焊接性第8章第2次课

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1、第8章 有色金属的焊接铜及铜合金具有优良的导电、导热性 ，冷、热加工性能良好，具有高的强度、 抗氧化性以及抗淡水、盐水、氨水溶液和 有机化学物质腐蚀的性能，在电子、电气 、动力、化工等工业中应用广泛。第8章 铜及其合金的焊接n铜及其合金的焊接铜及其合金的种类及性能简介铜及其合金的焊接性分析纯铜和黄铜的焊接工艺要点难熔合及易变形热裂纹气孔焊接接头力学性能 及导电性能的变化1.铜及其合金的种类与性能n 分类(按照成分)纯铜黄铜青铜白铜1.铜及其合金的种类与性能n 纯铜 特性：红铜即纯铜，又名紫铜；具有很好的导电性和导热性，仅次于银；塑性极好，易于热压和冷压力加工；应用：大量用于制造专用导电导热器材

2、（电线、电缆、电火花）紫铜有良好的焊接性；可经冷、热塑性加工制成各种半成品和成品。 有良好的耐蚀性，用于化学工业 。 分类：普通紫铜(T1、T2、T3、T4)、 无氧铜（TU1、TU2和高纯、真空无氧铜）、 脱氧铜（TUP、TUMn）、 添加少量合金元素的特种铜（砷铜、碲铜、银铜）四类。 1.铜及其合金的种类与性能n 纯铜1.铜及其合金的种类与性能n 黄铜黄铜是由铜和锌所组成的合金。分类：普通黄铜：只是由铜、锌组成的黄铜。特殊黄铜：由二种以上的元素组成的多种合金。如由铅、锡、锰 、镍、铅、铁、硅组成的铜合金。性能：黄铜有较强的耐磨性能。特殊黄铜强度高、硬度大、耐化学 腐蚀性强。还有切削加工的机

3、械性能也较突出。应用：黄铜无缝管是由黄铜所拉成的无缝铜管，质软、耐磨性能强 。可用于热交换器和冷凝器、低温管路、海底运输管。制造板 料、条材、棒材、管材，铸造零件等。含铜在62%68%，塑性 强，制造耐压设备等。1.铜及其合金的种类与性能n黄铜 H621.铜及其合金的种类与性能n 青铜它是红铜和锡、铅的合金， 也是金属治铸史上最早的 合金。特点： 青铜具有熔点低、硬度大、可塑性强、色泽光亮 等特点，非常适用于铸造各种器具。 1.铜及其合金的种类与性能n 白铜白铜是以镍为主要添加元素的铜及 合金，呈银白色，有 金属光泽，故名白铜。 应用：工业用白铜：精密仪表、医疗器械、乐器制作； 非工业用白铜：

4、主要用来制作装饰工艺品。合金名称合金系性能特点牌号纯铜Cu导电性、导热性好、良好的常温和低温塑性， 对大气、海水和某些化学药品的耐腐蚀性好T1黄铜Cu-Zn在保持一定塑性情况下，强度、硬度高，耐蚀性 好HT62青铜Cu-Sn较高的力学性能、耐磨性能、铸造性能和耐腐 蚀性能，并保持一定的塑性焊接性能好QSn 6.5-0.4Cu-AlQAl 9-2Cu-SiQSi 3-1Cu-BeQBe 2.5白铜Cu-Ni力学性能、耐蚀性能较好，在海水、有机酸和 各种盐溶液中具有较高的化学稳定性，优良的 冷、热加工性能B10表 铜及铜合金的分类 n2 铜及铜合金的焊接性 n焊接纯铜及某些铜合金时，如果采用的焊接

5、参数与焊接 低碳钢差不多，母材散热太快、就很难熔化，填充金属 与母材不能很好地熔合。另外，铜及铜合金焊后变形也 较严重。这与铜及铜合金的热导率、线膨胀系数和收缩 率有关。金属热导率 /w(mK)-1线膨胀系数 /10-6K-1收缩 率 (%)熔点 /20100020100Cu393.6326.616.44.71300Fe54.829.314.22.01580表 铜和铁物理性能的比较 2.铜及其合金的焊接性分析n难熔及易变形： 原因：导热系数大是铁的7-11倍；线胀系数大，比铁大15%；收缩率大，比铁大一倍以上；措施：采用大功率、高能量密度的焊接方法；配合不同程度的预热；不允许采用单面悬空焊，应

