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1、铜及铜合金的材料及焊接性一、铜及铜合金的种类、牌号及性能铜及铜合金以它独特而优越的综合性能，得到广泛的应用。铜具有优良的导电性能、导热性能、抗腐蚀性能以及非常好的加工成型性能，某些铜合金还兼有较高的强度和耐磨性能。因此,铜及铜合金在电气、电子、化工、机械、造船、制氧、酿造、动力、交通及航空、航天、兵器等工业中都得到了广泛的应用。根据表面颜色及化学成分，铜及其合金可以分为紫铜、黄铜、青铜及白铜四大类；按照使用时的状态或成型的方法，铜及铜合金又可分为铸造铜和加工铜两大类，而且除了合金含量较高的高锡青铜、高硅青铜和高铅青铜外，大部分铜及铜合金都是既可作为铸造铜，又可作为加工铜来使用。(1)紫铜。紫铜
2、即纯铜，是铜含量不低于99.5%的工业纯铜，因表面颜色为紫红色而得名。它具有极好的导电性和导热性，良好的常温和低温性能，对大气、海水及某些化学药品都具有良好的耐腐蚀性。紫铜的强度和硬度较低，冷变形对紫铜力学性能影响很大，可以提高其强度和硬度，但塑性会明显下降。用550600C退火可以消除冷加工硬化，恢复塑性。紫铜在40070(C的高温下，强度和塑性都会显著降低，因此在热加工时应引起足够的重视。紫铜的性能与其所含杂质的成分和数量有关，杂质是在纯铜冶炼过程中带入的，所有的杂质都会在一定程度上降低铜的导电性，其中以磷最为显著，但磷却是铜及铜合金的一个良好的脱氧元素，用磷脱氧的纯铜称为磷脱氧铜，可用于
3、制造重要的焊接结构。杂质中的硫、氧、铅、钮等元素还能与铜形成各种脆性化合物和低熔点共晶，增大紫铜的冷脆性和焊接接头产生热裂纹的倾向。所以要求工业纯铜的杂质含量不得超过一定数量，纯铜等级的划分就是取决于杂质元素的含量。根据纯铜中氧含量的不同，可将纯铜分为普通工业纯铜（Tl、T4）和无氧铜（磷脱氧铜TUP、TUPn和无氧铜TU1、TU2）。普通工业纯铜的氧含量在002%0l%之间，磷脱氧铜（以磷、镒、硅等元素作为脱氧剂）的氧含量在0.01%以下，用高纯度纯铜经真空熔炼后而得到的无氟纯铜，其氧含量在0.003%以下。紫铜的牌号、成分及性能见表1-3、表l-40表1-3紫铜的牌号及成分类别牌号主要成分
4、（质及分数）（%）用途CuPMn纯铜Tl99.95余址余收电线、电缆.雷管T299.90余量余垃导电用铜材.冷凝管T399.70余量余量般用铜材.如开关、散热片T499.5()余St余Ia一般用铜材.如输电管道等无班铜TUl99.97余必余量电或空器件用铜件TU299.95余依电真空器件用铜件TLP99.500.01-0.04余址焊接用铜材TlJMn99.60余址0.1-0.3电子管的脚情及支杆表1-4紫铜的力学性能抗拉强度（MPa）伸长率（%）断面收缩率（%）冲击韧性（Jmj）硬度(HR)软点、196-235507517535硬态392-490h36120（2）黄铜。黄铜是由铜和锌组成的二元
5、铜合金，它的颜色随含锌量的增加由红黄色变成淡黄色。黄铜的强度、硬度、耐腐蚀性能和铸造性能都比紫铜高，并能进行冷、热加工，价格也比紫铜便宜，因此作为结构材料在工业上得到更广泛的应用。在普通黄铜中加入少量的锡、钵、铅、硅、铝、银、铁等元素，构成特殊黄铜，如锡黄铜、钵黄铜、铅黄铜、硅黄铜、铝黄铜、银黄铜和铁黄铜等，可以使力学性能、耐腐蚀性能和工艺性能进一步提高。经过冷加工（如冲压、弯曲）或焊接后的黄铜，必须进行退火，以消除应力，防止产生应力腐蚀裂纹。一般退火温度为300400。黄铜根据工艺性能、力学性能和用途不同，可分为压力加工黄铜和铸造黄铜两大类。常用加工黄铜、铸造黄铜的牌号及成分见表1-5,几种
