铜及铜合金

出处：按学科分类—工业技术 河南科学技术出版社《焊接技术手册》第593页（2738字）

铜及铜合金随成分不同，其导热性和导电性差异较大，可焊性也不同(表10－64)。含铅的铜合金一般不用于焊接。

表10－64 铜及铜合金相对导热性、导电性及可焊性

注：①以无氧铜的导热性为100%计算，碳钢的导热性为13%，可作比较。

②相对IACS(国际退火铜标准)的比值。

1．焊接特点

(1)铜的导热性和热容量大，焊接输入热量宜大，必要时作适当预热。

(2)铜及铜合金的线膨胀系数大，凝固时收缩率也较大，因此，焊接变形大，焊件刚度大时易产生裂纹。应采用窄焊道，焊后立即轻轻敲击可细化晶粒，减小残余应力及变形。一些铜合金如黄铜，焊后有时须经270～560℃退火处理，以消除应力，防止“自裂”现象。

(3)铜在液态时易氧化，生成的氧化亚铜(Cu₂O)和铜形成低熔点共晶体，分布在晶界，易引起热裂纹。用于焊接的紫铜含氧量，一般应≤0．03%，重要件应≤0．01%。

(4)铜在液态时能溶解大量的氢，在凝固冷却过程中，溶解度大大减小，氢还能和氧化亚铜反应，生成水汽(H₂O)，易引起气孔。

2．焊接材料

焊紫铜宜采用含脱氧元素(如磷、硅、铝等)的焊丝或焊条(如丝201、丝202、铜107等)。必要时需考虑其导电性以及与母材颜色的一致性。弧焊黄铜虽也可用黄铜丝，但一般多用锡磷青铜、硅青铜焊丝或焊条。焊青铜或白铜，可采用与母材相同成分的焊丝或焊条。铜及铜合金气焊及碳弧焊焊剂参照表10－65选用。

表10－65 铜及铜合金焊剂

注：“粉301”可焊除铝青铜外的铜合金。

3．焊接工艺

选择铜及铜合金的焊接方法时，应考虑采用不同焊接方法时材料的可焊性，以及焊件的厚度、接头形式、生产条件以及对质量的要求等。

(1)气焊：铜及铜合金气焊工艺要点见表10－66。目前广泛采用硼酸甲脂及甲醇气体熔剂焊接及堆焊黄铜，效果良好。

表10－66 铜及铜合金气焊工艺要点

(2)氩弧焊：厚度小于3mm采用钨极氩弧焊可不开坡口，不加填充焊丝。厚度为3～12mm可用填丝钨极氩弧焊或熔化极氩弧焊。厚度大于12mm一般采用熔化极氩弧焊。对于导热性大的较厚件须适当预热。

焊接黄铜，为了能采用小电流，也可预热。为了防止硅青铜产生热应力裂纹，层间温度应低于100℃，并用较高焊速。镍白铜层间温度低于70℃，一般只能平焊。流动性低的铜合金如铝青铜、硅青铜、镍白铜等可用熔化极细丝立焊或仰焊。

电解铜、无氧铜及低磷脱氧铜厚度小于12．7mm采用钨极氩弧(氦弧)焊较为适宜(气孔少、热影响区强度降低少)。

焊接工艺参数见表10－67、表10－68(见下页)。

表10－67 铜及铜合金钨极氩弧焊工艺参数

注：①单层焊可用直流正接。

表10－68 铜及铜合金熔化极氩弧焊工艺参数

(3)碳弧焊：单面焊或接头间隙大于2～4mm时应采用垫板及挡板。

铜及铜合金碳弧焊工艺参数见表10－69。

表10－69 铜及铜合金碳弧焊工艺参数

(4)手工电弧焊：铜及铜合金手工电弧焊焊条选用及工艺要点见表10－70。

表10－70 铜及铜合金手工电弧焊工艺要点

(5)埋弧焊：适用于厚度较大的紫铜板焊接，工艺参数见表10－71。

表10－71 铜及铜合金埋弧自动焊工艺参数

(6)等离子弧焊：用穿透法焊铜适用于厚度大于2．4mm，否则用熔透焊。电解铜焊后易出气孔。

(7)电阻焊：铜合金点焊可焊薄至0．025mm的箔材，常用于厚度小于1．5mm导电性差的铜合金，这些铜合金还可缝焊。紫铜不能缝焊。凸焊适于焊相对导电性低于30%、厚度大于0．5mm的铜合金，但不适于焊紫铜及大多数黄铜。点焊铜合金比焊钢要求用更大的电流、更短的时间和更小的压力。

(8)电子束焊：电子束焊可用于除含氧铜、含低熔点元素铜合金、黄铜外的铜及合金。高导热性的影响在电子束焊中不甚显着。

4．焊接接头的性能

铜及铜合金焊接接头的性能，因焊接方法、焊接材料和焊接工艺及焊后处理不同而有较大差异。一般接头的导电性、导热性、耐蚀性及塑性比母材低。在正常情况下，紫铜(T2)气焊接头的抗拉强度为110～180N／mm²，冷弯角为63°～153°，而其他焊接方法的焊接接头，抗拉强度可大于180N／mm²，冷弯角可大于120°。接头的导电率，手工电弧焊时比较低，而其他焊接方法可接近母材。

黄铜(H62)焊接接头的抗拉强度可大于200N／mm²，冷弯角可接近180°。青铜铸件缺陷和损坏机件焊补质量基本上能满足母材性能要求。