm对焊，焊缝长150 mm，焊缝截面4 mm×4 mm.

试验用焊机：WS-315手工氩弧两用焊机。

试验工艺规范：直流正接，左焊法，不预热，钨极直径为φ2.4 mm，喷嘴直径为φ12 mm.

3　试验结果及分析

3.1颜色差异

试样经打磨抛光后，用肉眼观察焊缝表面与母材本体的颜色差异，以及试样着色后焊缝表面与母材本体的颜色差异。焊缝颜色差异见表4.

表4　焊缝表面与母材本体颜色差异

3.2化学成份

焊接试块经打磨抛光处理，采用SPECTRO MAXx直读光谱仪对焊缝处进行成份分析，试验焊缝处化学成份见表5.

表5　焊缝化学成份分析（质量分数，%）

3.3焊接电流与焊缝化学成份规律

3.3.1 SCu4700焊丝

SCu4700焊丝施焊焊缝铜锌含量随焊接电流I的变化关系见图1.

从图1可看出，在试验条件下低电流锌的烧损较大，随着电流的增大，锌的烧损减小，当电流达到230 A左右时锌基本不烧损。焊缝铜含量随着锌的含量减小而增大，随着锌的含量增大而减少。

图1　SCu4700焊缝Cu、Zn质量分数与焊接电流的变化关系

3.3.2SCu5210焊丝

SCu5210焊丝施焊焊缝锡含量随焊接电流I的变化关系见图2.

图2　SCu5210焊缝Cu、Sn质量分数随焊接电流的变化关系

从图2可看出，在试验条件下电流大小对锡的烧损影响不大。

3.3.3本体焊丝

本体焊丝施焊焊缝铜锌质量分数随焊接电流I的变化关系见图3.

图3　本体焊丝焊缝Cu、Zn质量分数与焊接电流的变化关系

从图3可看出，在试验条件下电流低时锌的烧损较大，与SCu4700焊丝相当；随着电流的增大，锌的烧损减小，当电流达到210 A左右时锌基本不烧损；可见本体焊丝锌的烧损范围比SCu4700焊丝范围缩小。铜含量基本稳定波动不大。

在一定范围内，施焊电流越大，焊缝锌的烧损相对越少。焊缝Zn+Cu总量，本体焊丝最高，SCu4700焊丝其次，SCu5210焊丝最低。

4　验证

为了减少Zn的蒸发，焊接时可将填充金属丝与焊件“短接”，在填充金属上引弧和保持电弧，尽可能避免电弧直接作用在母材上。母材主要靠熔池金属的传热来加热熔化。尽量进行单层焊，较薄的工件最好一次焊成［1］。选用TIG本体焊丝焊接的铸铜工艺品中国名马，其表面大部着本色，肉眼观察焊缝与母材表面无明显色差，见图4.

图4　选用本体焊丝焊接的中国名马

5　结语

铸造黄铜采用TIG焊接时在保证焊接质量的前提下，在一定的范围内，以较大电流焊接，减少锌的烧损，以达到焊缝与母材的化学成份接近，从而减少焊缝与母材的颜色差异。

根据铸铜工艺品客户对表面颜色的要求来选择焊丝，着铜本色时最好选用本体焊丝，着浅色时选用锡黄铜焊丝，着深色时选用焊接性能好的焊丝。

［1］焦万才，张文明，刘兆甲主编.氩弧焊［M］.沈阳：辽宁科学技术出版社，2007：226-227.

［2］闵晓峰.黄铜的焊接技术［J］.工业建筑，2015，45（S1）：332-334.

［3］范绍林，范喜原.铜及铜合金的焊接［J］.现代焊接，2014（03）：61-66.

TG292

A

1674-6694（2016）02-0030-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.02.010

2016-01-07 作者简介：赵敏（1966-），男，副研究员，铜陵铜官府文化创意股份公司，董事长。 通讯作者：李伟（1962-），男，副研究员。