1、国际焊接学会授权的培训机构国际焊接学会授权的培训机构 哈尔滨焊接技术培训中心哈尔滨焊接技术培训中心 Harbin Welding Training Institute 国际焊接工程师培训课程国际焊接工程师培训课程Training Course for International Welding EngineerIIW Authorised Training Body3/2.21-22铜及铜合金铜及铜合金Copper and copper alloys IIW Authorised Training Body主要内容主要内容1、应用、应用2、铜的生产、铜的生产3、铜的性质、铜的性质4、铜及铜合金
2、、合金元素的影响、铜及铜合金、合金元素的影响5、铜材的种类及符号表示、铜材的种类及符号表示 6、铜材的焊接性铜材的焊接性 7、铜材的焊接工艺要点铜材的焊接工艺要点 8、焊接质量的相关问题及预防措施焊接质量的相关问题及预防措施 IIW Authorised Training Body发展和应用发展和应用 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。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、加拿大和非洲发
3、展。二十世纪，前苏联、智利、加拿大和非洲也兴起了炼铜工业。也兴起了炼铜工业。 铜具有优良的铜具有优良的导电性、导热性、耐蚀性、延展性导电性、导热性、耐蚀性、延展性及一定的强度等特性及一定的强度等特性，使得它在电气、电子、化，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。中得到了广泛的应用。如导线、器皿、光学仪器如导线、器皿、光学仪器、换热器、粉末冶金、防腐油漆、染料、玻璃工、换热器、粉末冶金、防腐油漆、染料、玻璃工业、机电工业等等。业、机电工业等等。制造一部制造一部3千瓦的电机，约需千瓦的电机，约需580公斤铜；公
4、斤铜；100公里长的公里长的150mm2的输电线，约需的输电线，约需铜铜400吨。吨。IIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training Body铜的生产铜的生产 一般炼铜的基本过程是：反射炉熔炼一般炼铜的基本过程是：反射炉熔炼转炉吹炼转炉吹炼火法精火法精炼炼电解精炼。电解精炼。反射炉造锍熔炼反射炉造锍熔炼冰铜冰铜转炉吹炼转炉吹炼空气空气废渣废渣（20 40 % Cu）SO2烟气烟气 H2SO4焙烧焙烧石英石石英石空气空气烟气（含烟气（含SO2）制）制粗铜粗铜火法精炼火法精炼转炉渣转炉渣（98 99 % Cu）电解精炼电解精炼电铜电铜阳极泥阳
5、极泥（提取金、银、硒、碲）（提取金、银、硒、碲）（99.99 % Cu）精铜精铜（99.3 99.6 % Cu）铜精矿铜精矿IIW Authorised Training Body 电解时的阴极反应：电解时的阴极反应：Cu2+ + 2e Cu。“锍锍”即即“冰铜冰铜”：Cu2 S + FeS 火法精炼的步骤：火法精炼的步骤： 熔化熔化氧化氧化还原还原浇注（阳浇注（阳极）极）阳极用于电解阳极用于电解得到电铜得到电铜 经熔化炉加入经熔化炉加入合金剂做成铜合金铸锭合金剂做成铜合金铸锭 ，再制成板、管、丝或直，再制成板、管、丝或直接成型铸造成铸件。接成型铸造成铸件。IIW Authorised Tra
6、ining BodyIIW Authorised Training Body铜的性质铜的性质（1）熔点：）熔点：1083；沸点：；沸点：2130；（2）比重：）比重：8.89g/cm3；（3）导电性好，是钢的）导电性好，是钢的6倍，仅次于银；倍，仅次于银；（4）导热性好，是钢的）导热性好，是钢的8倍，为银的倍，为银的73%；（5）热膨胀系数大，是钢的）热膨胀系数大，是钢的1.4倍；倍；（6）铜的氧化在室温时即已开始，氧化膜成为焊接）铜的氧化在室温时即已开始，氧化膜成为焊接的障碍。的障碍。IIW Authorised Training Body铜及铜合金铜及铜合金合金元素的影响合金元素的影响 常
