铜及铜合金.

铜及铜合金CopperandcopperalloysIIWAuthorisedTrainingBody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IIWAuthorisedTrainingBody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。IIWAuthorisedTrainingBodyIIWAuthorisedTrainingBody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。反射炉造锍熔炼冰铜转炉吹炼空气废渣（20~40%Cu）SO2烟气H2SO4焙烧石英石空气烟气（含SO2）制粗铜火法精炼转炉渣（98~99%Cu）电解精炼电铜阳极泥（提取金、银、硒、碲）（99.99%Cu）精铜（99.3~99.6%Cu）铜精矿IIWAuthorisedTrainingBody•电解时的阴极反应：Cu2++2e→Cu。“锍”即“冰铜”：Cu2S+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。IIWAuthorisedTrainingBodyIIWAuthorisedTrainingBody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。IIWAuthorisedTrainingBody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。IIWAuthorisedTrainingBody铜材的表示铜材料标记按ISO1190-1标记按EN1173有主要符号和/或一个附加标记数字编号按EN1412进行标记IIWAuthorisedTrainingBody1）按材料状态的标记（EN1173）例如：Cu-ETP-DCuZn37-G020拉伸晶粒度CuZn37-H150CuBe2-R1200硬度抗拉强度Cu-OFA007CuZn30-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。IIWAuthorisedTrainingBody2）按材料数字编号标记（EN1412）举例标记编号材料数字号Cu-DHPCW024ACu-DLPCW023ACu-ETPCW004ACuNi25CW350HCuZn37CW508Z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CuG=Cu-Al合金H=Cu-Ni合金L/M=Cu-Zn合金IIWAuthorisedTrainingBody3）中国牌号纯铜如：T1（Cu99.95%）；T2（Cu99.90%）；T3（Cu99.70%）；T4（Cu99.50%）无氧铜如：TU1（Cu99.97%）；TU2（Cu99.95%）；TUP（Cu99.50%）TUMn（Cu99.60%）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：QAl9-2、QBe2.5、QSnP10-1IIWAuthorisedTrainingBody铜材的焊接性合金型号举例焊接应用范围GWIGMIG无氧脱氧铜SE-CuSW-CuSF-Cu。。。++++++容器制造管道制造加热装置铜—铝（铝青铜）CuAl9Ni3Fe2CuAl11Ni6Fe5CuAl5As--++++除尘设备铜—镍CuNiFe1MnCuNi30Mn1Fe--++++热交换器海水管道铜—锌（黄铜）CuZn2Al2CuZn35Ni2CuZn37-+++。。热交换器乐器铜—锡锡青铜CuSn6CuSn8。。++++滚动轴水盒容器（膜）铜—镍—锌（新银）CuNi12Zn24CuNi18Zn20。。++--设备与管道+很好焊接。有条件下焊接-不适宜焊接IIWAuthorisedTrainingBody•纯铜1）韧铜（toughpitch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550~600℃退火，塑性可完全恢复。焊接结构常用软态紫铜。IIWAuthorisedTrainingBody•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400~600℃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。IIWAuthorisedTrainingBody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。IIWAuthorisedTrainingBody3)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。直流正接TIG焊（平焊）参数举例板厚/mm坡口形式层数电极直径/mm焊接电流/A1.53.05.016.0IIVV1124~51.63.24.04.090~100150~200180~300400~475IIWAuthorisedTrainingBody4.铜及铜合金焊接用焊丝国家标准GB9460-88《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（GB9460-88）类别名称型号铜紫铜丝HSCu黄铜1号黄铜丝HSCuZn—12号黄铜丝HSCuZn—23号黄铜丝HSCuZn—34号黄铜丝HSCuZn—4白铜锌白铜丝HSCuZnNi白铜丝HSCuNi青铜硅青铜丝HSCuSi锡青铜丝HSCuSn铝青铜丝HSCuAl镍铝青铜丝HSCuAlNiIIWAuthorisedTrainingBody铜及铜合金焊丝的选择IIWAuthorisedTrainingBody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。IIWAuthorisedTrainingBody含氧铜的焊接裂纹Cu+CuO形成熔点为1064ºC的低熔点共晶IIWAuthorisedTrainingBody•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。IIWAuthorisedTrainingBody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。IIWAuthorisedTrainingBody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：①采用合理的焊接顺序；②焊前预热；③焊后锤击，消除应力。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。IIWAuthorisedTrainingBodyHAZ强度下降•例如：材料SF-CuF36的6mm的板材，抗拉强度：290-360N/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IIWAuthorisedTrainingBody•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。IIWAuthorisedTrainingBody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