10铜及铜合金的钎焊分析
铜及铜合金的焊接
铜及铜合金的焊接铜合金的制造铜合金材料在运用于连接器的加工过程中，先是被加工成为薄片状的板材，然后切成条带形状以适应后面的冲压过程的需要。
线材同样应用于连接器中，但是在端子组件和其他类型的连接器中这样的材料应用得很少。
图4.1描述了一个典型的薄板和条带铜合金的制造流程。
此外在参考书目3中可以得到更详细的描述。
合金线材以同样的方式制造但具有几个显著的特点：热挤压，轧制，和通过冲模的拉拔以改变热轧制和冷轧制在板材中的应用，以及退火处理过程经常用于这种产品。
连接器技术之4.1.1 铜合金的制造溶炼和铸造铜合金是最先用于可回收的商业应用的金属之一，这是因为工业上能用经济的办法将铜合金中的杂质维持在一个较低的水平。
溶炼常用于电溶炉之中而少见于铜合金在真空和惰性气体下的溶炼和铸造过程中。
碳层能提供一足够的保护。
此外，利用真空或特殊的空气环境将会很大的增加合金制造的成本。
氢、氧和碳的污染影响由溶炼过程和热力学方法来平衡其溶炼层进行控制，其中氢能溶解于铜，氧能与铜和一些合金元素形成氧化物，而碳能与有碳化物组分的合金起反应。
溶炼控制包括纯电解阴极铜和有选择的兼容合金碎屑。
当一些纯组分如镍、锡、硅或起支配作用的合金如磷、铍、和铬合金组分增加时，都会引起合金成份改变。
板材锻造的制造过程是从不连续的铸造成大矩形横截面金属锭或薄铸片开始的。
前述大金属锭的典型尺寸为约150 毫米厚，300 到900 毫米宽，并且经过热轧制处理以有效的减少其厚度并消除在铸造过程中残余的铸造微片。
另一种铸造方法是薄铸片(常用于窄条状铸造材料)，其典型的尺寸是约15 毫米厚，150 到450 毫米宽，这些薄铸片将直接转到冷轧过程之中。
选择条形铸造是基于经济上的考虑因素(热研磨需要较高的资金成本)以及合金的特性(一些铜合金不容易在热条件下工作)。
前述半连续且大的金属锭在铸造过程中垂直利用一个中空水冷的铜模，在开始时此铜模的下底部被封住。
溶化的金属实际上并未象图4.1中所示的直接进入溶模。
铜与铜合金的钎焊工艺要点
铜与铜合金的钎焊工艺要点
1. 准备工作：清洁表面，去除油污、氧化物和其他杂质，确保焊接表面干净。
2. 选择合适的钎焊材料：钎料应与铜或铜合金相容，并具有良好的润湿性和流动性。
3. 确定适当的焊接温度：根据钎料的要求和工件的材料特性，确定合适的钎焊温度，一般在铜合金的熔点以下进行钎焊。
4. 使用适当的焊接设备：选择合适的焊接设备，例如氧乙炔焊、电弧焊或激光焊等工艺进行钎焊。
5. 控制焊接速度和压力：在钎焊过程中，要控制焊接速度和压力，确保钎料能够充分润湿并均匀地流动。
6. 注意保护气氛：在钎焊过程中，要确保焊接区域处于惰性气氛或者良好的气氛保护下，以防止氧化和腐蚀。
7. 检查焊接质量：完成钎焊后，要进行质量检查，确保焊接接头无裂纹、气孔等缺陷，并进行必要的后处理工艺，如清洗、抛光等处理。
铜和铜合金的钎焊
铜和铜合金的钎焊铜具有优良的导电性、导热性、耐蚀性、延展性和一定的强度。
在铜中添加各种合金元素可提高其耐蚀性、强度和改善机加工性能。
因此，铜和铜合金在电气、电工、化工、食品、动力、交通、航空、航天、兵器等工业部门获得广泛的应用。
铜及其合金可分为：纯铜、黄铜、青铜和白铜。
纯铜的质量分数不低于99.5%。
纯铜根据其含氧量的不同可分为有氧铜和无氧铜（脱氧铜）。
脱氧铜是在冶炼过程中加入脱氧剂（如磷）或用其他方法使氧的质量分数达到很低的水平（0.003%）。
黄铜是指铜锌合金，它比纯铜具有高得多的强度、硬度和耐腐蚀能力，并保持一定的韧性。
为了进一步提高黄铜的力学性能、耐腐蚀性和工艺性能，在普通黄铜中再加入少量的锡、铅、锰、铝、铁或硅等元素而获得一系列的多元铜合金——特殊黄铜。
特殊黄铜的合金元素的总质量分数一般不超过4%。
青铜实际上是除铜-锌、铜-镍合金以外所有铜合金的统称，如锡青铜、铝青铜、硅青铜和铍青铜等。
为了获得某些特殊性能，青铜中还加入多种其他元素。
白铜是铜和镍的合金，它具有较好的综合力学性能和高耐蚀性能。
常用铜和铜合金的化学成分和热处理制度名称代号主要化学成分（质量分数，%）熔化温度/℃热处理制度ω（Cu）ω（Zn）ω（Sn）ω（Pb）ω（Mn）ω（Al）ω（Ni）其他纯铜T1T2 ≤99.95≤99.90————————————020.02020.0610831083退火：450~520℃退火：500~630℃无氧铜TU1TU2TUMn≤99.97≤99.95≤99.60———————————0.1~0.3——————020.003020.003020.003108310831083真空退火：500℃黄铜H96H68H6295~9767~7060.5~63.5余量余量余量——————————————————1056~1071910~939899~906退火：600℃退火：600℃退火：600℃锡黄铜铅黄铜锰黄铜HSn62-1HPb59-1HMn58-261~6357~6057~60余量余量余量0.7~1.1———0.8~1.9———1~2—————————886~907886~901866~881退火：600℃退火：600℃退火：600℃锡青铜QSn6.5-0.1QSn4-3 