铜及铜合金的性能及焊接简析
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。
铜及铜合金性能数据
铜及铜合金性能数据1.优良的导电性：铜是一种具有优异导电性能的金属。
在常温下，铜的导电率为56×10^6S/m，仅次于银和金，适合用于电子器件和电路。
此外，铜的电阻率在低于4.2K时接近于0，可以用于超导体和低温电工领域。
2.优良的导热性：铜的导热性在金属中属于最好的，其导热系数为401W/(m·K)。
铜导热性好的特性使其广泛应用于散热器、制冷器、换热器等领域。
3.良好的加工性能：铜具有良好的可塑性和可锻性，可以通过冷加工和热加工进行成型。
铜的延展性好，可经过拉制、挤压、深冲等工艺加工成复杂的形状。
此外，铜还可以进行焊接、铆接和焊接等加工方式。
4.高强度：铜具有较高的强度，其抗拉强度可达到210-690MPa。
通过合金化和热处理等方法，可以进一步提高铜的强度。
具有高强度的铜合金广泛应用于航空、航天、汽车等领域。
5.抗腐蚀性：铜具有良好的抗腐蚀性能。
铜可以与氧化剂、盐类和酸类等物质发生反应，形成一层致密的氧化膜，起到保护金属的作用。
此外，铜还具有抗菌性，可以有效地抑制细菌的生长。
6.耐磨性：铜具有良好的耐磨性，可用于制造各种耐磨零件。
铜合金经过适当的合金化和热处理，可以获得更高的硬度和耐磨性，满足各种高摩擦、高磨损环境下的要求。
7.可焊性：铜具有良好的可焊性，适用于各种焊接工艺，包括气焊、手工弧焊、TIG焊等。
铜的可焊性在航空航天、热交换器、电气设备等领域有重要应用。
8.可回收性：铜具有较高的可回收性，利用废铜可以进行回收再利用。
这有助于环境保护和资源节约。
总之，铜及铜合金具有优良的导电性、导热性、加工性能、强度、抗腐蚀性、耐磨性、可焊性和可回收性等特点。
这些性能使铜成为一种重要的工程材料，广泛应用于各个领域。
铜及铜合金的发展对于推动社会的科技进步和经济的发展具有重要意义。
工程材料铜及铜合金
BFe30-1-1）
小结
纯铜（T）的性能特点、牌号及用途 铜合金分类 黄铜（H）的分类：普通黄铜、特殊黄铜，其 成分、性能特点、牌号及用途 青铜（Q）的分类：锡青铜、铝青铜、铍青铜， 其成分、性能特点、牌号及用途 白铜（B）成分、性能特点、牌号及用途 铜合金的选用及在舰船上的应用
作业：P219 8、13
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3、常用牌号有 QSn4-3、QSn6.50.4、ZCuSn10Pb1等。
船用青铜软 管快速接头 阀(锡青铜阀 体、阀盖)
锡青铜管
4、主要用于耐蚀承载件, 如弹簧、轴承、齿轮 轴、蜗轮、垫圈等。
（二）铝青铜
1、Cu-Al相图
2、成分－组织－性能
<5% Al → σb太低不用 5~7%Al →α→ δ好 7~12%Al →[α+γ]
工程材料铜及铜合金
一、铜及铜合金性能特点
（一）纯铜
1、物理性能: 纯铜呈紫红色，又称紫铜,具有面心立方晶格,无 同素异构转变，无磁性。纯铜具有优良的导电性和导热性，
2、机械性能：强度偏低(230~250MPa),塑性高,易于加工成型 3、化学性能: 在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。 4、牌号：工业纯铜(99.95~99.5%)---T1 → T4
无氧铜---TU1、TU2 5、应用：导体及导电元器件 6、提高强度方法：冷加工硬化
合金化---Zn、Sn、Ni等
（二）、铜合金
铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、 Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又 保持了纯铜特性。
铜及其合金的焊接性
铜及铜合金具有独特的物理性能，因而它的焊接性有别于钢和铝。
焊接时主要问题如下：（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。
焊接时热量迅速以加热区传出去，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l～l.5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，单向焊时，背面需使用衬垫（板）等成形装置。
（2）焊接应力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(Cu2O)，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Cu2O+Cu共晶（熔点为1064℃）。
铜中若有杂质铋（Bi）和铅（Pb）等，在熔池结晶过程中也生成低熔点共晶Cu十Bi（熔点270℃）、Cu+Pb（熔点326℃），这此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。
又因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形成，从而增大了热裂倾向。
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。
这与铜及铜合金的冶金特性和物理特性有关。
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。
铜及铜合金焊材选用
铜及铜合金焊材选用铜及其合金在工业制造和建筑领域中广泛应用。
而焊接作为一种常见的加工方法，对于铜及铜合金的选用适合的焊材是至关重要的。
本文将探讨铜及铜合金焊材的选择，并提供一些建议。
一、铜及铜合金的特性铜具有优良的导热性和导电性，耐腐蚀性好，并且易于加工。
铜合金则具有更高的强度和硬度，适用于各种工业应用。
在焊接过程中，铜及铜合金的熔点较低，且易于形成均匀的焊缝。
二、焊接方法根据焊接方式的不同，可将焊接方法分为气焊、电弧焊和无熔剂焊接。
1. 气焊气焊是传统的焊接方法，使用氧炔火焰进行焊接。
对于铜及铜合金，采用适当的焊接棒和焊接流程能够获得良好的焊接效果。
常用的气焊焊材有无烟熔剂焊条与纯铜焊条。
2. 电弧焊电弧焊利用电弧形成焊缝。
对于铜及铜合金的焊接，采用惰性气体保护焊（TIG）和焊丝（MIG）焊接能够获得优异的焊接质量。
惰性气体焊接可以在焊接过程中提供保护性气氛，防止氧气和氮气的污染。
3. 无熔剂焊接无熔剂焊接是一种无需外加熔剂的焊接方法，通过高频加热和压力来实现焊接。
这种方法适用于一些对熔剂敏感的应用，因为没有熔剂的使用，焊接后无需清洁和去除残留。
三、焊材选择建议选择适合的焊材是确保焊接质量的关键。
下面是一些建议：1. 纯铜焊材纯铜焊材适用于焊接纯铜或低合金铜，如无氧铜和磷铜。
它们具有良好的导电性和导热性，并能够产生均匀的焊缝。
纯铜焊材可用于气焊、电弧焊和无熔剂焊接。
2. 银焊材银焊材是一种常用的铜合金焊材，适用于焊接多种铜合金，如黄铜和镍铜合金。
银焊材在高温下熔点低，具有较强的强度和耐腐蚀性。