7、用铜及铜合金从其表面颜色区分，如常用铜及铜合金从其表面颜色区分，如紫铜紫铜、黄黄铜、白铜和青铜。实质上是纯铜、铜铜、白铜和青铜。实质上是纯铜、铜-锌、铜锌、铜-镍镍和铜和铜-铝、铜铝、铜-锡、铜锡、铜-硅的合金。硅的合金。青铜具有较高的青铜具有较高的力学性能、铸造性能、耐磨性、耐腐蚀性，并有力学性能、铸造性能、耐磨性、耐腐蚀性，并有一定的塑性。一定的塑性。除铍青铜外，其它除铍青铜外，其它青铜的导热性能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、磷和硅铜中
8、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。主要影响铜的强度、化学稳定性、变形性能和焊接性。焊接性。IIW Authorised Training Body 铜材的表示铜材的表示铜材料标记按铜材料标记按ISO1190-1标记按标记按 EN1173有主要符号和有主要符号和/或一个附加标记或一个附加标记数字编号按数字编号按EN1412进行标记进行标记IIW Authorised Training Body1）按材料状态的标记（）按材料状态的标记（ EN1173）例如：例如：Cu-ETP-D Cu Zn37-G020 拉伸拉伸 晶粒度晶粒度Cu Zn37-H15
9、0 Cu Be2-R1200 硬度硬度 抗拉强度抗拉强度Cu-OF A007 Cu Zn30-Y460 延伸率延伸率 0.2%的屈服点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这里的标记字母代表各自的性能和给出的最低数值以%或或N/mm2表示。表示。IIW Authorised Training Body2）按材料数字编号标记（）按材料数字编号标记（EN1412）举例）举例 标记编号标记编号材料数字号材料数字号 Cu-DHP CW024A Cu-DLP CW023A Cu-ETP CW004A Cu Ni 25 CW350H Cu Zn 37 CW508Z材料数字号的组成：材料数字
10、号的组成：标记为：标记为：C=铜材铜材材料种类为：材料种类为：W=塑性材料塑性材料F=填充材料填充材料C=铸造材料铸造材料S=废料废料连续三位数连续三位数合金组别（例如）：合金组别（例如）：A/B=纯纯Cu G=Cu-Al合金合金 H=Cu-Ni合合金金 L/M=Cu-Zn合金合金IIW Authorised Training Body3）中国牌号）中国牌号纯铜如：纯铜如：T1（ Cu 99.95 %）；）；T2（ Cu 99.90%）；）；T3（Cu 99.70 %）；）；T4（Cu 99.50 %）无氧铜如：无氧铜如：TU1 （ Cu 99.97 %）；）；TU2 （Cu 99.95 %）
11、；）；TUP （Cu 99.50 %）TUMn（Cu 99.60 %）紫铜：）紫铜：Cu 99.5 % ，即纯铜，即纯铜黄铜：黄铜：Cu-Zn 例如：例如：H62、H59白铜：白铜：Cu-Ni 例如：例如：B10、B30青铜：青铜：Cu-M(除除Zn、Ni以外者以外者) 例如：例如：QAl 9-2、QBe2.5、QSnP10-1IIW Authorised Training Body 铜材的焊接性铜材的焊接性合金型号合金型号举例举例焊接焊接应用范围应用范围GWIGMIG无氧无氧脱氧脱氧铜铜SE-CuSW-CuSF-Cu。+容器制造容器制造管道制造管道制造加热装置加热装置铜铜铝铝（铝青铜）（铝青
12、铜）CuAl9Ni3Fe2CuAl11Ni6Fe5CuAl5As-+除尘设备除尘设备铜铜镍镍CuNiFe1MnCuNi30Mn1Fe-+热交换器热交换器海水管道海水管道铜铜锌锌（黄铜）（黄铜）CuZn2Al2CuZn35Ni2CuZn37-+。热交换器热交换器乐器乐器铜铜锡锡锡青铜锡青铜CuSn6CuSn8。+滚动轴水盒滚动轴水盒容器（膜）容器（膜）铜铜镍镍锌锌（新银）（新银）CuNi12Zn24CuNi18Zn20。+-设备与管道设备与管道+很好焊接很好焊接 。有条件下焊接有条件下焊接 -不适宜焊接不适宜焊接IIW Authorised Training Body 纯铜纯铜1）韧铜（）韧铜（
13、tough pitch铜）含少量的氧（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。易以氧化物形式存在。导电性好，用于电气工业。易产生产生焊接裂纹焊接裂纹。2）无氧脱氧铜）无氧脱氧铜 采用采用P、Si等脱氧，氧含量极少（等脱氧，氧含量极少（0.008 % 以下）。焊接性好，适用于焊接结构。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；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下降几倍。加工硬化后的紫铜经550
