材料 徐老师20铜及铜合金

1、3/2.21-22铜及铜合金 Copper and copper alloys,主要内容,1、应用 2、铜的生产 3、铜的性质 4、铜及铜合金、合金元素的影响 5、铜材的种类及符号表示 6、铜材的焊接性 7、铜材的焊接工艺要点 8、焊接质量的相关问题及预防措施,发展和应用,我国早在公元前两千年就已大量生产、使用青铜。十八、十九世纪，欧洲是铜的主要供应地。十九世纪末，美国开始开采大铜矿，炼铜工业逐渐发展。二十世纪，前苏联、智利、加拿大和非洲也兴起了炼铜工业。 铜具有优良的导电性、导热性、耐蚀性、延展性及一定的强度等特性，使得它在电气、电子、化工、食品、动力、交通、航空航天、兵器等工业中得到了广泛

2、的应用。如导线、器皿、光学仪器、换热器、粉末冶金、防腐油漆、染料、玻璃工业、机电工业等等。制造一部3千瓦的电机，约需580公斤铜；100公里长的150mm2的输电线，约需铜400吨。,铜的生产,一般炼铜的基本过程是：反射炉熔炼转炉吹炼火法精炼电解精炼。,电解时的阴极反应：Cu2+ + 2e Cu。“锍”即“冰铜”：Cu2 S + FeS 火法精炼的步骤： 熔化氧化还原浇注（阳极）阳极用于电解得到电铜 经熔化炉加入合金剂做成铜合金铸锭 ，再制成板、管、丝或直接成型铸造成铸件。,铜的性质,（1）熔点：1083；沸点：2130； （2）比重：8.89g/cm3； （3）导电性好，是钢的6倍，仅次于银

3、； （4）导热性好，是钢的8倍，为银的73%； （5）热膨胀系数大，是钢的1.4倍； （6）铜的氧化在室温时即已开始，氧化膜成为焊接的障碍。,铜及铜合金 合金元素的影响,常用铜及铜合金从其表面颜色区分，如紫铜、黄铜、白铜和青铜。实质上是纯铜、铜-锌、铜-镍和铜-铝、铜-锡、铜-硅的合金。青铜具有较高的力学性能、铸造性能、耐磨性、耐腐蚀性，并有一定的塑性。除铍青铜外，其它青铜的导热性能比紫铜、黄铜降低几倍乃至几十倍，而且结晶温度区间较窄，改善了焊接性。 铜中的基本合金元素是锌、锡、镍、铝、磷和硅。主要影响铜的强度、化学稳定性、变形性能和焊接性。,铜材的表示,铜材料标记按ISO1190-1 标记按

4、 EN1173有主要符号和/或一个附加标记 数字编号按EN1412进行标记,1）按材料状态的标记（ EN1173） 例如： Cu-ETP-D Cu Zn37-G020 拉伸 晶粒度 Cu Zn37-H150 Cu Be2-R1200 硬度 抗拉强度 Cu-OF A007 Cu Zn30-Y460 延伸率 0.2%的屈服点 这里的标记字母代表各自的性能和给出的最低数值以%或N/mm2表示。,2）按材料数字编号标记（EN1412）举例 标记编号 材料数字号 Cu-DHP CW024A Cu-DLP CW023A Cu-ETP CW004A Cu Ni 25 CW350H Cu Zn 37 CW50

5、8Z 材料数字号的组成： 标记为：C=铜材 材料种类为：W=塑性材料F=填充材料C=铸造材料S=废料 连续三位数 合金组别（例如）：A/B=纯Cu G=Cu-Al合金 H=Cu-Ni合金 L/M=Cu-Zn合金,3）中国牌号 纯铜如：T1（ Cu 99.95 %）；T2（ Cu 99.90%）；T3（Cu 99.70 %）；T4（Cu 99.50 %） 无氧铜如：TU1 （ Cu 99.97 %）；TU2 （Cu 99.95 %）；TUP （Cu 99.50 %）TUMn（Cu 99.60 %）紫铜：Cu 99.5 % ，即纯铜 黄铜：Cu-Zn 例如：H62、H59 白铜：Cu-Ni 例如：

