1、20921-8a第8章有色金属的焊接8.1铝及铝合金的焊接8.2钛及钛合金的焊接8.3铜及铜合金的焊接20921-8a8.1铝及铝合金的焊接铝及其合金不但具有高的比强度、比模量、疲劳强度和耐腐蚀稳定性，而且具有良好的成形性能和焊接性能，从而成为航空、航天、船舶、铁路及武器装备等工业中广泛应用的有色金属结构材料。20921-8a8.1.1铝及铝合金的种类和性能1.铝及铝合金的种类2.变形铝合金的成分及性能20921-8a8.1.1铝及铝合金的种类和性能表8-1典型变形铝合金的化学成分(质量分数)(%)牌号AlCuMnMgZnCrNiTiZrSiFe其他1A9799970005001500151A
2、85998500100801010709970004003003004003020025V:00510509950005005005005003025040V:00511009900005020005010(Si+Fe):09520921-8a表8-1典型变形铝合金的化学成分(质量分数)(%)2A11余量384804008040080300100150707(Fe+Ni):0702A14余量394804001040803001001506120703A21余量0201016005010015060705A01余量01000307607002501020102(Si+Fe):04020921-8
3、a表8-1典型变形铝合金的化学成分(质量分数)(%)5A06余量010050084868020002010040040Be:0000100055A13余量005040089210502001005015013030Be:0005Sb:000400520921-8a表8-1典型变形铝合金的化学成分(质量分数)(%)5082余量01501540500250150100200355083余量0100401040490250050250150400406061余量0150400150812025004035015040080706063余量0100100450901001001002006035209
4、21-8a表8-1典型变形铝合金的化学成分(质量分数)(%)7A01余量00109130300307A03余量18240101216606700502002020921-8a8.1.1铝及铝合金的种类和性能表8-1典型变形铝合金的化学成分(质量分数)(%)牌号AlCuMnMgZnCrNiTiZrSiFe其他7A09余量1220015203051610160300500507003余量02003005010506502003003520921-8a8.1.1铝及铝合金的种类和性能表8-2铝及铝合金的物理性能合金类型与牌号密度/(g/c)(20)比热容/J/(g)(100)热导率/W/(cm)(2
5、5)线膨胀系数/(1/)(20100)电阻率/(1cm)(20)纯铝269090221236267防锈铝5A032670881462354965A062640921172376733A21273100180232345硬铝2A122780921172275792A16284088138226610超硬铝7A04285159231420锻铝6A022700791752353702A1428008315922543020921-8a8.1.2铝及铝合金的焊接性分析表8-3铝及铝合金的焊接性比较焊 接 性抗拉强度/MPa40020921-8a表8-3铝及铝合金的焊接性比较合金牌号1050A、1100
6、优良3A21优良5A025A06、5083优良5A03(冷轧)、7039、7N01、7005优良6A2、2A16(退火)适中2A06、2219、2519适中2A11、2A12、2A90、2A14较差7A04、2195最差20921-8a8.1.2铝及铝合金的焊接性分析8-2.TIF20921-8a8.1.2铝及铝合金的焊接性分析(1)气孔的分布特征1)临近焊缝表层的“皮下气孔”。2)焊缝中部或根部的“密集气孔”。3)熔合区边界的“氧化膜气孔”。20921-8a8.1.2铝及铝合金的焊接性分析图8-3氩气中水的体积分数对气孔生成倾向的影响20921-8a8.1.2铝及铝合金的焊接性分析(2)气孔