6、加垫板； 2.铜及其合金的焊接性分析n热裂纹： 原因：与氧生成溶解于液态而不溶于固态的氧化铜（ Cu2O）；形成低熔点共晶物；焊接接头承受较大内应力；纯铜焊缝为单相组织，晶粒易粗大； 措施：严格限制铜中杂质：氧、铋、铅、硫等；加入脱氧剂：硅、锰、磷等 选用能获得双相组织的焊材，破坏低熔点共晶薄膜的连续性，打乱柱状晶的方向；预热、缓冷等措施来减少焊接应力，减小根部间隙尺寸，加大根部焊道尺寸，防止热裂。 1064的Cu+Cu2O 270 的Cu+Bi 326 的Cu+Cu2S2.铜及其合金的焊接性分析n容易形成气孔主要缺陷 原因：液态铜中溶解较多的氢，而凝固时其溶解度大大 降低，若焊接时，焊缝冷却

7、较快，过剩的氢气来不及逸 出而形成气孔；焊接高温下，Cu2O与H生成水蒸气不溶于铜，又 来不及逸出形成反应型气孔；高温区也可产生氮气孔；铜的热导率比铁大8倍以上，焊缝冷却快； 措施：减少氢和氧的来源；预热延长熔池存在时间；采用含铝、钛等强脱氧剂的焊丝； n由氢引起的气孔称为扩散气孔。氢在铜中的溶解 度如图所示。 图 氢在铜中的溶解度和温度的关系（pH2=101kPa） 2.铜及其合金的焊接性分析n焊接接头性能下降 原因：晶粒严重长大、合金元素烧损与杂质的渗入 引起：塑性显著降低；导电性下降；铜中任何元素的掺入都会 使其导电性能下降；耐蚀性能下降；铜合金的耐蚀性是依靠 锌、镍、铝 、锰等元素的合

8、金化获得的，焊接 过程中烧损降低耐蚀性。3.纯铜及黄铜的焊接工艺要点n焊接方法的选择：原则：根据被焊材料的成分、厚度、结构特点及使用要求综 合考虑。 选择：薄板以钨极氩弧焊和气焊（变形大）为好； 中厚板采用埋弧焊、熔化极氩弧焊和电子束焊较合理； 厚板则推荐采用MIG和电渣焊；焊接方法 （热效率 ）纯铜黄 铜锡青 铜铝青铜硅青 铜白铜说明钨极氩弧 焊 (0.650.75)薄板 好较 好较好较好好好用于薄板(小于12mm)，纯 铜、黄铜、锡青铜、白 铜采用直流正接，铝青 铜用交流，硅青铜用交 流或直流熔化极氩 弧焊 (0.700.80)好较 好较好好好好板厚大于3mm可用，板厚大 于15mm优点更

9、显著，采 用直流反接等离子弧 焊 (0.800.90)较好较 好较好较好较好好板厚在36mm可不开坡口， 一次焊成，最适合 315mm中厚板焊接焊条电弧 焊 (0.750.85)可差可较好可好采用直流反接，操作技术要 求高，使用板厚210mm埋弧焊 (0.800. 90)厚板 好可较好较好较好采用直流反接，适用于 630mm中厚板表 铜及铜合金熔焊方法的选用 3.纯铜及黄铜的焊接工艺要点n焊接材料的选择：原则：满足一般工艺与冶金要求之外，主要控制杂质含量和 提高脱氧能力，以避免热裂和气孔。 选择：焊接纯铜焊丝主要加入Si、Mn、 P；焊接黄铜主要加入：Si可抑制Zn的烧损； Al可细化焊缝组织

10、，提高接头的塑性和耐蚀性； Fe可提高焊丝强度和耐磨性但会降低塑性； Ti可细化焊缝金属组织，提高强度； Sn可增加液体金属的流动性，改善焊丝的工艺性能。牌号名称主要化学成分(质量分数 ) (%)熔点 /主要用途HSCu特别纯 铜 焊丝Sn 1.1, Si 0.4, Mn 0.4, Cu 余量1050纯铜氩 弧焊或气焊(和 焊剂 CJ301配用)， 埋弧焊(和焊接431 或150配用)HSCu低磷铜焊 丝P 0.3, Cu 余量1060纯铜 气焊或碳弧焊HSCuZn- 2锡黄铜 焊丝Cu 59, Sn 1, Zn余量886黄铜气焊或惰性气体 保护焊 ，铜及铜合 金钎焊HSCuZn- 4钛黄铜