6、黄铜的性能见表l-6o表1-5常用加工黄铜、铸造黄铜的牌号及成分类别牌号在要元素成分（质献分数）（%）用途CuZn其他根力加工黄铜杵通黄MH6867.0-70.()余fit弹壳.冷凝器等深冲件H6260.563.5余M散热器.单网.弹BL船粕零件等H5957*60公不机械.电器零件.煌接件,冷冲乐件等郎黄铜HPb63-362.565.0；1/Pb:2.43.0钟表.汽车.拖拉机.般机械零件HPb61-159.0-61.0余StPb:0.6-LO结构零件HPb59-l57.0-60.0kPb:0.81.9热冲压及切削加I：零件.如管嘴、笔圈、螺钉,钠子等锡黄铜HSn90-l88.091.0Sn:
7、0.250.75汽车.推拉机弹1套盒等HS1162-161.063.0余依Sn：0.71.1船舶、热电厂中高温耐腐蚀冷凝器管类别弹号主要元素成分(质依分数)(%)用途CuZn其他锡贵铜HSn60-159.061.0M:Sn：LO-1.5与海水和汽油接触的船舶零件铝黄铜HAI67-2.566.068.0余依A1：2.03.0Fe:0.6Pb:0.5船的冷凝器及Jt他耐蚀零件HA160-I-I58.0-61.0余量AI：0.71.5Fr:0.7-1.5Mn:0.1-0.6府轮.村套、轴及其他耐蚀零件HAI59-3-257.060.0：A1：2.53.5Ni:2.03.0Fe：().5船舶电机等常温
8、下r作的高强度耐蚀零件造黄铜ZCUZn38(ZH62)60.0-63.0Pd法芝、阀座、支架、手柄和螺母等ZCuZn25Al6Kr3Mn3(ZHAI66-6-3-2)60.066.0公吊AI：4.5-7.0Fe：2.0-4.0Mn：1.5-4.0高强度.耐磨零件,如大型蜗杆配件、衬套、轴长、桥梁支探板等ZCuZn38Mn2Pb2(ZHMn58-2-2)57.065.0於h：Ph1.52.5Mn11.5-2.5轴承、村套和K他耐磨零件ZCZn4()Mn3Krl(ZHMn55-3-1)53.05,0余址Mn:3.04.0Fr：0.5-1.5耐海水腐烛零件,300以FT.作的管配件.如船舶螺旋桨等大
9、型铸件ZCuZnl6Si4(ZHSi80-3)79.0-81.0余IftSi：2.54.5铸造配件、齿轮等表1-6几种黄铜的性能牌号状态力学性ft物理性能6(MPa)8(%)硬度(HB)密度4-3Sn;3.5-4.5个吊Zn:2.73.3弹性元件、化r机械耐磨零件和抗磁零件VSn4-4-25Sn：3.0-5.0Zn：3.0-5.0Pb:1.5-3.5航空、汽车、拖拉机用耐磨零件.如轴焚等QSn4-4-4Sn：3.05.0!.IZn：3.05.0Pb:3545QS116.5-O.1Sn：6.07.0P：0.10.25精密仪器中的耐磨零件.抗磁零件等QSn65-0.4Sn：6.07.0.i,.三P
10、：0.25-0.4金属网、弹簧及耐磨零件铝青铜VA15A1：4.06.0余代抻MQAI7A1：6.08.0余IitQAI9-2AI：8.010.0Mn：1.5*2.5Zn：1.0船舶和电器设备、在250以下工作的零件和管配件QAI9-4AI：8.0-10.0；：1Fe：2.O-4.OZn：1.0姐船及电气零件续我槃别牌号主嬖元素成分(质僦分数)(%)用途主要合金元素Cu其他铝青铜QAI10-4-4A1：9.511.0余iF：3.5-5.5Ni：3.55.5高强度耐磨零件和/Mrr以下工作的零件.如齿轮、阀座等硅青铜QSi3-!Si：2.7-3.5余猿Mn:1.01.5弹簧和耐他零件QSiI-3