7、的形成原因1)焊接区内存在氢的来源。2)铝合金中氢的溶解度存在突变。20921-8a8.1.2铝及铝合金的焊接性分析表8-4氢在铝中的溶解度和扩散速度温度/溶解度/(mL/100g)扩散速度/(c/s)0 0001 191100 0001 291600 0025 471660(固)0035 171660(液)075800 1720921-8a8.1.2铝及铝合金的焊接性分析3)铝合金熔池凝固速度快。(3)气孔的防止措施20921-8a8.1.2铝及铝合金的焊接性分析图8-4铲根对铝镁合金MIG焊焊缝气孔倾向的影响20921-8a8.1.2铝及铝合金的焊接性分析1)清除材料表面的氧化膜和污染物。
8、图8-5相对湿度对焊缝中气孔数量的影响20921-8a8.1.2铝及铝合金的焊接性分析2)降低气氛中的水分。3)控制焊接参数。图8-6MIG焊的焊缝气孔倾向与焊接参数的关系20921-8a8.1.2铝及铝合金的焊接性分析2.热裂纹(1)热裂纹的形成原因如图8-7所示，铝合金焊接裂纹可能出现在焊缝，也可能出现在焊接热影响区，而在焊缝的弧坑处更容易出现。图8-7铝合金的焊接热裂纹a)弧坑裂纹b)焊缝中的热裂纹c)热影响区中的热裂纹20921-8a8.1.2铝及铝合金的焊接性分析(2)热裂纹的敏感性 铝合金焊接热裂纹的形成主要受到其化学成分的影响。(3)热裂纹的防止措施1)材料选择。2)接头设计。3
9、)焊接操作。4)特殊措施。3.焊接热影响区的软化20921-8a8.1.2铝及铝合金的焊接性分析(1)软化及其成因热处理强化铝合金及焊前经过冷作硬化的非热处理强化铝合金，热影响区的力学性能，特别是强度和硬度相对原来的母材会有不同程度的降低，亦即焊接接头出现了软化，如表8-5所示。20921-8a8.1.2铝及铝合金的焊接性分析表8-5典型铝合金焊接接头和母材的常温力学性能牌号母材(最小值)接头(焊缝余高削除)状态/MPa/MPa(%)焊丝焊后热处理/MPa/MPa(%)5052退火1736620Al-5%Mg2009618冷作2341786Al-5%Mg1938231820921-8a表8-5
10、典型铝合金焊接接头和母材的常温力学性能6061退火15282516Al-5%Si12461632固溶自然时效20710916Al-5%Si17676固溶人工时效28924110Al-5%Si18612485Al-5%Si人工时效3042752Al-5%Mg人工时效297211120921-8a表8-5典型铝合金焊接接头和母材的常温力学性能2024退火22010916Al-5%Si20710915Al-5%Mg20710915固溶自然时效42727515Al-5%Si28020131Al-5%Mg29519439同母材2892754同母材自然时效1个月371420921-8a表8-5典型铝合金焊
11、接接头和母材的常温力学性能2219退火22010912同母材人工时效3862757固溶人工时效3722486同母材24813447075固溶人工时效5364827Al-5%Si人工时效3092003720921-8a表8-5典型铝合金焊接接头和母材的常温力学性能X7005固溶自然时效35222518X5180自然时效1个月31621473固溶人工时效35230415X5180(Al4Mg 2Zn015%Zr)自然时效1个月31221462自然时效6个月34124888人工时效34429595固溶人工时效3513353420921-8a8.1.2铝及铝合金的焊接性分析1)非时效强化铝合金的软化。
12、2)时效强化铝合金的软化。(2)软化的控制措施针对接头的软化问题，采取的措施主要是制定符合特定材料的焊接工艺，如限制焊接条件，采取适当的焊接顺序，控制预热温度和层间温度，以及进行焊后热处理等。20921-8a8.1.2铝及铝合金的焊接性分析表8-6焊后热处理对2024铝合金接头性能的影响工序/MPa/()淬火时效(母材)4116121淬火时效焊接287154淬火焊接淬火时效373484退火焊接淬火时效40389320921-8a8.1.3铝及铝合金的焊接工艺要点1.焊接方法(1)钨极氩弧焊钨极氩弧焊热量比较集中，电弧燃烧稳定，采用交流或直流反接，可用于焊接铝合金，能得到高质量的接头。(2)熔化
13、极氩弧焊与钨极氩弧焊相比，熔化极氩弧焊可焊的铝合金厚度明显加大，而且焊接效率高，适合于自动化生产。(3)变极性等离子弧焊变极性等离子弧焊技术用于铝合金焊接，明显提高了单道焊接铝合金所能达到的厚度。20921-8a8.1.3铝及铝合金的焊接工艺要点(4)激光和电子束焊激光和电子束是焊接铝合金较好的热源，焊接变形小，焊接质量高。(5)搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊属于一种新型的固态连接方法，具有高质量、低成本、低变形、易于自动化等特点，克服了熔焊方法易产生气孔、裂纹及接头性能严重降低的问题，使那些曾经被认为是难于焊接的铝合金变得非常容易焊接，而且焊接效率高，对环境无污染，可以焊接所有牌号的铝合金，为大型铝合
