第21讲 铜及其合金焊接

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1、第21讲铜及其合金的焊接127§8.2铜及其合金的焊接一、铜及其合金的种类与性能铜及其合金是有色金属。在纯铜中加入合金元素后就成为铜合金。根据金属的颜色和成分，铜及铜合金可分为纯铜，黄铜(铜-锌合金)、青铜(铜-锡合金、铜-铝合金等)、白铜(铜-镍合金)等四大类。1、纯铜有以下特性：1)优良的导电性，在金属中仅次于银，纯度越高导电性越好。2)导热性好，仅次于金和银，约是铝的15倍。3)在大气、河水中有良好的耐蚀性。2274)有良好的常温和低温塑性，但在400－700℃高温下，其强度和塑性显著降低。5)退火状态强度和硬度低，经冷加工变形后强度可成倍增加而塑性

2、成倍降低。再经500－600℃退火，又能恢复其塑性。纯铜的性能与所含杂质有关。即使含铅、铋量很少，也会使铜产生热脆性，在焊接过程中极易形成裂纹；硫和氧在铜中形成脆性化合物，如硫化铜(CuS)和氧化亚铜(Cu2O)，大大降低铜的塑性，使铜在热加工和焊接时产生困难。3272、黄铜黄铜是铜和锌组成的二元合金。它的强度、硬度和耐蚀性都比纯铜高，并能进行冷、热加工。当w(Zn)＝30％时，为单一的α相组织，塑性最好；当w(Zn)＞39％时，就出现金属间化合物β相，这时强度提高而塑性下降。为了进一步提高黄铜的力学性能、耐蚀性能、铸造或切削的工艺性能，在简单黄铜中再加入少

3、量的锡、锰、铝、硅、铁等元素，就获得系列多元铜合金，称复杂(特殊)黄铜。427二、铜及其合金的焊接性分析(1)难熔合，焊缝成形能力差铜的热导率在20℃时比铁大7倍多，1000℃时大11倍多。焊接时热量迅速从加热区传出之，使加热范围扩大。焊件厚度越大，散热越严重。焊接区难以达到熔化温度，所以母材和填充金属难熔合。为此，焊接时需使用大功率的热源，焊前常需预热。铜在熔化温度时，表面张力比铁小1／3，流动性比钢大1－l5倍。因此，表面成形能力差，当用大功率熔化极气体保护焊或埋弧焊时，熔化金属易流失。为此，单面焊时，背面需使用衬垫(板)等成形装置。527(2)焊接应力

4、与变形大铜的膨胀系数比铁大15％，而收缩率比铁大1倍以上；又由于铜的导热能力强，冷却凝固时，变形量大。当焊接刚性大的焊件或焊接变形受阻时，就会产生很大的焊接应力，成为导致焊接裂纹的力学原因。(3)易产生热裂纹在焊缝和热影响区上都可能产生热裂纹。主要原因是铜在液态下易氧化生成氧化亚铜，它溶于液态铜而不溶于固态铜，冷凝过程中与铜生成熔点略低于铜的共晶，共晶物分布在焊缝金属的枝晶间或晶界处。当焊缝处于高温时，热影响区的低熔共晶物重新熔化，在焊接应力作用下，在焊缝或热影响区上就会产生热裂纹。由于铜和铜合金在加热过程中无同素异构转变，晶粒易长大，有利于低熔点共晶薄膜的

5、形成，从而增大了热裂倾向。627为了防止热裂纹，从冶金方面须严格限制铜中杂质的含量，增强对熔池的脱氧能力；若有可能选用获得双相组织的焊接材料，以破坏低熔共晶薄膜的连续性，打乱柱状晶的方向。另外，从力学方面须减小焊接应力的作用。(4)易产生气孔铜及铜合金熔焊时，焊缝产生的气孔比焊接钢时严重得多。从冶金特性方面，焊接时铜中存在有溶解性气体和氧化还原反应产生的气体。氢在铜中的溶解度与温度有关，随温度升降而增减，冷却过程析出大量的氢；熔池中的Cu2O在凝固时因不溶于铜而析出，便与氢或CO反应生成水蒸汽或CO2气体，因不溶于铜而逸出。727从物理特性方向，铜的热导率大

6、，焊缝金属的结晶速度很大，在这种条件下氢的扩散逸出和H2O、CO2上浮极为困难，往往是来不及逸出和上浮便形成了气孔。减少或防止铜焊缝中的气孔，主要是减少氢和氧的来源以及采用预热等方法延长熔池存在时间，使这些气体易于逸出。加强对焊接区的保护和在焊接材料中加入脱氧剂，都可减少气孔的产生。(5)接头性能下降1)接头塑性显著下降因铜及铜合金一般不发生相变，焊缝和热影响区晶粒易长大；各种脆性低熔共晶出现于晶界。其结果是使接头的塑性和韧性显著下降。2)导电性能下降铜越纯其导电性能就越好，焊接过程中任何杂质和合金元素的加入，都导致电导率降低。8273)耐蚀性变差铜合金的耐

7、蚀性是依赖于锌、铝、锰、镍等合金元素的加入，而这些元素在焊接过程易蒸发、烧损，都不同程度上使接头的耐蚀性能下降。焊接应力的存在会使那些对应力腐蚀较敏感的高锌黄铜、铝青铜、镍锰青铜的焊接接头在腐蚀环境中过早失效。改善接头性能的主要措施可以是：控制杂质含量；加强焊接区的保护以减少合金元素的烧损；通过合金化对焊缝进行变质处理；减少热的作用和焊后消除应力处理等。927三、纯铜及黄铜的焊接工艺要点1、焊接方法的选择常用的方法有气焊、手弧焊、埋弧焊、惰性气体保护焊及等离子弧焊等。气焊及钨极氩弧焊主要应用于薄件的焊接；从焊接质量（变形、接头塑性）来说，TIG焊比气焊强，但

8、费用较贵。焊接板厚5mm以上较长焊缝，宜采用埋弧焊及