铜及铜合金的焊接性

铜及铜合金的焊接性

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Cu 2O 。Cu 2O 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%。

4)气孔

气孔是铜及铜合金焊接时常见的缺陷,紫铜焊缝中的气孔主要是氢气孔。氢 气孔的形成与氢在铜中的溶解度随温度下降突变有关。另一种气孔是由冶金反应 生成的水蒸气和二氧化碳等,在焊接凝固时来不及逸出形成的。

5)焊接接头的塑性、导电性、耐蚀性

焊缝及热影响区受热循环后晶粒变粗,各种脆性的低熔点共晶出现在晶界, 使塑性和韧性显著下降。为脱氧加入的锰、硅等元素,以及焊接过程中溶入的杂 质和合金元素,都会不同程度的降低铜接头的导电性能。耐蚀性能的下降主要是 有益元素如锌、镍、铝等的蒸发和烧损造成的。

焊接铜及铜合金时,尽量采用加热面积小、能量密度大、功率大的焊接方 法。对于薄板来讲,最好采用钨极氩弧焊(原因),与激光焊接相比的可行性分析。

铜及铜合金的焊接性

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Cu 2O 。Cu 2O 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%。

4)气孔

气孔是铜及铜合金焊接时常见的缺陷,紫铜焊缝中的气孔主要是氢气孔。氢 气孔的形成与氢在铜中的溶解度随温度下降突变有关。另一种气孔是由冶金反应 生成的水蒸气和二氧化碳等,在焊接凝固时来不及逸出形成的。

5)焊接接头的塑性、导电性、耐蚀性

焊缝及热影响区受热循环后晶粒变粗,各种脆性的低熔点共晶出现在晶界, 使塑性和韧性显著下降。为脱氧加入的锰、硅等元素,以及焊接过程中溶入的杂 质和合金元素,都会不同程度的降低铜接头的导电性能。耐蚀性能的下降主要是 有益元素如锌、镍、铝等的蒸发和烧损造成的。

焊接铜及铜合金时,尽量采用加热面积小、能量密度大、功率大的焊接方 法。对于薄板来讲,最好采用钨极氩弧焊(原因),与激光焊接相比的可行性分析。


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