余量余量—2.7~3.36~73.5~4.5————————P:0.1~0.25—~996~1046退火：500~620℃铝青铜QAl9-2QAl10-4-4 余量余量——————1.5~2.5—8~109.5~11———Fe:3.5~4.5~1061—退火：700~750℃；淬火880℃，回火400℃退火：700~750℃；淬火920℃，回火650℃铍青铜QBe2QBe1.7 余量余量——————————0.2~0.50.2~0.4Be:1.9~2.2Be:1.6~1.8865~956—淬火：800℃，时效300℃淬火：800℃，时效300℃硅青铜QSi3-1 余量———1~1.5 ——Si:2.75~3.5 971~1026 退火：600~680℃铜和铜合金的钎焊性主要取决于以下因素： 1.表面形成的氧化物的稳定性。
铜及铜合金的焊接介绍
铜及铜合金的焊接介绍1铜及铜合金的分类纯铜是紫红色，俗称紫铜。
在纯铜的基础上加入不同的合金元素，可以成为不同性能的铜合金，常用的铜合金有黄铜、青铜及白铜等。
2铜及铜合金的焊接性铜及铜合金经辗压或拉伸成不同厚度的铜板及铜合金板，不同规格的管子或各种不同形状的材料，都可以用焊接的方法制成各种不同的产品。
铸造的铜及铜合金是通过模型直接浇铸成需要形状的部件或产品，焊接只用于修复或补焊。
在焊接与补焊中易产生下列不良影响：2.1难熔合：铜及铜合金的导热性比钢好的多，铜的导热系数是钢的7倍，大量的热被传导出去，母材难以象钢那样局部熔化，对厚大铜及铜合金材料的焊接应焊前预热，采用功率大，热量集中的焊接方法进行焊接或补焊为宜。
2.2易氧化：铜在常温时不易被氧化。
但随着温度的升高，当超过300℃时，其氧化能力很快增大，当温度接近熔点时，其氧化能力最强，氧化的结果生成氧化亚铜（Cu2O）。
焊缝金属结晶时，氧化亚铜和铜形成低熔点（1064℃）结晶。
分布在铜的晶界上，加上通过焊前预热，并采用功率大，热量集中的焊接方法使被焊工件热影响区很宽，焊缝区域晶粒较粗大，从而大大降低了焊接接头的机械性能，所以铜的焊接接头的性能一般低母材。
2.3易产生气孔：铜导热性好，焊接熔池，比钢凝固速度快，液态熔池中气体上浮的时间短来不及逸出也会形成气孔。
2.4易产生热裂纹：铜及铜合金焊接时在焊缝及熔合区易产生热裂纹。
形成裂纹的主要原因：2.4.1铜及铜合金的线膨胀系数几乎比低碳钢大50％以上，由液态转变到固态时的收缩率也较大，对于刚性大的工件，焊接时会产生较大的内应力。
2.4.2熔池结晶过程中，在晶界易形成低熔点的氧化亚铜—铜的共晶物（Cu＋Cu2O）。
2.4.3凝固金属中的过饱和氢向金属的显微缺陷中扩散，或者它们与偏析物（如Cu2O）及应生成的H2O在金属中造成很大的压力。
2.4.4母材中的铋、铝等低熔点杂质在晶界上形成偏析。
2.4.5施焊时，由于合金元素的氧化及蒸发、有害杂质的侵入，焊缝金属及热影响区组织的粗大、加上一些焊接缺陷等问题，使焊接接头的强度、塑性、导电性、耐腐蚀性等往往低于母材所致。
铜及铜合金的焊接
铜及铜合金的焊接
• 铜及铜合金的焊接性： • 铜及铜合金的焊接性不良，焊接时会出现 很多问题： • 铜的氧化：铜在常温时不易氧化，但随着 温度的升高，铜的氧化能力很快增大，所 以铜的焊接接头性能一般低于焊件； • 气孔：铜及铜合金焊接时很容易产生气孔， 它产生气孔的倾向远比钢严重。根本原因 是气体溶解度随温度下降而急剧下降及化 学反应产生气体。 • 热裂纹：铜及铜合金焊接时在焊缝及熔合 区容易产生热裂纹。
• 熔化极氩弧焊焊接紫铜可以得到高质量的 焊接接头，焊接时采用直流正接，这样热 量集中，焊缝的热影响区小，焊缝强度高 焊件变形小。 • 为了消除气孔，保证焊透，提高焊接速度 和减少氩气消耗量，焊件必须预热，但预 热温度不宜过高，否则不仅使劳动条件恶 化，并且使焊接热影响区扩时，除了考虑焊接材料的焊 接性能外，还应根据焊件厚度，生产条件， 对焊接质量的要求 等具体情况进行具体分 析。 • 以紫铜为例，一般来说，紫铜的焊接可以 使用手工电弧焊和熔化极氩弧焊。 • 手工电弧焊焊接紫铜时应直流反接，采用 短弧，焊条不宜横向摆动，焊后用平头锤 敲击焊缝，可以消除应力，改善焊缝质量。
铜和铜合金的焊接工艺
铜和铜合金的焊接工艺1铜和铜合金的焊接操作纯铜又称紫铜,铜与锌的合金称为黄铜，铜与锡的合金称为青铜，含镍量低于50%的铜镍合金称为白铜,铜内有害杂质的含量对铜的性能影响很大，最危险的物质是铋和铅，铋和铅不熔于铜中而在晶粒周围形成了易熔薄层，此外，硫和氧在铜中形成脆化合物，给热加工和焊接带来困难。
铜及铜合金的焊接工艺差，在焊接时易出现以下问题:难熔合、流动性大、易变形、易氧化、易开裂、易产生气孔等缺陷。
铜及铜合金的焊接方法很多，如气焊、碳弧焊、焊条电弧焊和手工钨极氩弧焊等几种，其中紫铜和黄铜是比较难焊的材料，一般是不采用焊条电弧焊的焊接方法,锡青铜、铝青铜可采用焊条电弧焊,若采用手工钨极氩弧焊,不仅能保证焊缝的质量还能提生产效率。