14、金结构产品的开发提供了可能。20921-8a8.1.3铝及铝合金的焊接工艺要点图8-8搅拌摩擦焊接过程示意图2.焊接材料20921-8a8.1.3铝及铝合金的焊接工艺要点表8-7铝及铝合金焊接用焊丝的选择母材10601050A、12005A025A035A055B053A212A112A12焊丝1070AHS3011050AHS3015A025A035A035A05HS3315A055A06HS3315A065B063A21HS3212A11HS311HS31120921-8a8.1.3铝及铝合金的焊接工艺要点表8-8针对特殊目的而推荐使用的焊接材料与母材的组配母材推荐的填加材料要求必要的强度
15、要求必要的塑性要求阳极化处理后颜色的一致性要求抗海水腐蚀性能1100404311001100110022192319231923192319606153565356515440436063535653565356404330035356110011001100505253565356535640485086555653565356518350835183535653565183545453565554555455545456555653565556555620921-8a表8-8针对特殊目的而推荐使用的焊接材料与母材的组配7039503953565039503920921-8a8.1.3铝及铝
16、合金的焊接工艺要点3.接头设计4.焊接参数5.焊前准备(1)焊前清理铝及铝合金焊接时，为了保证焊接质量，在焊前必须清除焊丝(表面抛光焊丝除外)和母材表面上的油污和氧化膜。20921-8a8.1.3铝及铝合金的焊接工艺要点表8-9纯铝和铝镁合金手工钨极氩弧焊的焊接参数板材厚度/mm焊丝直径/mm钨极直径/mm预热温度/焊接电流/A氩气流量/(L/min)喷嘴孔径/mm焊接层数(正面/反面)备注11624560798正1卷边焊1516225080798正1卷边或单面对接22252390120812812正1V形坡口对接3233150180812812正1V形坡口对接4341802001015812
17、12/1V形坡口对接20921-8a表8-9纯铝和铝镁合金手工钨极氩弧焊的焊接参数53441802401015101212/1V形坡口对接6452402801620141612/1V形坡口对接8455100260320162014162/1V形坡口对接104551001502803401620141634/12V形坡口对接1245561502003003601822162034/12V形坡口对接1456561802003403802024162034/12V形坡口对接165662002203403802024162045/12V形坡口对接20921-8a表8-9纯铝和铝镁合金手工钨极氩弧焊的焊
18、接参数185662002403604002530162045/12V形坡口对接205662002603604002530202245/12V形坡口对接16205662002603003802530162023/23双V形坡口对接222556672002603604003035202234/34双V形坡口对接20921-8a8.1.3铝及铝合金的焊接工艺要点(2)施加垫板铝及铝合金在高温时强度很低，焊接时容易下塌。(3)焊前预热厚度超过58mm的焊件，焊前需将工件慢慢加热到100300，以防止变形、未焊透，并减少气孔。6.焊后处理20921-8a8.1.4典型铝合金的焊接1.材质与结构2.焊接工
19、艺要点(1)焊接方法和参数采用手工钨极氩弧焊的方法，所用焊接参数列于表8-10中。20921-8a8.1.4典型铝合金的焊接表8-10纯铝容器手工钨极氩弧焊焊接参数工件厚度/mm焊丝直径/mm钨极直径/mm焊接电流/A喷嘴孔径/mm电弧长度/mm预热温度/65651901423不预热866260270142315020921-8a8.1.4典型铝合金的焊接图8-94纯铝容器结构图1人孔2筒身3管接头4封头20921-8a8.1.4典型铝合金的焊接(2)焊接材料填充材料采用与母材同牌号的1035焊丝。(3)焊前准备6mm厚板(筒体)不开坡口，装配定位焊后的间隙为2mm。(4)焊后检验所有环缝和纵
