銅及銅合金講解課件

3/2.21-22銅及銅合金

Copperandcopperalloys

3/2.21-22銅及銅合金

Copperandcopp主要內(nèi)容1、應(yīng)用2、銅的生產(chǎn)3、銅的性質(zhì)4、銅及銅合金、合金元素的影響5、銅材的種類(lèi)及符號(hào)表示

6、銅材的焊接性

7、銅材的焊接工藝要點(diǎn)

8、焊接質(zhì)量的相關(guān)問(wèn)題及預(yù)防措施

主要內(nèi)容1、應(yīng)用發(fā)展和應(yīng)用我國(guó)早在公元前兩千年就已大量生產(chǎn)、使用青銅。十八、十九世紀(jì)，歐洲是銅的主要供應(yīng)地。十九世紀(jì)末，美國(guó)開(kāi)始開(kāi)采大銅礦，煉銅工業(yè)逐漸發(fā)展。二十世紀(jì)，前蘇聯(lián)、智利、加拿大和非洲也興起了煉銅工業(yè)。銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐蝕性、延展性及一定的強(qiáng)度等特性，使得它在電氣、電子、化工、食品、動(dòng)力、交通、航空航天、兵器等工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。如導(dǎo)線、器皿、光學(xué)儀器、換熱器、粉末冶金、防腐油漆、染料、玻璃工業(yè)、機(jī)電工業(yè)等等。制造一部3千瓦的電機(jī)，約需580公斤銅；100公里長(zhǎng)的150mm2的輸電線，約需銅400噸。發(fā)展和應(yīng)用我國(guó)早在公元前兩千年就已大量生產(chǎn)、使用青銅。十八、銅及銅合金講解課件銅的生產(chǎn)一般煉銅的基本過(guò)程是：反射爐熔煉→轉(zhuǎn)爐吹煉→火法精煉→電解精煉。反射爐造锍熔煉冰銅轉(zhuǎn)爐吹煉空氣廢渣（20~40%Cu）SO2煙氣H2SO4焙燒石英石空氣煙氣（含SO2）制粗銅火法精煉轉(zhuǎn)爐渣（98~99%Cu）電解精煉電銅陽(yáng)極泥（提取金、銀、硒、碲）（99.99%Cu）精銅（99.3~99.6%Cu）銅精礦銅的生產(chǎn)一般煉銅的基本過(guò)程是：反射爐熔煉→轉(zhuǎn)爐吹煉→火法精煉電解時(shí)的陰極反應(yīng)：Cu2++2e→Cu。“锍”即“冰銅”：Cu2S+FeS火法精煉的步驟：熔化→氧化→還原→澆注（陽(yáng)極）→陽(yáng)極用于電解→得到電銅→經(jīng)熔化爐加入合金劑做成銅合金鑄錠，再制成板、管、絲或直接成型鑄造成鑄件。電解時(shí)的陰極反應(yīng)：Cu2++2e→Cu?！帮场奔础氨~及銅合金講解課件銅的性質(zhì)（1）熔點(diǎn)：1083℃；沸點(diǎn)：2130℃；（2）比重：8.89g/cm3；（3）導(dǎo)電性好，是鋼的6倍，僅次于銀；（4）導(dǎo)熱性好，是鋼的8倍，為銀的73%；（5）熱膨脹系數(shù)大，是鋼的1.4倍；（6）銅的氧化在室溫時(shí)即已開(kāi)始，氧化膜成為焊接的障礙。銅的性質(zhì)（1）熔點(diǎn)：1083℃；沸點(diǎn)：2130℃；銅及銅合金

合金元素的影響常用銅及銅合金從其表面顏色區(qū)分，如紫銅、黃銅、白銅和青銅。實(shí)質(zhì)上是純銅、銅-鋅、銅-鎳和銅-鋁、銅-錫、銅-硅的合金。青銅具有較高的力學(xué)性能、鑄造性能、耐磨性、耐腐蝕性，并有一定的塑性。除鈹青銅外，其它青銅的導(dǎo)熱性能比紫銅、黃銅降低幾倍乃至幾十倍，而且結(jié)晶溫度區(qū)間較窄，改善了焊接性。銅中的基本合金元素是鋅、錫、鎳、鋁、磷和硅。主要影響銅的強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、變形性能和焊接性。銅及銅合金