2.焊条的选择焊条电弧焊焊接铜和铜合金的焊条有紫铜焊条(ECu)锡青铜焊条(EcuSn-B)和铝青铜焊条(EcuA1-C)等，焊条均为碱性低氢性，使用直流电源并反接。
铜及铜合金焊条在焊接时应预热，焊后应进行热处理。
3.焊接措施焊条电弧焊焊接铜和铜合金时，应严格控制氧氢的来源，焊接应仔细清除待焊处的油污，锈垢,采取焊前预热措施得当。
焊件厚不超过4mm 时，可以不开坡口，当焊件厚度为5mm~10mm时,可开单面V形和U形坡口，若采用垫板可获得单面焊双面成形的焊缝，若焊件厚度大于10mm,应双面开坡口，并提高预热温度，焊接时应采用直流反接短弧焊，焊条一般不做横向摆动,在焊接中断或要换焊条,动作要快，焊条的操作角度基本与焊接碳钢相同，较长的焊缝应尽量有较多的定位焊，并且应用分段焊法焊接，以减小焊接应力和变形，多层焊时应彻底消除层间熔渣，避免夹渣的产生，焊接结束后，应采取锤击式热处理的方法，消除焊接应力，由于铜的流动性好，所以应尽量采用平焊的位置进行焊接。
铜及铜合金的焊接特点
铜及铜合金的焊接性分析1.难熔合及易变形焊接纯铜及铜合金时，如果采用的焊接参数与焊接低碳钢差不多，母材散热太快，填充金属与母材不能很好地熔合，焊后变形也较严重，这与铜的热导率、线胀系数和收缩率有关。
铜的热导率大，20摄氏度时铜的热导率比铁大7倍多，1000摄氏度时大11倍多，焊接时热量迅速从加热区传导出去，焊接区难以达到熔化温度，使母材与填充金属很难熔合。
铜在熔化温度时的表面张力比铁小1/3，而流动性比铁大1~倍，表面成形能力差。
铜的线胀系数大15%，凝固时的收缩率比铁大1倍以上，再加上铜的导热能力强，使焊接热影响区加宽，焊接时如被焊工件刚度低，又无防止变形的措施，很容易产生较大变形。
因此，焊接时必须采用功率大、热量集中的热源，并采取预热措施，不允许采用悬空单面焊接，单面焊时，反面必须加垫板或成形装置。
2.易产生热裂纹为了防止热裂纹的产生，焊接铜及铜合金时可采取以下一些治金措施。
（1）必须严格限制焊件和焊接材料的氧、铅、铋、硫等有害元素的含量。
（2）通过焊丝加入硅、锰、碳、磷等合金元素增强对焊缝的脱氧能力。
（3）选用能获得双相组织的焊丝，使焊缝晶粒细化、晶界增长，使易熔共晶分散，不连续。
（4）焊接时加强对熔池的保护，采用减小焊接应力的工艺措施，如选用热量集中的热源、焊前预热、选择合理的焊接顺序、焊后缓冷等。
3.易产生气孔气孔是铜及铜合金焊接时一个主要问题，只要在氩气中加入筒量的氢和水蒸气，焊缝即出现气孔，产生气孔的倾向比碳钢严重得多，原因如下：（1）铜的热导率比低碳钢高7倍以上，所以铜焊缝结晶很快，熔池易为氢所饱和而形成气泡，在凝固结晶很快的情况下，气泡不易析出，促使焊缝中形成气孔。
（2）氢在铜中的溶解度随温度升高而增大，直到熔点时氢在铜中的溶解度达最高值，温度再提高，液态铜开始蒸发，氢的溶解度下降。
（3）氩弧焊时氮也是形成气孔的原因，随着氩气中氮含量的增加，气孔数量随之上升。
铜及铜合金焊接时防止产生气孔的主要措施有：（1）防止焊缝金属吸收氢气及氧化，焊件表面在焊前应去油污、水分等，焊条、焊剂要烘干使用，焊丝表面不得有水分。
铜及铜合金的焊接性分析
铜及铜合金的焊接一、铜及铜合金种类工业纯铜称为紫铜。
常用铜合金有黄铜（铜锌合金）、青铜两类。
在同和铜合金中焊接量最大的是纯铜和黄铜。
青铜焊接多为铸件缺陷的焊补，在机械制造工业中白铜（铜镍合金）焊接应用较少。
1.紫铜的牌号和性能根据含氧量的不同，紫铜可分为工业紫铜（牌号有T1、T2、T3、T4）、脱氧紫铜（TUP）和无氧紫铜（TU1、TU2）。
紫铜熔点1083℃。
紫铜具有极高的导电性、导热性、优良的可塑性，在低温下紫铜仍能保持较高的塑性，因此在制冷设备中用得较多。
但是，在400～700℃的高温下，紫铜的强度及塑性明显降低，这是它的缺点。
在退火状态（软状态）下的紫铜强度低、塑性高。
经冷加工变形后（硬状态），强度提高，但塑性显著降低。
紫铜的冷作硬化效应可由550～600℃的退火工序消除掉，使塑性得以完全恢复。
2.黄铜的牌号和性能铜和锌的合金成为普通黄铜，其颜色随含锌量的增加由黄红色变成淡黄色。
根据工艺性能、机械性能和用途的不同，黄铜可分为压力加工用黄铜和铸造黄铜。
黄铜以字母H编号，普通黄铜H后的数字表示铜的平均含量，特殊黄铜在H后还要注明所加入主要元素的化学符号，然后在铜的平均含量后，列出所加入主要元素的平均含量，例如HMn58-2表示含铜量58%，含锰量2%的锰黄铜。
经冷加工（冲压、弯曲等）或焊接后的黄铜，由于存在内应力，在湿气、氨、海水等腐蚀介质的作用下容易发生腐蚀裂缝。
为防止上述现象，冷加工或焊接后的黄铜必须进行退火，以消除内应力，退火温度为300～400℃。
3.青铜的牌号和性能凡不以锌为主要组成而以锡、铝、硅、铅或铍等元素组成的铜合金称为青铜。
常用的青铜有锡青铜、铝青铜、硅青铜、铍青铜等。
青铜具有较高的机械性能、耐磨性、铸造性能和耐腐蚀性能。