20、缝采用煤油进行渗透性检验和100%的X射线探伤。20921-8a8.2钛及钛合金的焊接钛及钛合金具有优良的耐蚀性、高的比强度及较好的耐热性和加工性，因此广泛应用于航空、航天、化工及冶金等各个领域，用于制造飞机、火箭、导弹、宇宙飞船、化工机械及仪器仪表等。20921-8a8.2.1钛及钛合金的种类和性能1.钛的性质及合金化(1)钛的基本性质纯净的钛是银白色金属，具有银灰色光泽。20921-8a8.2.1钛及钛合金的种类和性能表8-11几种金属室温物理性能的比较金属密度/(g/c)熔点/比热容/J/(g)热导率/W/(cm)Ti4501680054015Al269660090221Cu893108
21、3038384Fe786153907105520921-8a8.2.1钛及钛合金的种类和性能(2)钛的合金化在工业纯钛中加入铝、锡、硅、铁、钼、钒、锰、铬、硼和铜等合金元素后则成为钛合金，其强度、塑性和抗氧化等性能显著提高。2.钛及钛合金的种类和性能20921-8a8.2.1钛及钛合金的种类和性能表8-12典型变形钛及钛合金的牌号和化学成分(质量分数)(%)合金类型合金牌号主 要 成 分杂质，不大于TiAlSnMoVCrFeMnZrSiFeCNHO其他元素单一总和20921-8a表8-12典型变形钛及钛合金的牌号和化学成分(质量分数)(%)工业纯钛TA0余量015010003001501501
22、04TA1余量02501000300150200104TA3余量0400100050015030010420921-8a表8-12典型变形钛及钛合金的牌号和化学成分(质量分数)(%)型钛合金TA4余量203303001000500150150104TA6余量405503000500150150104TA7余量406020300500100050015020010420921-8a表8-12典型变形钛及钛合金的牌号和化学成分(质量分数)(%)型钛合金TB2余量253547574757458503000500400150150104TB4余量3045607890105152507200515005
23、0040015020010420921-8a表8-12典型变形钛及钛合金的牌号和化学成分(质量分数)(%)(+)型钛合金TC1余量1025082003001000500120150104TC3余量456035450300100050015015010420921-8a表8-12典型变形钛及钛合金的牌号和化学成分(质量分数)(%)TC4余量5568354503001000500150200101TC6余量55702030082302070150400100040015018010420921-8a表8-12典型变形钛及钛合金的牌号和化学成分(质量分数)(%)TC11余量5870283808200
24、2003502501000400120150050320921-8a8.2.1钛及钛合金的种类和性能表8-13钛及钛合金板材的横向室温力学性能牌号状态板材厚度/mm抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率(%)TA0M0320215051100280420170453030TA1M0310215051100370530250403030TA3M031011202150511005407204103025202020921-8a表8-13钛及钛合金板材的横向室温力学性能TA5M0510112021505110068558520151212TA7M08151620215051100735930685
25、20151212TA9M0820215051100370530250302525TB2CCS1035980132020820921-8a表8-13钛及钛合金板材的横向室温力学性能TC1M0510112021505110059073525252020TC3M0820215051100880121010TC4M082021505110089583012101020921-8a8.2.1钛及钛合金的种类和性能(1)工业纯钛工业纯钛的熔点高(1668)，比强度大，并具有很高的化学活性。(2)型钛合金与工业纯钛相同，型钛合金的编号也为TA，但其序号不同，如TA4TA8都属于型钛合金。(3)(+)型钛合金