然而，银焊材的成本较高，需要注意使用时的温度控制。
3. 焊丝焊丝适用于电弧焊和无熔剂焊接，可用于焊接各种铜合金。
根据具体应用的不同，可以选择不同材质的焊丝，如铜铝焊丝、铜镍焊丝和铜锌焊丝。
焊丝选择时需要根据要求的强度、导电性和耐腐蚀性来确定。
四、注意事项在选择和使用铜及铜合金焊材时，还需注意以下事项：1. 确保焊接材料的质量，选择正规的供应商和品牌。
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及焊接工艺
铜及铜合金的焊接性及焊接工艺一、铜的焊接性：铜与铜合金焊接的主要问题是焊接区和熔合区容易产生裂纹。
热影响区存在两种形式的裂纹：焊接绝缘裂纹和熔透裂纹。
1、焊接裂纹，钢、铜及其合金焊缝中的裂纹是热裂纹，是由以下原因引起的：①铜和钢的物理性能差别很大，钢和铜的热膨胀和热导率差别很大，焊接过程中接头存在很大的应力，导致焊缝产生裂纹。
②铜及铜金属焊接热裂倾向较大，钢及铜及铜合金焊接焊缝为铁与铜的混合物，热裂倾向随铜含量的增加而增大。
2)热影响区穿透裂纹。
钢与铜及铜合金焊接时，钢与液态铜及铜合金接触时容易产生穿透裂纹，并在高温下形成穿透裂纹。
究其原因，是由于液态铜和铜合金在钢上的渗透和拉应力，从焊缝冷却的那一刻起，接头就会产生拉应力，这种应力会随着冷却的持续而增大。
此外，在晶化过程中，金属的显微组织往往是有缺陷的，并且在钢的结晶表面会出现微裂纹。
在焊接拉应力作用下，热影响区(HAZ)形成熔透裂纹.当焊缝中镍含量大于16%时，低碳钢中不出现熔透裂纹（NiCu合金）。
二、铜及合金的焊接工艺：手工电弧焊、氩弧焊和气体保护焊都可以焊接钢和铜及其合金的不同接头。
在铜和钢及其合金的焊接过程中，采用填充金属直接焊接两种金属，然后在铜或钢上堆焊过渡层，然后焊接。
由于含镍焊缝具有很强的抗穿透开裂能力，采用纯镍或含铜镍基合金沉积过渡层，可以大大减少或消除铜及铜合金对钢的穿透，有利于消除热影响区的穿透裂纹。
堆焊过渡层，然后进行焊接。
1.紫钢与低碳钢焊接。
堆焊过渡层后，铜可作为填充金属材料201、202。
为加强熔池脱氧，采用硅锰青铜丝和QSi3-1焊，焊接质量和效果较好。
2.硅青铜和铝青铜与低碳钢焊接在一起。
过渡层堆焊后，此时可采用铝青铜作为填充金属材料QAL9-2，焊缝采用两相结构，焊缝具有较高的抗热裂纹能力，而铜237焊条也可用于去除涂层并作为填充线清洗，铝还可减少热影响区的穿透裂纹，焊接强度高于铜。
交流氩弧焊焊接。
3．黄铜和低碳钢焊接.过渡层堆焊后，为了减少黄铜和锌的蒸发，填充金属采用QSI3-1硅锰青铜丝，焊接采用交流电源，填充金属采用QAL9-2铝锰青铜丝。
铜及铜合金的焊接工艺
铜及铜合金的焊接工艺一、常用铜及铜合金及其分类铜及铜合金以它独特而优越的综合性能，如导电性、导热性、耐蚀性、延展性及一定的强度等特性，在各行业中获得了广泛的应用。
铜及铜合金种类繁多，常用的铜及铜合金可从它的表面颜色看出其区别，如常用的纯铜（又称紫铜）、黄铜、青铜和白铜，实际上就是纯铜、铜锌、铜铝、铜锡、铜硅和铜镍的合金。
二、铜及铜合金的焊接特点1、高热导率的影响由于铜及铜合金的高热导率、线膨胀系数和收缩率，在焊接铜及铜合金时，采用的焊接参数与焊接同厚度低碳钢差不多时，母材就很难熔化，且填充金属与母材也不能很好地熔合，产生了焊不透的现象；焊后的变形也比较严重，外观成形差。
因此即使焊接使用大功率热源，还得在焊前预热或焊接过程中采取同步加热的措施。
另外，母材厚度越大，散热愈严重，也愈难达到熔化温度。
