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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的应用。如导
2、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；（4）导热性好，是钢的8倍，为
3、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 EN1173有主要符号和/或一个附加标记数
4、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 CW508Z材料数字号的组成：标记为：C=铜材材料种类为：W=塑性材
5、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：B10、B30青铜：Cu-M(除Zn、Ni以外者)例如：QAl 9-2、QBe2.5、QSnP10-1,铜材
6、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
7、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
8、。,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。裂纹：凡是能增大其凝固温度区间的元素如Pb（0.03%）、Bi（0.005%)、O(0.02%),P、As等，都增加其热裂敏感性。Cu+Bi 共晶熔点：270oC;Cu+Pb共晶熔点:326oC;Cu+CuO 共晶熔
9、点：1064oC;Cu+CuS共晶熔点:1067oC;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，H2O在铜中的扩散能力只有H2的0.5%，因气体压力增加而致晶间裂纹。Cu没有固相相变，焊接时生成晶粒粗大的柱状晶，铜的热膨胀系数大，焊接接头应力大，使热烈倾向增加。气孔：氢在纯铜的溶解度与在岗中相同，但凝固时是突变，氢的过饱和程度大，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,Cu+CuO形成熔点为1064C的低熔点共晶,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
10、）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的板材，抗拉强度：290-3
11、60N/mm2，布氏硬度：85-105（晶粒长大）,不同焊接方法时HAZ的强度、硬度的下降,金属蒸发 焊Cu-Zn合金时，金属锌的沸点为904oC,焊接时锌蒸法和烧损。焊接时可加入硅防止锌的蒸发、氧化，降低烟雾，提高熔池金属流动性。性能损失 合金元素的蒸发和烧损，晶粒的长大导致力学性能和耐腐蚀性能下降。高锌黄铜、铝青铜、锰青铜对应力腐蚀敏感，焊接接头在腐蚀环境中会过早破坏。焊接过程中，杂质和合金元素的溶入，是导电性能破坏。,小 结,1、了解铜及铜合金的应用及铜的生产2、掌握铜的性质、常用铜及铜合金以及合金元素的影响 3、了解铜材的种类及符号表示 4、掌握铜材的焊接性、焊接工艺要点及焊接质量的相关问题及预防措施,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