26、这类合金编号为TC，其后为合金序号，如TC3、TC4等。(4)型钛合金这类合金的编号为TB，如TB1和TB2等，是含稳定元素较多(质量分数17%)的合金。20921-8a8.2.2钛及钛合金的焊接性分析1.间隙杂质引起的接头力学性能变化图8-10焊缝中氧和氮的含量对工业纯钛焊缝性能的影响a)抗拉强度b)冷弯塑性20921-8a8.2.2钛及钛合金的焊接性分析图8-11焊缝含氢量对工业纯钛焊缝及接头力学性能的影响20921-8a8.2.2钛及钛合金的焊接性分析2.焊接裂纹3.气孔图8-12氢在钛中的溶解度随温度的变化20921-8a8.2.2钛及钛合金的焊接性分析4.焊接热影响区的组织变化209
27、21-8a8.2.3钛及钛合金的焊接工艺要点1.焊接方法(1)钨极氩弧焊钨极氩弧焊是焊接钛合金中最为常用的焊接方法，主要用于10mm厚以下板材的焊接。(2)熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊比钨极氩弧焊的效率高，主要用于厚板的焊接，并采用直流反接方法。(3)等离子弧焊采用氩气保护的等离子弧焊，非常适合于焊接钛及钛合金。(4)电子束焊电子束焊是在高真空室中进行的，可完全防止大气的污染，易于获得高质量的焊缝。20921-8a8.2.3钛及钛合金的焊接工艺要点(5)激光束焊单激光束的穿透力不如电子束，对于大厚度板材的焊接，电子束焊接更具有优越性。2.焊接材料3.焊前准备(1)板材切割切割钛合金板材和管材时，应
28、采用等离子切割、激光切割及高压水切割等方法，不能采用火焰方法进行切割，否则会使材料发生氧化和氮化而变脆。(2)坡口设计和加工坡口形式及尺寸的选择原则是尽量减少焊接层数和填充金属量，因为随焊接层数的增多，焊缝的累积吸气量增加，从而影响接头的塑性。20921-8a8.2.3钛及钛合金的焊接工艺要点表8-14钛及钛合金手工钨极氩弧焊的坡口形式及尺寸坡口形式板厚/mm坡口尺寸间隙/mm钝边/mm角度/()I形坡口对接0525005V形坡口31501005156065对称双V形坡口103010151520606520921-8a8.2.3钛及钛合金的焊接工艺要点(3)表面清理焊接前对坡口及两侧各25mm
29、以内的内外表面进行清理，清除表面氧化膜和污染物，而后进行清洗和干燥。20921-8a8.2.3钛及钛合金的焊接工艺要点表8-15钛及钛合金表面的酸洗条件酸洗液配方(体积分数)(%)酸洗温度/酸洗时间/minHFHNO6023243040余量20921-8a8.2.3钛及钛合金的焊接工艺要点4.焊接参数20921-8a8.2.3钛及钛合金的焊接工艺要点表8-16钛及钛合金手工钨极氩弧焊的焊接参数板厚/mm坡口形式钨极直径/mm焊丝直径/mm焊接层数焊接电流/A氩气流量/(L/min)喷嘴孔径/mm备注主喷嘴拖罩背面20921-8a表8-16钛及钛合金手工钨极氩弧焊的焊接参数05I形1510130
30、5081014166810102010201406081014166810152010201608010121416810101220203010201801101214162010121214252030201110120121416201012121420921-8a8.2.3钛及钛合金的焊接工艺要点表8-16钛及钛合金手工钨极氩弧焊的焊接参数板厚/mm坡口形式钨极直径/mm焊丝直径/mm焊接层数焊接电流/A氩气流量/(L/min)喷嘴孔径/mm备注主喷嘴拖罩背面20921-8a表8-16钛及钛合金手工钨极氩弧焊的焊接参数30V形302030121201401214162010121418
31、3530402030121201401214162010121418403040203021301501416202512141820403040203022001416202512141820504030231301501416202512141820604030402314018014162528121418207040304023140180141625281214202220921-8a表8-16钛及钛合金手工钨极氩弧焊的焊接参数100对称双V形40304046160200141625281214202213040304068220240141625281214202220040401