2、焊接接头的热裂倾向大焊接时，铜能与其中的杂质分别生成多种低熔点共晶，加上铜及铜合金在加热过程中无同素异构转变，铜焊缝中也生成大量的柱状晶；同时铜及铜合金的线膨胀系数和收缩率较大，增加了焊接接头的应力，也更增大了接头的热裂倾向。
因此熔化焊时，常采取以下措施：①严格限制铜中的杂质含量，特别是氧的含量；②通过焊丝加入硅、锰、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，使焊缝晶粒细化等。
3、气孔熔化焊时，气孔出现的倾向比低碳钢要严重得多，所形成的气孔几乎分布在焊缝的各个部位，且主要是由溶解的氢直接引起的扩散性气孔和氧化还原反应引起的反应性气孔。
因此，为了减少或消除铜焊缝中的气孔，主要的措施是减少氢和氧的来源，用预热来延长熔池存在的时间，使气体易于逸出。
4、接头性能的变化在熔化焊过程中，由于晶粒长大，杂质和合金元素的掺入，以及有用合金元素的氧化、蒸发等，使接头出现以下变化：塑性变坏、导电性下降、耐蚀性下降、晶粒粗化等。
要改善接头的性能，除了尽量减少热作用、焊后进行消除应力热处理外，主要的措施是控制杂质含量和通过合金化对焊缝进行变质处理，并根据不同铜合金接头的不同要求来选用。
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
铜及铜合金的焊接一基本性能铜具有面心立方结构，具有非常好的加工性能。
铜的密度为×10Kg/m3，具有优良的导热性、导电性、耐蚀性、延展性及一定的强度；铜中通常可以添加约10多种合金元素，以提高抗蚀性、强度和改善机加工性能。
加入的元素多数以固溶体为主，并在加热及冷却过程不发生同素异构转变。
常用铜及合金的分类纯铜（紫色）---纯铜：具有极好的导电性、导热性、良好的常温和低温塑性，耐大气、海水、和某些化学药品；杂质量多时增加材料的冷脆性和热裂倾向。
具有加工硬化倾向。
可通过550-600℃温度下退火恢复塑性。
黄铜---铜锌锡合金（C44300）：强度、硬度、和耐蚀性较高，有一定塑性，能承受冷热加工，青铜---铜铝合金、铜锡合金、磷青铜、铜硅合金：高强度，一定的塑性，加热冷却过程中无同素异构转变，导热性显著下降。
白铜----镍铜合金（C71500）：导热性接近于碳钢，高的耐蚀性而用于化工和海水工程。
焊接时对磷、硫杂质很敏感，易形成热裂。
白铜按合金中镍含量的分类，在焊接结构中使用最多的是，10%Ni、20%Ni、30%Ni；由于镍无限固溶于铜，白铜具有单一的相组织，白铜的导热性和导电性与碳钢很接近，因此容易焊接，不需预热；但由于白铜对铅、硫、磷等杂质敏感，易形成热裂纹；表一合金元素在铜中的作用表二铜和铁的物理性能二焊接性1 难熔合焊缝成型能力差铜的热导率高，导热系数是钢的7倍。
随温度升高，导热率的差别更大。
焊接时，大量的热被传导出去，使母材与填充金属难以融合；必须采用功率大、热量集中的热源或预热；热影响区很宽。
表面张力小，流动性大，表面成型能力差；线胀系数和收缩率大，焊后变形或应力较大。
主要缺陷：未熔合、未焊透、焊缝成型不良、焊接变形。
2 铜的氧化铜在温度超过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，氧化生成氧化亚铜，焊缝金属结晶时与铜形成低熔共晶物，分布在晶界上。
大大降低接头的性能。
铜及铜合金的焊接
铜及铜合金的焊接一、铜及铜合金的特性和分类铜具有很高的导电性、导热性和良好的塑性，有较高的低温强度和延伸率。
因此，它广泛地应用在工业上制造导体、火焰导管、散热器和冷凝器等。
在铜中加入锌、铝、锡等合金元素，形成各种铜合金。