常用来制造各种耐磨、耐蚀的零件，如轴套、轴瓦、阀体、泵壳、涡轮等。
青铜可分为压力加工用的青铜和铸造用的青铜，在工业上应用较多的是铸造青铜。
青铜常以字母Q编号，字母后标以主要合金元素的化学符号及平均含量，并在最后还标出其他合金元素的平均含量，余量为铜。
铜及铜合金的焊接
铜及铜合金的焊接，从焊接详解，焊接工艺以及钢和铜、铜合金的焊接等讲述摘要:目前对铜及铜合金焊接性的系统研究很少,经过长期对铜及铜合金的焊接性研究以及查阅有关资料,简要介绍了铜及铜合金的分类、性质;分析了铜及铜合金的焊接性、钢与铜及铜合金的焊接性以及在焊接过程中易出缺陷(气孔、裂纹)的原因和解决措施;探讨了铜及铜合金、钢与铜及铜合金的焊接工艺。
实践证明:焊接方法和工艺选择得当,焊接材料选择合理,在焊接过程中易出现的缺陷是完全可以避免的。
关键词:铜;铜合金;焊接性;工艺文献标识码: B长期以来,铜及铜合金的焊接主要是应用钎焊、气焊、电弧焊、惰性气体保护焊、埋弧焊、扩散焊等方法。
近年来,随着焊接技术的发展,又采用了电子束、激光、等离子弧等高能量热源进行焊接,取得了很好的效果。
本文就铜及铜合金的焊接性、焊接过程中易出现的问题及解决措施进行了叙述。
1.铜及铜合金的种类及性质1.1铜为面心立方晶格,具有较多的形变滑移系,室温、高温变形能力很好,退火状态的铜,不经中间退火可压缩85%～ 95%而不产生裂纹。
但纯铜在500～600℃呈现“中温脆性”。
在焊接过程中,易在此温度区间发生裂纹。
据研究,“中温脆性”和杂质的性质、含量、分布、固溶度等有关。
铜可分为无氧铜和含有少量氧的纯铜。
纯铜的导电性能好,常用于导电材料,但是存在Cu2O-Cu的低熔点共晶物,焊接时易出现裂纹。
无氧铜又可分为用P、Mn脱氧的脱氧铜和无氧铜,由于其焊接性好,常用于焊接结构。
1.2铜合金铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。
1.2.1黄铜黄铜是Cu-Zn合金,根据Zn的含量不同又可分为很多种,为了改变黄铜的性能,也可以加入其它元素,如Al、Ni、Mn等。
从而形成了铝黄铜、镍黄铜、锰黄铜等。
由Cu-Zn二元系相图可知,黄铜固态下有T、U、V、W、X、Z六个相,其中T相是以铜为基的固溶体,其晶格常数随Zn含量的增加而增大。
Zn在铜中的溶解度与一般合金相反,随温度降低而增加,在456℃时固溶度达最大值后, Zn在铜中溶解度随温度的降低而减少。
铜及铜合金的焊接工艺方法
铜及铜合金的焊接工艺方法
引言
铜及铜合金是常见的金属材料，在工业生产中有广泛的应用。
为了满足不同的需求，需要采用适当的焊接工艺方法来连接铜及铜合金材料。
本文将介绍几种常见的焊接工艺方法和其特点。
1. 电弧焊
电弧焊是一种常用的焊接方法，适用于连接较厚的铜及铜合金材料。
其特点如下：
- 可以使用直流电或交流电进行焊接；
- 需要使用焊条和电弧来产生熔化的金属，形成焊缝；
- 焊接过程需要较高的电流和热量，因此需要注意对工件的热影响。
2. 惰性气体保护焊（TIG焊）
TIG焊是一种高质量的焊接方法，适用于连接较薄的铜及铜合金材料。
其特点如下：
- 使用惰性气体（如氩气）保护焊缝，避免氧化和污染；
- 可以实现较高的焊接质量和焊缝外观；
- 需要较高的焊接技术要求，操作相对复杂。
3. 焊接钎焊
焊接钎焊是一种常用的焊接方法，适用于连接不同类型的金属材料，包括铜及铜合金。
其特点如下：
- 使用钎料来填充和连接金属材料，形成焊缝；
- 钎焊过程中不熔化基材，避免对工件的热影响；
- 可以实现高强度的连接。
4. 焊接热压焊
热压焊是一种适用于连接铜及铜合金的方法，其特点如下：
- 使用热力和压力将材料连接在一起，形成焊缝；
- 焊接过程中不需要添加额外的填充材料；
- 可以实现相对较高的连接强度。
结论
根据需求和材料特性，我们可以选择适当的焊接工艺方法来连接铜及铜合金材料。
电弧焊、TIG焊、焊接钎焊和焊接热压焊是常用的方法，每种方法都有其特点和适用范围。
在实际应用中，应根据具体情况选择最合适的焊接工艺方法。
铜及铜合金的焊接讲解
制 H2SO4 废渣
空气
转炉吹炼
转炉渣
粗 铜 (98～99%Cu)
SO2烟气
火法精炼
精 铜 (99.3～99.6%Cu)
阳极泥 （提炼金、银、硒、碲）
电解精铜 电 铜 （99.99%Cu)
火法炼铜（反射炉 熔炼）的一般流程
3 铜的性质与用途
3.1 铜的性质 （1）熔点：1083℃，沸点：2310 ℃； （2）比重：8.89g/cm3； （3）导电性好，为钢的6倍，仅次于银； （4）导热性好，为钢的8倍，为银的
HSCuNi HSCuSi HSCuSn HSCuAI HSCuAINi
② 焊条 T237：Cu及Cu合金、 Cu与钢、铸铁
补焊等。 （6）防止变形的措施
① 采用合理的焊接顺序； ② 焊前预热； ③ 焊后锤击，消除应力。 （7）防止未熔合/未焊透的措施 ① 采用能量集中的热源； ② 采用大功率； ③ 焊前预热。