11、Si：0.6-1.1h,.iNi：2.43.4Mn:0.10.4发动机中结构零件，500P以下工作的摩擦零件被青铜QBe2Br：1.8-2.1余俄Ni：0.2-0.5而要的弹簧.弹性元件.耐磨零件及高压、高速、高温轴承QBel.7Br：1.6-1.85加Ni：0.2-0.4Ti：0.1-0.25QBH.9Be：1.85-2.10金MNi：0.20.4Ti：0.1-0.25铸造青铜ZQSnPlO-ISn:911余献P：0.31.2肃要轴承、齿轮ZQSn-Ph663Sn：5-7JrZn：5-7Pb:2-4耐磨零件ZQAIMn9-2h8-10M卜Sn:810Mn:1.52.5造船中脩造简单的大型铸件
12、等ZQAlFIAl：8-10余量F。：24而要零件1-8几种青铜的物理性能和力学性能类别牌号力学性能物理性能S(MPa)6(%)硬度(HB)密度(g.I软态34339256-6080H.4I02545.9815.8硬态637735180力学性能物理件能(4)白铜。白铜是铜和银的合金，是因银的加入使铜逐渐由紫色变白色而得名。在白铜中除银外，还可加入镒、铁、锌、铅、铝等合金元素而形成特殊白铜。白铜具有良好的力学性能、耐蚀性能和低温性能，而且其导热性和导电性都接近于碳钢，焊接性较好，焊前不需预热。但白铜对于磷、硫等杂质很敏感，易形成热裂纹,焊接时要严格限制杂质含量。通常白铜是作为一种高耐蚀性能材料而
13、广泛应用于化工、海水工程中的，其银的含量多为10%、20%和30%。常用白铜牌号和成分见表1-9,力学性能和物理性能见表1-10。1-9白铜的牌号和成分牌号E赛元素成分(质质分数)(%)用途NiCu其他BlO911余MMn：0.51.0B3029-33余献海水和船舶电气工业用的冷凝管表I-IO白铜的力学性能和物理性能牌号力学性能物理性能/(MPa)6(%)硬度(HB)密度(g,m1)熔点(七)导热系数(WZmK)线胀系数(I(TTK)BIO软态I14930.93硬态BM)软态39223-2860-708.9I2)37.216硬态488.449l二、铜及铜合金的焊接性(1)难熔合。铜的导热性特别
14、高，焊接时热量迅速从加热区传出去，使得焊接区难以达到熔化温度，所以母材和填充金属难熔合，易形成未焊透的现象。焊件厚度越大，散热越严重。(2)易产生气孔。一方面，铜在高温液态时能溶解大量的氢(其溶解度远大于氢在钢中的溶解度)，而在凝固结晶时氢在铜中的溶解度急剧下降，大量的氢要向外逸出，而铜的导热性强(导热性比低碳钢高7倍以上)，焊接熔池凝固非常快，使氢来不及扩散逸出，就在焊缝中形成气孔。另一方面，熔池金属氧化而形成的氧化亚铜，与熔池中的氢或一氧化碳发生化学反应生成水蒸气和二氧化碳，在熔池凝固时来不及逸出，也会形成气孔。铜合金焊接时的气孔倾向比纯铜要大得多，一般分布在焊缝中心和接近熔合线处。（3）
15、易产生裂纹。焊接时铜在液态时很容易氧化，生成的氧化亚铜会与铜形成低熔点共晶；另外，母材中的杂质铅、钿、硫等分别与铜形成低熔点共晶，它们在结晶过程中分布在焊缝和热影响区的枝晶间或晶界处，以液态薄膜形式存在，降低其高温强度和塑性，使其具有明显的热脆性。同时，铜及铜合金在加热过程中晶粒长大倾向严重，也有助于薄弱面的形成。铜及铜合金的线胀系数和收缩率较大，使接头产生较大的焊接变形和应力，因而增大了焊接接头热裂纹倾向。（4）焊接接头性能下降。塑性及韧性严重下降。由于铜是单相组织，没有同素异构转变，因此焊缝都是粗大晶粒组织，再加上在晶界上存有各种脆性的低熔点共晶，使接头的塑性和韧性显著下降。导电性下降。焊接过程中的杂质和合金元素的熔入都会不同程度地使紫铜的焊接接头导电性变坏。耐蚀性下降。铜合金的耐蚀性能主要是依靠Zn、Mn,Ni、Al等元素的合金化形成的。焊接过程中这些元素弧不同程度地蒸发、氧化和烧损，使接头的耐蚀性能下降。焊接应力的存在则促使对应力腐蚀敏感的高锌黄铜、铝青铜、银猛青铜的焊接接头在腐蚀环境中过早地破坏。（5）焊缝成形能力差。铜在熔化温度时，表面张力比铁小，流动性好，因此，表面成形能力差，当用大功率溶化极气体保护焊或埋弧焊时，熔化金属易流失。