6、B10、B30 青铜：Cu-M(除Zn、Ni以外者) 例如：QAl 9-2、QBe2.5、QSnP10-1,铜材的焊接性,纯铜 1）韧铜（tough pitch铜）含少量的氧（0.01 0.07%）,以氧化物形式存在。导电性好，用于电气工业。易产生焊接裂纹。 2）无氧脱氧铜 采用P、Si等脱氧，氧含量极少（0.008 % 以下）。焊接性好，适用于焊接结构。 紫铜在退火状态（软态）下，塑性增加、强度下降；经冷加工变形（硬化）后，强度增加一倍，塑性下降几倍。加工硬化后的紫铜经550600退火，塑性可完全恢复。焊接结构常用软态紫铜。,铜合金 铜合金的问题是焊接裂纹：由于杂质的存在，易产生晶界裂纹、熔

7、敷金属高温脆化裂纹。因是完全互溶的单相组织，液-固相线之间距大，同Cu-Al系的双相组织一样不能细化。在400600时延性显著下降，故在多层焊时因再次受热而易裂，因此要特别注意避免热输入过大。,铜材的焊接工艺要点,1)焊前准备 铜的氧化在室温时即已开始，因此工件表面会有氧化膜，此外油、水份、污物等亦均妨碍焊接，坡口面缝两侧50mm必须清理干净。 2) 焊接工艺的一般要求（弧焊为主） -因其导热快，要求采用大电流。 -合理设计坡口形式以尽量减少拘束和收缩应力。 -合理的焊接顺序。 -推荐采用TIG焊（填丝容易控制）。 -采用Ar或富Ar的（Ar+He）混合气体保护。,3)焊接参数（以铜的TIG焊

8、为例） -铜及其合金的TIG焊，一般多采用直流正接。 -对于铍青铜和铝青铜，采用反接；亦可采用有 高频稳弧的交流来焊接。 -熔化极氩弧焊采用反接。,直流正接TIG焊（平焊）参数举例,4.铜及铜合金焊接用焊丝 国家标准GB 9460-88铜及铜合金焊丝对铜及铜合金用焊丝和填充丝作了规定（表3）。按DIN1773标准填充材料的选择（表4）.国际标准为ISO24373.,铜及铜合金焊丝（GB 9460-88）,铜及铜合金焊丝的选择,焊接质量的相关问题 及预防措施,纯铜 纯铜焊接区的主要缺陷：裂纹、气孔。裂纹主要是热裂纹、氢蚀裂纹。 凡是能增大其凝固温度区间的元素如Pb、Bi、P、As等，都增加其热裂

9、敏感性。韧铜中含氧若多，焊接时如电弧区存在氢，则由于氢向铜中扩散，发生反应而生成H2O，因气体压力增加而致晶间裂纹。 关于气孔 纯铜焊缝对氢气孔的敏感性比低碳钢高。另外，水汽也能导致气孔。,含氧铜的焊接裂纹,铜合金 铜合金焊接的最大问题仍是裂纹。铜合金的焊接裂纹与铝合金、奥氏体不锈钢等有许多类似之处。即其起因： （1）凝固温度区间宽； （2）晶界处有低熔点杂质。 对于Cu-Al合金，采用含有抑制脆化相析出的元素Ni、Fe、Mn的焊接材料；对于Cu-Ni合金，则要尽量避免热输入过大。,防止气孔的主要措施： A）采用含有脱氧剂（Mn、Si、Ti等）的焊丝； B）高温预热； C）焊后缓冷； D）磁力搅拌熔池。 E） 仔细清除氧化膜。,防止变形的措施 铜及铜合金线膨胀系数大、收缩率大；导热性好，使HAZ区宽，易产生变形，防止措施如下： 采用合理的焊接顺序； 焊前预热； 焊后锤击，消除应力。 防止未熔合/未焊透的措施 采用能量集中的热源； 采用大功率； 焊前预热。,HAZ强度下降 例如：材料SF-CuF36的6mm