合金元素的影響常用銅及銅合金從其表面顏色區(qū)分，如

銅材的表示銅材料標(biāo)記按ISO1190-1標(biāo)記按EN1173有主要符號(hào)和/或一個(gè)附加標(biāo)記數(shù)字編號(hào)按EN1412進(jìn)行標(biāo)記銅材的表示銅材料標(biāo)記按ISO1191）按材料狀態(tài)的標(biāo)記（EN1173）例如：Cu-ETP-D CuZn37-G020拉伸 晶粒度CuZn37-H150 CuBe2-R1200硬度 抗拉強(qiáng)度Cu-OFA007 CuZn30-Y460延伸率 0.2%的屈服點(diǎn)這里的標(biāo)記字母代表各自的性能和給出的最低數(shù)值以%或N/mm2表示。1）按材料狀態(tài)的標(biāo)記（EN1173）2）按材料數(shù)字編號(hào)標(biāo)記（EN1412）舉例標(biāo)記編號(hào) 材料數(shù)字號(hào)Cu-DHP CW024ACu-DLP CW023ACu-ETP CW004ACuNi25 CW350HCuZn37 CW508Z材料數(shù)字號(hào)的組成：—標(biāo)記為：C=銅材—材料種類(lèi)為：W=塑性材料F=填充材料C=鑄造材料S=廢料—連續(xù)三位數(shù)—合金組別（例如）：A/B=純CuG=Cu-Al合金H=Cu-Ni合金L/M=Cu-Zn合金2）按材料數(shù)字編號(hào)標(biāo)記（EN1412）舉例3）中國(guó)牌號(hào)純銅如：T1（Cu99.95%）；T2（Cu99.90%）；T3（Cu99.70%）；T4（Cu99.50%）無(wú)氧銅如：TU1（Cu99.97%）；TU2（Cu99.95%）；TUP（Cu99.50%）TUMn（Cu99.60%）紫銅：Cu≥99.5%，即純銅黃銅：Cu-Zn例如：H62、H59白銅：Cu-Ni例如：B10、B30青銅：Cu-M(除Zn、Ni以外者)例如：QAl9-2、QBe2.5、QSnP10-13）中國(guó)牌號(hào)

銅材的焊接性合金型號(hào)舉例焊接應(yīng)用范圍GWIGMIG無(wú)氧脫氧銅SE-CuSW-CuSF-Cu。。。++++++容器制造管道制造加熱裝置銅—鋁（鋁青銅）CuAl9Ni3Fe2CuAl11Ni6Fe5CuAl5As--++++除塵設(shè)備銅—鎳CuNiFe1MnCuNi30Mn1Fe--++++熱交換器海水管道銅—鋅（黃銅）CuZn2Al2CuZn35Ni2CuZn37-+++。。熱交換器樂(lè)器銅—錫錫青銅CuSn6CuSn8。。++++滾動(dòng)軸水盒容器（膜）銅—鎳—鋅（新銀）CuNi12Zn24CuNi18Zn20。。++--設(shè)備與管道+很好焊接。有條件下焊接-不適宜焊接銅材的焊接性合金型號(hào)舉例焊接應(yīng)用范圍GWIGMI純銅1）韌銅（toughpitch銅）含少量的氧（0.01~0.07%）,以氧化物形式存在。導(dǎo)電性好，用于電氣工業(yè)。易產(chǎn)生焊接裂紋。2）無(wú)氧脫氧銅采用P、Si等脫氧，氧含量極少（0.008%以下）。焊接性好，適用于焊接結(jié)構(gòu)。紫銅在退火狀態(tài)（軟態(tài)）下，塑性增加、強(qiáng)度下降；經(jīng)冷加工變形（硬化）后，強(qiáng)度增加一倍，塑性下降幾倍。加工硬化后的紫銅經(jīng)550~600℃退火，塑性可完全恢復(fù)。焊接結(jié)構(gòu)常用軟態(tài)紫銅。純銅銅合金

銅合金的問(wèn)題是焊接裂紋：由于雜質(zhì)的存在，易產(chǎn)生晶界裂紋、熔敷金屬高溫脆化裂紋。因是完全互溶的單相組織，液-固相線之間距大，同Cu-Al系的雙相組織一樣不能細(xì)化。在400~600℃時(shí)延性顯著下降，故在多層焊時(shí)因再次受熱而易裂，因此要特別注意避免熱輸入過(guò)大。銅合金

銅材的焊接工藝要點(diǎn)1)焊前準(zhǔn)備銅的氧化在室溫時(shí)即已開(kāi)始，因此工件表面會(huì)有氧化膜，此外油、水份、污物等亦均妨礙焊接，坡口面縫兩側(cè)50mm必須清理干凈。2)