11、焊丝Cu 58, Sn 0.9, Si 0.1, Fe 0.8, Zn 余量860黄铜气焊、碳弧焊； 铜、白铜、等钎焊HSCuZn- 5硅黄铜焊 丝Cu 62, Si 0.5, Zn余量905黄铜气焊、碳弧焊； 铜、白铜、等钎焊表 铜及铜合金焊丝的化学成分和主要用途 n (2) 焊剂 n 为防止熔池金属氧化和其他气体侵入，改善液态 金属的流动性，铜及其合金气焊、碳弧焊、埋弧焊、 电渣焊都使用焊剂。由于熔焊中各种热源的功率及温 度差异很大，不同焊接方法所用的焊剂不同。n 铜气焊、碳弧焊用的焊剂主要由硼酸盐、卤化物 或它们的混合物组成，见表5-25。气体熔剂是含硼酸 甲酯6675%、甲醇2534%

12、的混合液，这种混合液在 1000kPa压力下沸点54左右，焊接时能保证蒸馏分 离物不变。铜及铜合金埋弧焊与电渣焊时可采用焊接低碳钢所用的焊剂，常用的牌号有HJ431、HJ260、 HJ150等。 n (2) 焊剂牌号化学成分(质量分数) (%)熔点 /应用范围Na2B4 O7H3BO3NaFNaClKCl其他标准CJ30 117.577.5AlPO45650铜及铜合金气焊 、钎焊CJ40 17.5 9.0273049.5 52LiAl 13.515560青铜气焊非标 准01207010铜及铜合金气焊 及碳弧焊通用04LiCl 15KF 7303045铝青铜气焊用表 铜及铜合金气焊、碳弧焊用焊剂

13、 n (3) 焊条 n焊条电弧焊用的铜焊条分为纯铜焊条、青铜焊条 两类，应用较多的是青铜焊条。黄铜中的锌易蒸 发，极少采用焊条电弧焊，必要时可采用青铜焊 条。 国标药皮 类型焊接 电源焊缝 主要成分 (质量分数) (%)焊缝 金属性能主要用途ECu低氢型直流 反接纯铜 99b176MPa在大气及海水介质中具有良 好的耐蚀性，用于焊接 脱氧或无氧铜构件ECuSi低氢型直流 反接硅青铜Si 3 Mn1.5 Sn1.5 Cu余量b340MPa 520% 110130HV适用于纯铜 、硅青铜及黄铜 的焊接，以及化工管道等 内衬的堆焊ECuSnB低氢型直流 反接Sn 8 磷青铜P0.3 Cu余量b270

14、MPa 520% 80115HV适用于焊纯铜 、黄铜、磷青 铜，堆焊磷青铜轴衬 、 船舶推进器叶片等ECuAl低氢型直流 反接Al 8 铝青铜Mn2 Cu余量b410MPa 515% 120160HV用于铝青铜及其他铜合金， 铜合金与钢的焊接以及 铸件焊补表 铜及铜合金焊条的用途 第8章 钛及其合金的焊接n钛及其合金的焊接钛及其合金的种类及性能简介钛及其合金的可焊性分析工业纯钛焊接工艺要点焊接接头的污染焊接接头组织和性 能的变化热裂纹气孔1.钛及其合金的种类与性能简介n 分类 工业纯钛 TA1、TA2、TA3 钛合金 TA6 钛合金 TB +钛合金 TCn纯钛特性：纯钛是银白色的金属，它具有许

15、多优良性能：钛的密度为4.54gcm3，比钢轻43% ，比久负盛名 的轻金属镁稍重一些。机械强度与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。钛耐高温，熔点1942K，比黄金高近1000K ，比钢高近 500K。1.钛及其合金的种类与性能简介n 纯钛应用：钛和钛的合金大量用于航空工业，有“空间金属”之称 ； 另外，在造船工业、化学工业、制造机械部件、电讯器 材、硬质合金等方面有着日益广泛的应用。如：现在，在宇宙火箭和导弹中，就大量用钛代替钢铁 目前世界上每年用于宇宙航行的钛，已达一千吨以上。 极细的钛粉，还是火箭的好燃料用钛来制造潜艇钛潜艇。由于钛非常结实，能 承受很高的压力，这种潜艇可以在深达4500米的深海中 航行。钛的耐热蚀性很好，熔点高达1725。在常温下， 钛可以安然无恙地躺在各种强酸强碱的溶液中。就连最 凶猛的酸王水，也不能腐蚀它。1.钛及其合金的种类与性能简介 生产：1947年，开始冶炼钛，产量只有2吨。1955年产量激增到2万吨。1972年，年产量达到了 20万吨。冶炼：非常困难1.钛及其合金的种类与性能简介n重要的钛化合物有：二氧化钛(TiO2)、四氯化钛 (TiCl4)、偏钛酸钡(BaTiO3)。 TiO2 -白色颜料 TiCl4-人造烟雾剂 BaTiO3-压电性能”，其晶体受压会产生电 流 。用高频电流通过它，则可以产