铜及铜合金的分类，习惯上是按其表面颜色来分类的。
紫铜，又叫红铜，是指纯铜。
工业纯铜以字母“T”表示，依其所含杂质多少，分为四个等级。
黄铜，是指铜锌合金。
它的导热、导电性比纯铜差，但其强度、硬度和耐蚀性都比纯铜高，而且价格便宜。
经常用于耐低温和耐气蚀零部件的制造。
黄铜以字母“H”表示。
在“H”后面的数字，代表铜的百分数，其余为锌。
如“H62”，表示铜含量为62%的黄铜。
二、铜及铜合鑫的焊接特点1.使用火焰功率大由于铜及铜合金导热性强（如纯铜导热系数比低碳钢大八倍）。
因此，焊接时要采取比焊低碳钢大的火焰功率。
厚大工件还必须预热，否则基本金属难以熔化，产生未熔合现象。
2.变形大由于铜及铜合金线膨胀系数和凝固收缩率较大，因此工件焊后易产生严重变形。
对于刚度大的工作，内应力增大，使接头脆弱部分发生裂纹。
内应力的存在是黄铜“自裂“的原因。
3.易产生气孔铜及铜合金焊接易产生气孔的原因有两个：1）由于铜在液态时溶解氢较多，但在凝固和冷却过程中，氢在铜中的溶解度却大大减少。
过剩氢来不及逸出，则往往合焊缝或近缝区产生气孔或在金属内部造成很大压力，促使形成裂纹。
2）熔池中的氢或一氧化碳与氧化亚铜反应，生成水蒸气和二氧化碳不溶于铜液。
在凝固时如未能全部逸出，便形成气孔或促使裂纹产生。
4.易产生裂纹由于铜在液态时容易氧化，生成氧化亚铜，氧化亚铜与铜形成低熔点的脆性共晶体，造成偏析或存在于晶粒边界；由于上述内应力大或氢、水蒸气和二氧化碳造成的压力存在，因此，铜及铜合金的焊接，易产生裂纹。
5.合金元素的氧化和蒸发铜合金中的合金元素不，一般比铜更易氧化。
合金元素的烧损，降低了接头的机械性能，赞成焊接过程的困难。
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
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。
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。
铜及铜合金的分类和性能
铜及铜合金的分类和性能一、分类铜及铜合金可以根据其成分、性质和用途进行分类。
1. 根据成分分类根据成分的不同，铜及铜合金可以分为以下几类：- 纯铜：成分纯度达到99.9%以上，没有其他元素的杂质；- 铜基合金：除含有铜外，还含有其他元素，如锌、镍、锡等；- 铜镍合金：由铜和镍组成，成分比例可以根据需要进行调整；- 铜铝合金：由铜和铝组成，具有较高的强度和耐腐蚀性能；- 铜锌合金：也称为黄铜，主要由铜和锌组成，具有良好的加工性能和耐腐蚀性能。
2. 根据性质分类根据性质的不同，铜及铜合金可以分为以下几类：- 软铜：具有良好的塑性和延展性，适合冷加工和热加工；- 硬铜：具有较高的强度和硬度，适合制作耐磨件和机械零件；- 弹性铜：具有优异的弹性和回弹性能，适用于制造弹簧和弹簧元件。
二、性能铜及铜合金具有以下一些性能特点：1. 导电性：铜是良好的导电材料之一，具有优异的电导率，广泛用于电器、电子和通信行业；2. 导热性：铜具有很高的导热性，可以快速将热量传递出去，适用于散热器和导热元件；3. 抗腐蚀性：铜具有较好的耐腐蚀性，特别是黄铜，适用于制作阀门和管道等耐腐蚀设备；4. 加工性：铜具有良好的塑性和可加工性，可以通过铸造、锻造、压延等方法制作成各种形状的零件；5. 可焊性：铜易于焊接，可以与其他材料进行良好的连接。
以上是对铜及铜合金的分类和性能的简要介绍。
铜及其合金因其多种优良特性，广泛应用于工业和日常生活中。