焊接工藝的一般要求（弧焊為主）-因其導(dǎo)熱快，要求采用大電流。-合理設(shè)計(jì)坡口形式以盡量減少拘束和收縮應(yīng)力。-合理的焊接順序。-推薦采用TIG焊（填絲容易控制）。-采用Ar或富Ar的（Ar+He）混合氣體保護(hù)。銅材的焊接工藝要點(diǎn)1)焊前準(zhǔn)備3)焊接參數(shù)（以銅的TIG焊為例）-銅及其合金的TIG焊，一般多采用直流正接。-對(duì)于鈹青銅和鋁青銅，采用反接；亦可采用有高頻穩(wěn)弧的交流來(lái)焊接。-熔化極氬弧焊采用反接。直流正接TIG焊（平焊）參數(shù)舉例板厚/mm坡口形式層數(shù)電極直徑/mm焊接電流/A1.53.05.016.0IIVV1124~51.63.24.04.090~100150~200180~300400~4753)焊接參數(shù)（以銅的TIG焊為例）直流正接TIG焊（平焊）參4.銅及銅合金焊接用焊絲

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB9460-88《銅及銅合金焊絲》對(duì)銅及銅合金用焊絲和填充絲作了規(guī)定（表3）。按DIN1773標(biāo)準(zhǔn)填充材料的選擇（表4）.國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為ISO24373.銅及銅合金焊絲（GB9460-88）類(lèi)別名稱(chēng)型號(hào)銅紫銅絲HSCu黃銅1號(hào)黃銅絲HSCuZn—12號(hào)黃銅絲HSCuZn—23號(hào)黃銅絲HSCuZn—34號(hào)黃銅絲HSCuZn—4白銅鋅白銅絲HSCuZnNi白銅絲HSCuNi青銅硅青銅絲HSCuSi錫青銅絲HSCuSn鋁青銅絲HSCuAl鎳鋁青銅絲HSCuAlNi4.銅及銅合金焊接用焊絲銅及銅合金焊絲（GB9460-8銅及銅合金焊絲的選擇銅及銅合金焊絲的選擇焊接質(zhì)量的相關(guān)問(wèn)題及預(yù)防措施純銅純銅焊接區(qū)的主要缺陷：裂紋、氣孔。裂紋主要是熱裂紋、氫蝕裂紋。裂紋：凡是能增大其凝固溫度區(qū)間的元素如Pb（>0.03%）、Bi（>0.005%)、O(>0.02%),P、As等，都增加其熱裂敏感性。

Cu+Bi共晶熔點(diǎn)：270oC;Cu+Pb共晶熔點(diǎn):326oC;

Cu+CuO共晶熔點(diǎn)：1064oC;Cu+CuS共晶熔點(diǎn):1067oC;韌銅中含氧若多，焊接時(shí)如電弧區(qū)存在氫，則由于氫向銅中擴(kuò)散，發(fā)生反應(yīng)而生成H2O，H2O在銅中的擴(kuò)散能力只有H2的0.5%，因氣體壓力增加而致晶間裂紋。

Cu沒(méi)有固相相變，焊接時(shí)生成晶粒粗大的柱狀晶，銅的熱膨脹系數(shù)大，焊接接頭應(yīng)力大，使熱烈傾向增加。氣孔：氫在純銅的溶解度與在崗中相同，但凝固時(shí)是突變，氫的過(guò)飽和程度大，焊縫對(duì)氫氣孔的敏感性比低碳鋼高。另外，水汽也能導(dǎo)致氣孔。焊接質(zhì)量的相關(guān)問(wèn)題及預(yù)防措施純銅含氧銅的焊接裂紋Cu+CuO形成熔點(diǎn)為1064oC的低熔點(diǎn)共晶含氧銅的焊接裂紋Cu+CuO形成熔點(diǎn)為1064oC的低熔點(diǎn)共銅合金銅合金焊接的最大問(wèn)題仍是裂紋。銅合金的焊接裂紋與鋁合金、奧氏體不銹鋼等有許多類(lèi)似之處。即其起因：（1）凝固溫度區(qū)間寬；（2）晶界處有低熔點(diǎn)雜質(zhì)。對(duì)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；對(duì)于Cu-Ni合金，則要盡量避免熱輸入過(guò)大。銅合金防止氣孔的主要措施：A）采用含有脫氧劑（Mn、Si、Ti等）的焊絲；B）高溫預(yù)熱；C）焊后緩冷；D）磁力攪拌熔池。E）

仔細(xì)清除氧化膜。

防止氣孔的主要措施：防止變形的措施銅及銅合金線膨脹系數(shù)大、收縮率大；導(dǎo)熱性好，使HAZ區(qū)寬，易產(chǎn)生變形，防止措施如下：①采用合理的焊接順序；②焊前預(yù)熱；③焊后錘擊，消除應(yīng)力。防止未熔合/未焊透的措施①采用能量集中的熱源；②采用大功率；③焊前預(yù)熱。防止變形的措施HAZ強(qiáng)度下降例如：材料SF-CuF36的6mm的板材，抗拉強(qiáng)度：290-360N/mm2，布氏硬度：85