73%； （5）热膨胀系数大，为钢的1.4倍；
3.2 铜 的 用 途
铜的用途广泛： 导线、器皿、光学仪器、换热器、粉末 冶金、防腐油漆、杀虫剂、除草剂、化 工、染料、玻璃工业、机电工业、家用 电器等。
制造一部3千瓦的发电机约需580公 斤铜，100公里的150mm2输电线约需400 吨铜！
4 铜合金的主要合金元素及其影响
8
铜及铜合金的钎焊
（1）火焰钎焊 气体：氧—丙烷，钎剂：液体钎剂 设备：多工位自动钎焊机。
（2）感应钎焊 采用钎料环配合人工涂钎剂，宜自动焊。
（3）炉中钎焊 可用真空炉或气体保护炉（如氨分解炉）
（4）电弧钎焊 焊丝：铜合金，焊机：专用者，小电流稳定，飞溅
小；母材熔化极少。
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。
铜钎焊
1．钎焊性铜及铜合金通常分为紫铜(纯铜)、黄铜、青铜和白铜4大类，它们的钎焊性主要取决于表面氧化膜的稳定性及钎焊加热过程对材料性能的影响。
纯铜表面可形成氧化铜和氧化亚铜，这两种氧化物容易被还原性气体还原，也容易被钎剂去除，所以纯铜的钎焊性是很好的。
为防止发生氢脆现象，不能在含氢的还原气氛中进行钎焊。
只含有锌元素的黄铜，表面可生成氧化亚铜或氧化锌两种氧化物，氧化锌虽然比较稳定，但也不难去除。
锰黄铜表面的氧化锰比较稳定，很难去除，应采用活性强的钎剂以保证钎料的润湿性。
锡青铜、镉青铜表面的氧化膜均容易去除，硅青铜、铍青铜表面氧化膜虽然较稳定，但也不难去除。
而w(A1)超过10％的铝青铜，表面主要是铝的氧化物，很难去除，必须采用专门的钎剂。
白铜表面上镍的氧化物和铜的氧化物容易去除，但应选用不含磷的钎料进行钎焊，以免发生接头的自裂。
２．钎焊技术铜及其合金在钎焊前要采用机械清理或砂纸打磨的办法清除工件表面的氧化物，用化学清理的办法去除油脂及其他污物。
铜及其合金可以采用烙铁、波峰、火焰、感应、电阻及炉中加热等方法进行钎焊。
在含氧铜炉中钎焊时不能使用含氢气氛，也应避免使用火焰钎焊大型组件，以免发生氢脆现象。
黄铜在炉中钎焊时，为避免锌的蒸发，最好在黄铜表面先镀铜，然后进行钎焊。
含铅的铜合金长时间加热容易析出铅，有可能在接头中产生缺陷。
铝青铜钎焊时，为了防上铝向银钎料的扩散，钎焊加热时间尽可能短，或在铝青铜表面镀铜、镍等余属。
铍青铜软钎焊时，最好选择钎焊温度低于300℃的钎料，以免发生时效软化。
铍青铜的硬钎焊，应选择固相线温度高于淬火温度(780~C)的钎料，钎焊后再进行淬火时效处理。
对于容易产生自裂的硅青铜、磷青铜及铜镍合金，一定要避免产牛热应力，不宜采用快速加热的办法。
钎焊材料(1)软钎焊用钎料及钎剂软钎料中应用最广的是锡铅钎料，其润湿性和铺展性随钎料中含锡量的增加而提高。
这种钎料的工艺性和经济性均好，接头强度也能很好地满足使用要求。
铜及铜合金的焊接性分析
铜及铜合金的焊接性分析高导电用普通纯铜是铜的质量分数不低于99.7%，杂质含量极少。
工业最常用的牌号是T1、T2和T3，外观呈紫红色，故又称为紫铜。
其再结晶温度为200～280℃。
T1和T2是阴极重熔铜，含微量氧和杂质，具有高的导电、导热性，良好的耐腐蚀性和加工性能，可以熔焊和钎焊。
主要用作导电、导热和耐腐蚀元器件，如电线、电缆、导电螺钉、壳体和各种导管等，航空工业多使用T2。
T3是火法精炼铜，含氧和杂质较多，具有较好的导电、导热、耐腐蚀性和加工性能，可以熔焊和钎焊。
主要作为结构材料使用，如制作电器开关、垫圈、铆钉、管嘴和各种导管等；也用于不太重要的导电元件。
（1）焊接缺陷1）未熔合与未焊透铜导热性良好，焊接时易产生未熔合和未焊透。
因此，焊接铜时应采用能量集中，相对功率较大的热源。
2）焊接变形铜及铜合金的线膨胀系数(确定铜的线膨胀系数)大，液态凝固时的收缩率比铁大一倍以上，再加上铜的导热性能良好，使得焊接热影响区加宽，在工件厚度较薄或结构刚度较小，又无防止变形的措施时，工件焊后很容易产生较大的变形。
（激光焊接时变形量的测量）当焊接接头受到较大的刚性约束时易产生焊接应力。
3）热裂纹铜在液态时很容易被氧化生成氧化亚铜Cu2O。
Cu2O与Cu可生成熔点为1060℃的共晶，与Pb生成熔点为326℃的Cu＋Pb共晶，与Bi生成熔点为270℃的共晶，与CuS生成熔点为1067℃共晶，这些共晶的熔点均低于紫铜1083℃的熔点。
在结晶过程中，由于低熔点共晶体分布在枝晶间或晶界处，使铜和铜合金具有明显的热脆性，加上焊接应力的作用，极易产生热裂纹。
工业纯铜中常见的杂质元素有氧、硫、铅、铋、砷、磷等，其中氧的危害性最大。
他们主要来自原材料及轧制和焊接的加工过程。
其中铅和铋基本上不溶于铜，其含量应分别控制在0.03％和0.005％以内，Cu2O可溶于液态铜，但不溶于固态铜，故重要的结构含氧量应小于0.01％，焊接结构用紫铜含氧量应小于0.03％，S小于0.0015％。
铜及铜合金的焊接