32、220024012142010121822404050623025015181820182020254030401516200220161826302026223040304017182002201618263020262220921-8a8.2.3钛及钛合金的焊接工艺要点5.焊后热处理20921-8a8.2.4典型钛合金的焊接1.TB8钛合金薄板的焊接(1)母材的成分和性能TB8钛合金的名义成分是Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si，实际成分如表8-17所示。20921-8a8.2.4典型钛合金的焊接表8-17TB8钛合金的化学成分元素MoAlNbSiFeCONHTi质量分数(%)
33、151328328901800800301200110008余量20921-8a8.2.4典型钛合金的焊接(2)焊接及焊后热处理工艺1)焊接方法及焊接参数。2)焊后热处理及其规范。(3)接头力学性能母材和焊接接头经过一次焊后时效处理得到的室温力学性能如表8-18所示，而经过两次时效处理得到的室温力学性能如表8-19所示。20921-8a8.2.4典型钛合金的焊接表8-18焊后一次时效处理得到的力学性能母材或接头热处理/MPa/MPa(%)弯曲角/()强度系母材原始固溶状9058852601050电子束焊905880190450TIG焊915870170410母材500/8h1490144080
34、100电子束焊145014428030母材540/2h1390132095150电子束焊1370131010070母材540/6h1300125090170电子束焊132013009010020921-8a8.2.4典型钛合金的焊接表8-18焊后一次时效处理得到的力学性能母材或接头热处理/MPa/MPa(%)弯曲角a/()强度系母材560/2h1320125012070电子束焊1310126013040母材560/6h134012909090电子束焊1270126011080母材590/4h12301170140250电子束焊1220115012013020921-8a8.2.4典型钛合金的焊
35、接原始固溶处理规范：845/10min，空冷。强度系数：接头抗拉强度/母材抗拉强度。20921-8a8.2.4典型钛合金的焊接表8-19焊后两次时效处理得到的力学性能母材或接头热处理/MPa/MPa(%)弯曲角/()强度系数母材500/8h+580/30min14501380100100电子束焊1440140010080TIG焊146014209060母材500/8h+600/30min14301390100110电子束焊1410138510090TIG焊14501400958020921-8a表8-19焊后两次时效处理得到的力学性能母材500/8h+620/30min142013601051
36、00电子束焊14101360110130TIG焊14301390100110母材500/10h+620/30min13901360115120电子束焊13901360105100TIG焊14201390808020921-8a表8-19焊后两次时效处理得到的力学性能母材500/16h+620/30min1430140090110电子束焊14301400100100TIG焊14401420607020921-8a8.2.4典型钛合金的焊接2.TC4钛合金化学反应罐的焊接(1)下料准备某化工厂采用8mm厚的TC4热轧钛合金板材制造化学反应罐。(2)施工要求钛合金材料焊接应在独立的钛合金加工车间进行
37、。(3)板材对接采用TIG焊对板材进行对接，开45V形坡口，选用直径为3mm的TC3焊丝，具体焊接参数如表8-20所示。20921-8a8.2.4典型钛合金的焊接表8-20TC4板材的TIG焊参数钨极直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/(m/h)氩气流量/(L/min)焊后热处理规范301301401820915880/50min,空冷20921-8a8.2.4典型钛合金的焊接表8-21TC4母材和焊接接头的室温拉伸和冲击性能焊接接头母材/MPa/MPa(%)/(J/c)/MPa/MPa(%)/(J/c)91086087892089011929088609789208881292920