14、600退火，塑退火，塑性可完全恢复。焊接结构常用软态紫铜性可完全恢复。焊接结构常用软态紫铜。IIW Authorised Training Body 铜合金铜合金 铜合金的问题是铜合金的问题是焊接裂纹焊接裂纹： 由于杂质的存在，易产生晶界裂纹、熔敷金属高温脆化由于杂质的存在，易产生晶界裂纹、熔敷金属高温脆化裂纹。裂纹。 因是完全互溶的单相组织，液因是完全互溶的单相组织，液-固相线之间距大，同固相线之间距大，同Cu-Al系的双相组织一样不能细化。在系的双相组织一样不能细化。在400600时延性显时延性显著下降，故在多层焊时因再次受热而易裂，因此要特别注意著下降，故在多层焊时因再次受热而易裂，因此
15、要特别注意避免热输入过大避免热输入过大。IIW Authorised Training Body 铜材的焊接工艺要点铜材的焊接工艺要点1)焊前准备焊前准备 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，化膜，此外油、水份、污物等亦均妨碍焊接，坡口坡口面缝两侧面缝两侧50mm必须清理干净。必须清理干净。2) 焊接工艺的一般要求焊接工艺的一般要求（弧焊为主）（弧焊为主）-因其导热快，要求采用大电流。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。合理设计坡口形式以尽量减少拘束和收缩应力。-合理
16、的焊接顺序。合理的焊接顺序。-推荐采用推荐采用TIG焊（填丝容易控制）。焊（填丝容易控制）。-采用采用Ar或富或富Ar的（的（Ar+He）混合气体保护。）混合气体保护。IIW Authorised Training Body3)焊接参数（以铜的焊接参数（以铜的TIG焊为例）焊为例）-铜及其合金的铜及其合金的TIG焊，一般多采用直流正接。焊，一般多采用直流正接。-对于对于铍青铜和铝青铜铍青铜和铝青铜，采用反接；亦可采用有高频，采用反接；亦可采用有高频稳弧的交流来焊接。稳弧的交流来焊接。-熔化极氩弧焊采用反接。熔化极氩弧焊采用反接。直流正接直流正接TIG焊（平焊）参数举例焊（平焊）参数举例板厚板厚
17、/ mm坡口形式坡口形式层层 数数电极直径电极直径 / mm焊接电流焊接电流 / A1.53.05.016.0IIVV112451.63.24.04.090100150200180300400475IIW Authorised Training Body4.铜及铜合金焊接用焊丝铜及铜合金焊接用焊丝 国家标准国家标准GB 9460-88铜及铜合金焊丝铜及铜合金焊丝对铜及铜合金用对铜及铜合金用焊丝和填充丝作了规定（表焊丝和填充丝作了规定（表3）。按）。按DIN1773标准填充材料标准填充材料的选择（表的选择（表4）.国际标准为国际标准为ISO24373.铜及铜合金焊丝（铜及铜合金焊丝（GB 946
18、0-88）类类 别别名名 称称型型 号号铜铜紫紫 铜铜 丝丝HSCu黄黄 铜铜1号黄铜丝号黄铜丝HSCuZn 12号黄铜丝号黄铜丝HSCuZn 23号黄铜丝号黄铜丝HSCuZn 34号黄铜丝号黄铜丝HSCuZn 4白白 铜铜锌白铜丝锌白铜丝HSCuZnNi白白 铜铜 丝丝HSCuNi青青 铜铜硅青铜丝硅青铜丝HSCuSi锡青铜丝锡青铜丝HSCuSn铝青铜丝铝青铜丝HSCuAl镍铝青铜丝镍铝青铜丝HSCuAlNiIIW Authorised Training Body铜及铜合金焊丝的选择铜及铜合金焊丝的选择IIW Authorised Training Body 焊接质量的相关问题及预防措施焊接
19、质量的相关问题及预防措施 纯铜纯铜 纯铜焊接区的主要缺陷：纯铜焊接区的主要缺陷：裂纹、气孔裂纹、气孔。裂纹主要是热裂纹、氢蚀裂纹。裂纹主要是热裂纹、氢蚀裂纹。裂纹：裂纹： 凡是能增大其凝固温度区间的元素如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。等，都增加其热裂敏感性。 Cu+Bi 共晶熔点：共晶熔点：270oC; Cu+Pb共晶熔点共晶熔点:326oC; Cu+CuO 共晶熔点：共晶熔点：1064oC; Cu+CuS共晶熔点共晶熔点: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，