的倾 向比低碳钢严重 的多。铜 中气孑 主要 是溶解性气体氢直接 引起 的 Ｌ 扩散性气孔和氧化还原 反应引起 的反应 气孑 ，由于铜 自身 的性 质使其 Ｌ 产生气孑 的倾 向大为加 剧 ，成为铜及其 焊接的主要 困难 。在平衡状 态 Ｌ 下 ，其氢 的过饱和 比钢 焊缝大好几倍 ，在 凝固结晶时形成氢气孔倾 向 大； 熔池 中的 Ｃ ｕＯ与氢或 Ｃ Ｏ反应生成 的水蒸气或 Ｃ Ｏ 不溶于铜而促 使反应性气孑 的出现 。 Ｌ ３铜 及 铜 合 金 焊 接 的 常 用 焊 接 方 法 ．
３１ 弧 焊 ．埋
埋弧焊 的特点是 电弧热 效率高 ， 对熔池 的保护效果好 ， 焊丝 的熔化 系数大 ， 又能采用大 电流 。因此它具 有熔 深大 ， 生产率高 ， 变形小 等明显 优点日 焊接铜及铜合金时 ，０ ｍ厚 度下 工件在 不预热不开坡 口的工艺 。 ２ｒ ａ 下就可获得优质接头 ， 使焊接工艺 大为简化。 弧焊由于焊接 热输入较 埋 大 ， 化金属多 ， 熔 焊接热场 较大 ， 防止液体铜 的流失和 获得 理想 的反 为 面成形 ， 无论单面焊还是双 面焊 ， 反面均采用各 种形式的垫板 。垫板 与 铜板的接触面要吻合很好 ， 需要专 门机械 加工。为了保持 焊剂垫层有一 定透气性 ， 以利于焊缝 中气体 的析出 ， 又不对反 面成形造成很大 的压力 使焊缝底部 向下 凹， 还要选择 颗粒度稍大 的焊 剂作 为垫剂层 ， 而且焊剂 层 应 有 一 定 的 厚 度 ， 般 不 小 于 ３ ｍｍ。 一 ０
４ —５
科技信息
高校 理科 研 究
铜及铜合金硇 焊接
邢 台职 业技 术 学 院机 电 系 吕会敏 马 雪芳 胡 芸
［ 摘 要］ 本文 简要介绍 了常用铜及铜合金 的分类 、 焊接性 ， 总结 了焊接铜及铜 合金 常用的焊接方法 。 ［ 关键词 ］ 铜合金 焊接性 焊接方法
铜及铜合金的钎焊
铜及铜合金的钎焊1 铜及其合金的钎焊性1.1 铜及其合金的钎焊性见表1。
表1 常用的铜及其合金的钎焊性1.2 纯铜的钎焊性在纯铜表面可能形成两种氧化物：Cu2O和CuO。
这两种铜的氧化物容易被还原性气体还原，也容易被钎剂去除。
因此，纯铜的钎焊性是很好的。
1.3 黄铜的钎焊性1.3.1 黄铜中锌的W Zn小于15％时，表面氧化物基本由Cu2O组成，仅有微量的ZnO；当W Zn大于20％时，其氧化膜主要由ZnO组成。
ZnO虽然比较稳定，但也不难除去。
1.3.2 锰黄铜表面形成一层氧化锰，比较难以去除；铝黄铜表面的氧化膜更难去除，必须采用特殊的钎剂。
铅黄铜中当铅的W Pb高达3％后，在钎焊温度下铅会渗出表面而恶化钎料的润湿和铺展，同时，铅黄铜还有自裂倾向。
1.4 青铜的钎焊性锡青铜表面生成两种氧化物：内层氧化物中有SnO2；而外层主要是铜的氧化构。
镉青铜表面往往有CdO存在。
SnO2和CdO均易清除。
硅青铜表面有SnO2产生。
铍青铜表面生成稳定的BeO氧化物。
在铬青铜、铝青铜表面上可能形成Cr2O3、A12O3。
氧化硅、氧化铬和氧化铍虽然较稳定，但不难去除，只有氧化铝比较难去除。
另外，硅青铜具有热脆性及在熔化钎料下的自裂倾向。
1.5 白铜的钎焊性铜镍合金的内层有氧化物 NiO，外层为铜的氧化物，这些氧化物都易于去除。
应注意的是，如不采取正确的工艺措施，这种合金在熔化钎料下有产生自裂的可能。
1.6 总之，铜和绝大部分铜合金都是比较容易钎焊的。
只有含铝的铜合金，由于形成氧化铝的缘故，比较难钎焊。
2 钎料2.1软钎料2.1.1在软钎料中应用最广的是锡铅钎料。
用锡铅钎料钎焊钢时，在钎料和母村界面上易形成脆性的金属间化合物Cu6Sn5，所以必须注意钎焊温度和保温时间。
一般烙铁钎焊时，由于化合物层很薄，对接头性能没有大的影响。
用锡铅钎科钎焊的铜和黄铜接头的强度列于表2。
用锡铅钎料钎焊的黄铜接头比用同样钎料钎焊的铜接头强度要高些，这是由于黄铜在液态钎料中的溶解比铜要慢，所以生成的脆性金属间化合物也较少所致。
铜及铜合金钎焊
硬钎剂
硼砂Na2B4O7在741℃熔化： Na2B4O7→B2O3+2NaBO2
硼酐与金属氧化物形成易溶的硼酸盐，而偏 硼酸钠又与硼酸盐形成熔化温度更低的复合 化合物容易浮到钎缝表面。 MeO+2 NaBO2+ B2O3→(NaBO2)2∙Me(BO2)2
为了进一步降低铜磷钎料的熔化温度， 可在铜磷合金中同时加入锡和镍。
硬钎料
——铜磷钎料
磷和铜磷银钎料只能用来钎焊铜和 铜合金，不能用来钎焊钢、镍合金 和含镍量大于10%的铜镍合金。
这种钎料在加热慢时大都有偏析作 用，应尽量采用快速加热的钎焊的 方法。
铜磷钎料的化学成分和性能
软钎料
——锡基钎料
硬钎剂
硼砂和硼酸的混合物是应用很广的 钎剂，加入硼酸能减小硼砂钎剂的 表面张力，促进钎剂的铺展。硼酸 还能改善钎剂残渣的脱渣性。
但硼砂-硼酸钎剂配合银钎料使用时， 熔化温度仍嫌太高，粘度太大。
硬钎剂
为进一步降低其熔化温度，可加入 氟化钾。KF更重要的功能是降低钎 剂的粘度和提高去氧化物的能力。
铜及铜合金的材料特性
——青铜
铜及铜合金的材料特性
——青铜
如加入的是硅元素形成硅青铜时，硅青 铜对热脆和熔融钎料作用下的应力开裂 相当敏感。