参考文献：- 李旭东. 材料科学基础（修订版）. 清华大学出版社, 2011.- 高建明, 王然, 徐立康. 金属材料科学与工程. 机械工业出版社, 2019.。
铜的焊接性
除锌和 锡青铜 QSn4-3 青铜 镍以外 铝青铜 QAl9-2 的元素 硅青铜等 QSi3-1
白铜
镍
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耐蚀性好，力学性能好
能力知识点2 铜及铜合金的焊接性
想一想： 铜及铜合金是否容 易焊接呢？
铜及铜合金的焊接性比较差，焊接铜 及铜合金比焊接低碳钢困难很多。
焊接铜之问题1-----难熔合、易变形
能力知识点1 铜及铜合金的类型及性能特点
铜的分类
常见的铜及铜合金 都有哪几种呢？
铜及铜合金按化学成分分类，可分为：纯
铜、黄铜、青铜、白铜等。 下面我们分别介绍一下。
1．纯铜
纯铜中铜的质量分数不小于99.95%，呈玫 瑰红色，氧化膜呈紫色，俗称紫铜。 纯铜具有很高的导电性、导热性，良好的 耐蚀性和塑性。熔点1083℃。
2．黄铜
黄铜是指以锌为主要合金元素的铜合金， 表面呈淡黄色，因此称黄铜。 黄铜的耐蚀性高，冷热加工性能好，导电 性比纯铜差，力学性能与Zn的含量有关， 一般优于纯铜，应用较广泛。 黄铜的牌号为H××，其中“H”是汉语拼 音“黄”的第一个字母，后面“××”两位 数字表示铜的质量分数，其余为锌。例如 H96表示铜的质量分数为96%的黄铜。
改善焊接接头性能的措施：
1）控制杂质含量，减少合金元素的氧化烧损； 2）尽量减少热作用，必要时进行焊后消除应 力处理等。
能力知识点2----总结
铜焊接时的问题 难熔合、易变形 形成原因及影响因素 防止措施
热裂纹倾向大
容易形成气孔 焊接接头性能下 降
铜焊接时 的问题
形成原因及影响因素
防止措施
难熔合、 焊件厚度越大散热越严重，难 易变形 达到熔化温度；
铜及铜合金钎焊
白铜
铜及铜合金的材料特性
常用铜和铜合金的钎焊性
硬钎料
——银基钎料
银基钎料的熔点适中，工艺性好，并具 有良好的强度、韧性、导电性、导热性 和抗腐蚀性，是应用极广的硬钎料。
银基钎料的主要合金元素是铜、锌、镉 和锡等元素。铜是最主要的合金元素， 因添加铜可降低银的熔化温度，又不形 成脆性相。
硬钎料
硅黄铜 铬青铜和铜镍合金 铝青铜 铍青铜 铜、黄铜、锡青铜
钎焊工艺
铜及铜合金可用多种方法进行钎焊，如 烙铁钎焊、浸渍钎焊、火焰钎焊、感应 钎焊、电阻钎焊、炉中钎焊、接触反应 钎焊等。但高频钎焊时，由于铜的电阻 小，要求加热电流比较大。
铜及铜合金钎焊技术
铜：钎焊铜时钎料与钎剂的配合如下。 用锡铅，锡银钎料钎焊特别干净的表面 时可用松香钎剂，否则用活性松香，弱 腐蚀性钎剂或腐蚀性钎剂。
除无氧铜外，纯铜不在还原性气氛中钎 焊，以免发生氢脆。
铜及铜合金钎焊技术
黄铜
钎焊黄铜时的钎料与钎剂与钎焊铜时基 本相同。但铜的表面有锌的氧化物，不 能用未活化松香进行钎焊，用铜磷和铜 银钎料钎焊时也必须用FB102钎剂。
铜及铜合金钎焊技术
锰黄铜
锡铅钎料钎焊时应采用磷酸水溶液钎剂；铅基 钎料钎焊时采用氧化锌水溶液钎剂。镉基钎料 钎焊时用Q205钎剂。
软钎料
——铅基钎料
钎料
化学成分
Pb
Ag
Sn
熔化温 度
HLAgPb97
97.0 3.0
- 304-305
HLAgPb97.5-1.0 97.5 1.5
1.0 310-310
HLAgPb92-5.5
92
2.5 5.5 287-296
HLAgPb83.5-15-1.5 83.5 1.5 15.0 265-270