20、发生韧铜中含氧若多，焊接时如电弧区存在氢，则由于氢向铜中扩散，发生反应而生成反应而生成H2O， H2O在铜中的扩散能力只有在铜中的扩散能力只有H2的的0.5%，因气体压力增加，因气体压力增加而致晶间裂纹。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，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。焊接接头应力大，使热烈倾向增加。气孔气孔 ： 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，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
21、气孔。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。IIW Authorised Training Body含氧铜的焊接裂纹含氧铜的焊接裂纹Cu+CuO形成熔点形成熔点为为1064C的的低熔点低熔点共晶共晶IIW Authorised Training Body 铜合金铜合金 铜合金焊接的最大问题仍是铜合金焊接的最大问题仍是裂纹裂纹。铜合金的焊接。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。裂纹与铝合金、奥氏体不锈钢等有许多类似之处。即其起因：即其起因：（1）凝固温度区间宽；）凝固温度区间宽；（2）晶界处有低熔点杂质。）晶界处有低熔点杂质。 对于对于Cu-Al合金，采用含
22、有抑制脆化相析出的元合金，采用含有抑制脆化相析出的元素素Ni、Fe、Mn的焊接材料；对于的焊接材料；对于Cu-Ni合金，则合金，则要尽量避免热输入过大。要尽量避免热输入过大。IIW Authorised Training Body防止防止气孔气孔的主要措施：的主要措施：A）采用含有脱氧剂（）采用含有脱氧剂（Mn、Si、Ti等）的焊丝；等）的焊丝；B）高温预热；）高温预热；C）焊后缓冷；）焊后缓冷；D）磁力搅拌熔池。）磁力搅拌熔池。E） 仔细清除氧化膜。仔细清除氧化膜。 IIW Authorised Training Body 防止防止变形变形的措施的措施 铜及铜合金线膨胀系数大、收缩率大；导热
23、性铜及铜合金线膨胀系数大、收缩率大；导热性好，使好，使HAZ区宽，易产生变形，防止措施如下：区宽，易产生变形，防止措施如下： 采用合理的焊接顺序；采用合理的焊接顺序； 焊前预热；焊前预热； 焊后锤击，消除应力。焊后锤击，消除应力。防止防止未熔合未熔合/未焊透未焊透的措施的措施 采用能量集中的热源；采用能量集中的热源； 采用大功率；采用大功率； 焊前预热。焊前预热。IIW Authorised Training BodyHAZ强度下降强度下降 例如：材料例如：材料SF-CuF36的的6mm的板材，抗拉强度：的板材，抗拉强度：290-360N/mm2，布氏硬度：，布氏硬度：85-105 （晶粒长大
24、）（晶粒长大）不同焊接方法时不同焊接方法时HAZ的强度、硬度的下降的强度、硬度的下降IIW Authorised Training Body 金属蒸发金属蒸发 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。IIW Authorised Training Body小小 结结1、了解铜及铜合金的应用及铜的生产、了
25、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、掌握铜的性质、常用铜及铜合金以及合金元素的影响元素的影响 3、了解铜材的种类及符号表示、了解铜材的种类及符号表示 4、掌握、掌握铜材的焊接性、焊接工艺要点及焊接铜材的焊接性、焊接工艺要点及焊接质量的相关问题及预防措施质量的相关问题及预防措施 IIW Authorised Training Body人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。IIW Authorised Training Body