38、8621079925885109020921-8a8.2.4典型钛合金的焊接(4)主缝的焊接钛合金化学反应罐筒体的纵缝和环缝采用手工和自动钨极氩弧焊，使用纯度为99.99%以上的氩气进行保护，具体焊接参数如表8-22所示。20921-8a8.2.4典型钛合金的焊接表8-22钛合金化学反应罐筒体TIG焊工艺参数焊接方法层次焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/(m/h)喷嘴直径/mm手工TIG焊第1层10015012134516自动TIG焊第2层18019011128922自动TIG焊第34层18019011128922手工TIG焊第5层1501601213561620921-8a8.3铜及铜合金的
39、焊接铜及铜合金具有优良的导电性、导热性、延展性以及在某些介质中良好的抗腐蚀性能，因而成为电子、化工、船舶、能源动力、交通等工业领域中换热管道、导电装置及抗腐蚀部件的优选材料。本节主要介绍铜及铜合金的焊接性、焊接工艺要点及典型材料的焊接。20921-8a8.3.1铜及铜合金的种类和性能1.纯铜20921-8a8.3.1铜及铜合金的种类和性能表8-23纯铜的化学成分(质量分数)(%)名称牌号主要成分杂质CuPMnBiPbSPO总和二号铜T2999000020005000500601四号铜T4995000030050010105二号无氧铜TU2999500020005000500030003005磷
40、脱氧铜TP9950001004000300100100104920921-8a表8-23纯铜的化学成分(质量分数)(%)锰脱氧铜TMn99600103000200070005000303020921-8a8.3.1铜及铜合金的种类和性能表8-24纯铜的物理性能密度/(g/c)熔点/热导率/W/(mK)比热容/J/(gK)电阻率/(1m)线膨胀系数/(1/K)表面张力系数/(1N/cm)89410833910384168168130020921-8a8.3.1铜及铜合金的种类和性能表8-25纯铜的力学性能材料状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率(%)断面收缩率(%)软态(轧制并退火)196
41、2356865075硬态(冷加工变形)392490372463620921-8a8.3.1铜及铜合金的种类和性能2.黄铜20921-8a8.3.1铜及铜合金的种类和性能表8-26常用黄铜的化学成分(质量分数)(%)材料名称牌 号CuZnSnMnAlSi其他杂质20921-8a表8-26常用黄铜的化学成分(质量分数)(%)压力加工黄铜H68670700余量03HMn5825706001020HFe59 1 1570600030705080104Fe：0612HSi80 37908102540铸造黄铜ZHAlFeMn666 3 264068015256070Fe：204020921-8a8.3.1
42、铜及铜合金的种类和性能表8-27黄铜的常温力学性能及物理性能牌号材料状态力学性能物 理 性 能/MPa(%)密度/(g/c)线膨胀系数/(1/K)热导率/W/(mK)电阻率/(1m)熔点/H68软态31355851991170468932硬态6463ZHSi80 324510831704189002941520921-8a8.3.1铜及铜合金的种类和性能3.青铜20921-8a8.3.1铜及铜合金的种类和性能表8-28常用青铜的化学成分(质量分数)(%)材料名称牌 号CuSiMnAlSi其他杂质20921-8a表8-28常用青铜的化学成分(质量分数)(%)压力加工青铜QSn6504余量6070
43、P：030401QAl921525810QSi31101527535铸造青铜ZQSnP10 190110P：0812ZQAlMn9 2801001525810ZQAlFe9 4810Fe：2420921-8a8.3.1铜及铜合金的种类和性能表8-29青铜的常温力学性能及物理性能材料名称牌号材料状态力学性能物 理 性 能/MPa(%)密度/(g/c)线膨胀系数/(1/K)热导率/W/(mK)电阻率/(1m)熔点/锡青铜QSn6504软态3434416070881915016176995硬态686784751220921-8a表8-29青铜的常温力学性能及物理性能铝青铜QAl9 4软态490588
44、40751625852121040硬态7849805ZQAl9 43921076181585212410402944901020硅青铜QSi3134339250608415845981510256377351520921-8a8.3.1铜及铜合金的种类和性能4.白铜20921-8a8.3.1铜及铜合金的种类和性能表8-30典型白铜的化学成分(质量分数)(%)牌号CuMnNi+CoFe杂质B10余量0510911051005B30293320921-8a8.3.1铜及铜合金的种类和性能表8-31典型白铜的常温力学性能和物理性能牌号材料状态力学性能物 理 性 能/MPa(%)密度/(g/c)线膨胀