如加入的合金元素是铍元素，虽然形成 较稳定的BeO氧化物，但用常规钎剂还能 满足去除氧化膜的要求。
铜及铜合金的材料特性
——青铜
铜及铜合金的材料特性
——白铜
软钎料
——镉基钎料
铜及铜合金钎焊
一般烙铁钎焊时，由于化合物层很 薄，对接头性能没有大的影响。
软钎料
——锡基钎料
用锡铅钎料钎焊时黄铜接头比用同 样钎料钎焊的铜接头强度要高些， 这是因为黄铜在液态钎料中的溶解 比铜要慢，所以生成的脆性金属间 化合物也较少所至。
为了进一步降低铜磷钎料的熔化温度， 可在铜磷合金中同时加入锡和镍。
ห้องสมุดไป่ตู้
硬钎料
——铜磷钎料
磷和铜磷银钎料只能用来钎焊铜和 铜合金，不能用来钎焊钢、镍合金 和含镍量大于10%的铜镍合金。
这种钎料在加热慢时大都有偏析作 用，应尽量采用快速加热的钎焊的 方法。
铜磷钎料的化学成分和性能
软钎料
——锡基钎料
软钎料
——镉基钎料
镉基钎料化学成分及性能
软钎料
——无铅钎料
钎焊铜管用无铅钎料
部分软钎料钎焊铜及黄铜接头的强度
硬钎剂
现有硬钎剂主要以硼砂、硼酸以及它们 的混合物为基体，在添加某些碱金属或 碱土金属的氟化物、氟硼酸盐等来获得 合适的活性温度和增强去氧化物能力。
硬钎剂
硼酸H3BO3加热时分解形成硼酐B2O3，反应 式如下： 2H3BO3→B2O3+3H2O↑
铜及铜合金钎焊技术
铝青铜
软钎焊时为了除去表面的氧化膜应采用加 盐酸的强腐蚀性钎剂，常用的钎料为锡铅 钎料。
硬钎焊时采用银钎料。 为了防止铝向银钎料扩散，钎焊加热时间
必须尽可能短。在铝青铜表面上镀铜或镀 镍也可以防止铝向钎料的扩散。
铜及铜合金钎焊技术
锌白铜
锌白铜的软钎焊与黄铜相似。硬钎焊时 用以下银钎料： BAg56CuZnSn， BAg50CuZnSnNi， BAg40CuZnNi， BAg56CuZnCd等。
铜及铜合金的焊接性
铜及铜合金的焊接性。
⑴焊缝成形能力差由于铜和大多数铜合金的热导率比碳钢大7～11倍，焊接时散热严重，焊接区难于达到熔化温度。
铜在熔化温度时的表面张力比铁小1/3，流动性比钢大1～1.5倍，表面成形能力差，焊接时母材难熔合，容易产生未焊透缺陷。
因此应采用大能量、高能束的焊接方法，并采取焊前预热，焊件反面安放垫板等工艺措施。
⑵焊缝及热影响区热裂倾向大原因由以下几点：1）铜及铜合金的线膨胀系数几乎要比低碳钢大50%以上，因此焊接时产生较大的应力。
2）熔池结晶过程中，铜能与其它杂质生成熔点为270℃的Cu+Bi、326℃的Cu+Pb、1064℃的Cu2O+Cu、1067℃的Cu+Cu2S等多种低熔点共晶，充满在晶界形成薄弱面。
3）凝固金属中的过饱和氢向金属的微间隙中扩散造成很大的压力。
防止热裂纹的措施是控制铜中铅、铋的含量；在焊丝中加入Si、Mn、P等元素进行脱氧；采用能获得双相组织（α+β）的焊丝（HS224硅黄铜焊丝）。
⑶气孔倾向严重铜及铜合金焊接时极易形成气孔，原因如下：1）铜在液态能溶解较多的氢，熔池凝固过程中氢的溶解度大大下降，过剩的氢未及时析出，便形成气孔。
2）熔池中的氢会和氧化亚铜（Cu2O）产生下述反应Cu2O+H2=2Cu+H2O↑反应生成的水蒸气（Cu2O）不溶于铜液中，熔池结晶时未及时逸出。
防止产生气孔的措施是减少氢、氧的来源；用预热来延长熔池存在时间，使气体易于析出；采用含铝、钛等强脱氧剂的焊丝。
⑷接头性能下降纯铜手弧焊或埋弧焊时接头的伸长率仅为母材的20%～50%，同时导电性和耐蚀性均下降。
改善的措施是控制杂质含量和通过合金元素对焊缝进行变质处理。
综上所述，铜及铜合金焊接性不良的重要原因是由于焊接过程中铜的氧化。
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铜及铜合金的可钎焊性
软钎料
• 应用最广的仍是锡铅钎料 • 其润湿性与铺展性随Sn量的增加而增加,用于食品 工业或餐具的钎焊,含Sn量为95%以上.减少Pb. • S-Pb60Sn和S-Pb60SnSb广泛应用于散热器、 管道、电气接头、家用制品、发动机部件。
软钎料
• 用镉基钎料是软钎料中最耐热的，高达250℃， 并耐蚀。 • 在界面上容易形成脆性的铜镉化合物，所以必须 采用电阻钎焊等快速加热的方法。几种常用软钎 料用于铜及黄铜软钎焊的接头强度。
白铜
钎焊特点
• 紫铜形成两种氧化物：Cu2O和CuO。室温下铜表面为 Cu2O所覆盖，而高温下的氧化皮分为二层，外层为CuO， 内层为Cu2O。 • 对于黄铜来说，在含锌量低于15%，其氧化物由Cu2O组 成。当Zn超过21%，由ZnO组成。锡青铜表面生成两种 氧化物，内层SnO2,外层为铜的氧化物。硅青铜表面有Si 的氧化物生成，铍青铜表面生成稳定的BeO,在铝青铜表 面上可能生成Al2O3, 铜镍合金氧化皮内层有ＮiＯ，这些 氧化物中CuO的稳定性最小,最易还原.ZnO、NiO虽比氧 化铜稳定，但也能去除。SiO2和BeO虽稳定，但也能通 过钎剂去除。所以钎焊性很好，只有铝青铜，氧化物较稳 定，固较难焊接。
钎焊特点