45、系数/(1/K)热导率/W/(mK)电阻率/(1m)熔点/B10软态3002530931149硬态3408B30软态3722589164720421230硬态490620921-8a8.3.2铜及铜合金的焊接性分析1.难于熔化及成形20921-8a8.3.2铜及铜合金的焊接性分析表8-32铜与铁的热物理性能参数的比较金属热导率/W/(cm)线膨胀系数/(1/)收缩率(%)20100020100Cu38432716447Fe0550291422020921-8a8.3.2铜及铜合金的焊接性分析2.热裂倾向大图8-13铜的力学性能与温度的关系20921-8a8.3.2铜及铜合金的焊接性分析图8-1
46、4铜-氧相图20921-8a8.3.2铜及铜合金的焊接性分析3.气孔严重图8-15氢在铜中的溶解度与温度的关系20921-8a8.3.2铜及铜合金的焊接性分析8-15.TIF20921-8a8.3.2铜及铜合金的焊接性分析4.接头性能下降(1)塑性严重变坏焊缝与热影响区晶粒变粗、各种脆性的易熔共晶出现于晶界，使接头的塑性和韧性显著下降。(2)导电性下降铜中任何元素的掺入都会使其导电性下降。(3)耐蚀性能下降铜合金的耐蚀性能是依靠锌、锡、锰、镍、铝等元素的合金化而获得的，熔焊过程中这些元素的蒸发和氧化烧损都会不同程度地使接头耐蚀性下降。20921-8a8.3.3铜及铜合金的焊接工艺要点1.焊接材
47、料(1)焊丝及焊条铜及铜合金熔焊所用的焊接材料有焊丝(棒)、焊条和焊剂，表8-33是铜及铜合金焊丝的化学成分及性能。20921-8a8.3.3铜及铜合金的焊接工艺要点表8-33铜及铜合金焊丝的成分和性能牌号名称主要化学成分(质量分数)(%)熔点/接头抗拉强度/MPa主要用途HSCu201(SCu 2)纯铜焊丝11 Sn,04 Si,04Mn,余为Cu1050196纯铜的氩弧焊、气焊(配用CJ301)、埋弧焊(配用HJ431或HJ150)HSCu202(SCu 1)低磷铜焊丝03 P,余为Cu1060196纯铜气焊及碳弧焊(配用气体焊剂)HSCu220(SCuZn 2)锡黄铜焊丝59Cu,1Sn
48、,余为Zn886黄铜的气焊和氩弧焊20921-8a表8-33铜及铜合金焊丝的成分和性能HSCu221(SCuZn 3)锡黄铜焊丝60Cu,1Sn,03Si,余为Zn890333黄铜的气焊和碳弧焊HSCu222(SCuZn 4)铁黄铜焊丝58Cu,09Sn,01Si,08Fe,余为Zn860333黄铜的气焊和碳弧焊HSCu224(SCuZn 5)硅黄铜焊丝62Cu,05Si,余为Zn905330黄铜的气焊和碳弧焊(配用气体焊剂)非国标(SCuAl)铝青铜焊丝79Al,2Mn,余为Cu铝青铜的TIG和MIG焊或焊条电弧焊的焊芯20921-8a表8-33铜及铜合金焊丝的成分和性能非国标(SCuSi)
49、硅青铜焊丝31Si,125Mn,余为Cu硅青铜及黄铜的TIG和MIG焊非国标(SCuSn)锡青铜焊丝79Sn,025P,余为Cu锡青铜的TIG焊或焊条电弧焊用焊芯20921-8a8.3.3铜及铜合金的焊接工艺要点(2)焊剂气焊通用的焊剂主要有硼酸盐、卤化物或它们的混合物，如表8-34所示。20921-8a8.3.3铜及铜合金的焊接工艺要点表8-34铜及铜合金焊接用焊剂牌号化学成分(质量分数)(%)熔点/应用范围NBNaFNaClKClAlPLiAlCJ3011757755650铜及铜合金气焊CJ40175927304955213515560青铜的气焊20921-8a8.3.3铜及铜合金的焊接工
50、艺要点2.接头设计图8-16接头形式及坡口尺寸20921-8a8.3.3铜及铜合金的焊接工艺要点3.焊接方法及工艺(1)气焊氧乙炔气焊比较适合焊接薄铜片、铜件的修补或不重要结构的焊接。(2)氩弧焊TIG焊是铜和铜合金的主要焊接方法之一，适于中薄板和小件的焊接和补焊。(3)埋弧焊埋弧焊焊接铜及铜合金时，厚度小于20mm的工件在不开坡口的条件下可获得优质接头，特别适合于中厚板的长焊缝焊接。20921-8a8.3.3铜及铜合金的焊接工艺要点(4)等离子弧焊等离子弧具有比TIG和MIG电弧更高的能量密度和温度，因而具有焊接速度快热影响区及变形量小等优点。(5)电子束焊电子束的能量密度和穿透能力比等离子