• 铜与铜合金的可钎焊性一般好至优。除了上述表面氧化物 的稳定性外，各种铜及铜合金还有其特性。有些可钎焊的 合金也会遇到一些特殊的困难。 • 例如，某些含铅的合金可能形成粘液而影响润湿性，此外 有些含锡合金如果在钎焊之前不进行消除应力，当受到快 速局部加热时可能开裂。如含氧铜在含氢气氛中形成氢脆， 黄铜钎焊时锌易蒸发。 • 许多铜合金，如黄铜、磷青铜、白铜等局部急速加热易使 母材产生热裂纹及应力裂纹。 • 对铍青铜来说，最好强度是在760-780℃淬火及随后在 300-320℃人工时效下得到。
紫铜
铜合金-黄铜
• 普通黄铜塑性好，适于制造形状复杂，耐腐蚀的冲压件， 如弹壳、散热器外壳、导管、雷管等。加入其他元素的特 殊黄铜，加入 Si、Al、Sn提高耐蚀性，加入Pｂ改善切削 加工性能，加入Fe、Mn细化晶粒。
铜合金-青铜
• 在青铜名字前冠以第一主要添加元素的名。 • 锡青铜的铸造性能、减摩性能好和机械性能好，适合於制 造轴承、蜗轮、齿轮等。 • 铅青铜是现代发动机和磨床广泛使用的轴承材料。 • 铝青铜强度高，耐磨性和耐蚀性好，用於铸造高载荷的齿 轮、轴套、船用螺旋桨等。 • 铍青铜和磷青铜的弹性极限高，导电性好，适於制造精密 弹簧和电接触元件，铍青铜还用来制造煤矿、油库等使用 的无火花工具。
铜及铜合金钎焊
Copper and copper alloy brazing
铜及铜合金
• 铜是人类最早发现的古老金属之一，早在三千多年前人类 就开始使用铜及铜合金。 战国时代<<周礼· 考工记>>金有六齐：六 分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其 金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而 锡居一,谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一, 谓之大刃之齐;五分其金而锡居二,谓之削 杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐。”
铜合金-青铜
安蒂基西拉机器
铜合金-白铜
• 以镍为主要添加元素的铜合金。 • 铜镍二元合金称普通白铜﹔加有锰﹑铁﹑锌﹑铝等元素的 白铜合金称复杂白铜。 • 工业用白铜分为结构白铜和电工白铜两大类。 • 结构白铜的特点是机械性能和耐蚀性好﹐色泽美观。这种 白铜广泛用於制造精密机械﹑眼镜配件、化工机械和船舶 构件。 • 电工白铜一般有良好的热电性能。锰铜﹑康铜﹑考铜是含 锰量不同的锰白铜﹐是制造精密电工仪器﹑变阻器﹑精密 电阻﹑应变片﹑热电偶等用的材料
铜及铜合金
吴王夫差鉴
铜阳燧
铜及铜合金
• 自然界中的铜分为自然铜、氧化铜矿和硫化铜矿。 自然铜及氧化铜的储量少，现在世界上80%以上 的铜是从硫化铜矿精炼出来的，这种矿石含铜量 极低，一般在2-3%左右。
铜及铜合金
• 铜及铜合金通常可分为紫铜、黄铜、白铜、青铜。 • 黄铜是铜与锌的合金，在其中添加锡、铅、铁、锰、硅或 铝等元素后则分别称为锡黄铜、铅黄铜、铁黄铜、锰黄铜 等。 • 除以镍作为主要合金元素的称为白铜 • 除此之外为青铜，铝青铜、硅青铜、铍青铜、铅青铜等。
表9.1 铜及黄铜软钎焊接头的强度
软钎剂
• 用锡铅钎料钎焊铜时，可选松香酒精溶液或活性松香和 ZnCl2+NH4Cl水溶液等无腐蚀性钎剂，后者还可用于黄 铜、青铜和铍青铜的钎焊。 • 钎焊铝黄铜、铝青铜和硅黄铜时，钎剂可为氯化锌盐酸溶 液。 • 钎焊锰白铜时，钎剂可选磷酸溶液。用铅基钎料钎焊时可 用氯化锌水溶液作为钎剂，用镉基钎料钎焊时可采用 FS205钎剂。
硬钎料
• 四个系列:Cu-Zn、Cu-P、Cu-Ag-P、BAg以及BAu。 • BCu，由于其液相温度高，只用于钎焊铜镍合金。
铜-锌钎料
• 由于这种钎料的液相温度高、耐腐蚀性能差并且对过热敏感， 所以在钎焊铜和铜合金时很少采用铜锌钎料。过热会引起锌 蒸发并在接头中形成空穴。在实际应用中，如果耐腐蚀性不 很重要，这些钎料可用于连接铜、铜镍合金、硅青铜和磷青 铜。 • 这种钎料有时在连接铜与钢、不锈钢及镍合金中使用。一etal
有色金属
• 在许多应用场合选用有色金属,这是因为他们具有 很独特的性能,这一类金属通常具有卓越的抗腐蚀 性和成形能力. • 纯铜和纯铝的钎焊性良好,它们的合金,尤其是一些 铝合金,由于成分造成不均匀的氧化膜,通常阻碍了 钎料的润湿,钎焊有一定难度.通过采用适当工艺措 施,铝合金钎焊仍然能够得到满意的结果.
纯铜
• 纯铜具有面心立方晶格，无磁性,无同素异构转变，密度 8.96g/cm3,熔点1083℃，导电性导热性及抗大气腐蚀性能 优良，塑性好延伸率≥40% ，易冷热变形加工，虽强度硬 度低，但可通过冷变形强化予以提高。 • 用途:各种导线、电缆、导电牌、电器开关等导电器材和 各种冷凝管、散热管、热交换器、真空电弧炉的结晶器等。 导电器材用量占铜材总量一半以上 • T1、T2、T3，数字增加表示纯度降低