铜及铜合金PPT课件.ppt

3 2 21 22铜及铜合金Copperandcopperalloys 主要内容 1 应用2 铜的生产3 铜的性质4 铜及铜合金 合金元素的影响5 铜材的种类及符号表示6 铜材的焊接性7 铜材的焊接工艺要点8 焊接质量的相关问题及预防措施 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 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 炼铜工业逐渐发展 二十世纪 前苏联 智利 加拿大和非洲也兴起了炼铜工业 铜具有优良的导电性 导热性 耐蚀性 延展性及一定的强度等特性 使得它在电气 电子 化工 食品 动力 交通 航空航天 兵器等工业中得到了广泛的应用 如导线 器皿 光学仪器 换热器 粉末冶金 防腐油漆 染料 玻璃工业 机电工业等等 制造一部3千瓦的电机 约需580公斤铜 100公里长的150mm2的输电线 约需铜400吨 铜的生产 一般炼铜的基本过程是 反射炉熔炼 转炉吹炼 火法精炼 电解精炼 电解时的阴极反应 Cu2 2e Cu 锍 即 冰铜 Cu2S FeS火法精炼的步骤 熔化 氧化 还原 浇注 阳极 阳极用于电解 得到电铜 经熔化炉加入合金剂做成铜合金铸锭 再制成板 管 丝或直接成型铸造成铸件 铜的性质 1 熔点 1083 沸点 2130 2 比重 8 89g cm3 3 导电性好 是钢的6倍 仅次于银 4 导热性好 是钢的8倍 为银的73 5 热膨胀系数大 是钢的1 4倍 6 铜的氧化在室温时即已开始 氧化膜成为焊接的障碍 铜及铜合金合金元素的影响 常用铜及铜合金从其表面颜色区分 如紫铜 黄铜 白铜和青铜 实质上是纯铜 铜 锌 铜 镍和铜 铝 铜 锡 铜 硅的合金 青铜具有较高的力学性能 铸造性能 耐磨性 耐腐蚀性 并有一定的塑性 除铍青铜外 其它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 主要影响铜的强度 化学稳定性 变形性能和焊接性 铜材的表示 铜材料标记按ISO1190 1标记按EN1173有主要符号和 或一个附加标记数字编号按EN1412进行标记 1 按材料状态的标记 EN1173 例如 Cu ETP DCuZn37 G020拉伸晶粒度CuZn37 H150CuBe2 R1200硬度抗拉强度Cu OFA007CuZn30 Y460延伸率0 2 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 或N mm2表示 2 按材料数字编号标记 EN1412 举例标记编号材料数字号Cu DHPCW024ACu DLPCW023ACu ETPCW004ACuNi25CW350HCuZn37CW508Z材料数字号的组成 标记为 C 铜材 材料种类为 W 塑性材料F 填充材料C 铸造材料S 废料 连续三位数 合金组别 例如 A B 纯CuG Cu Al合金H Cu Ni合金L M Cu Zn合金 3 中国牌号纯铜如 T1 Cu99 95 T2 Cu99 90 T3 Cu99 70 T4 Cu99 50 无氧铜如 TU1 Cu99 97 TU2 Cu99 95 TUP Cu99 50 TUMn Cu99 60 紫铜 Cu 99 5 即纯铜黄铜 Cu Zn例如 H62 H59白铜 Cu Ni例如 B10 B30青铜 Cu M 除Zn Ni以外者 例如 QAl9 2 QBe2 5 QSnP10 1 铜材的焊接性 纯铜1 韧铜 toughpitch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 易产生焊接裂纹 2 无氧脱氧铜采用P Si等脱氧 氧含量极少 0 008 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 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550 600 退火 塑性可完全恢复 焊接结构常用软态紫铜 铜合金铜合金的问题是焊接裂纹 由于杂质的存在 易产生晶界裂纹 熔敷金属高温脆化裂纹 因是完全互溶的单相组织 液 固相线之间距大 同Cu Al系的双相组织一样不能细化 在400 600 时延性显著下降 故在多层焊时因再次受热而易裂 因此要特别注意避免热输入过大 铜材的焊接工艺要点 1 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化膜 此外油 水份 污物等亦均妨碍焊接 坡口面缝两侧50mm必须清理干净 2 焊接工艺的一般要求 弧焊为主 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 合理的焊接顺序 推荐采用TIG焊 填丝容易控制 采用Ar或富Ar的 Ar He 混合气体保护 3 焊接参数 以铜的TIG焊为例 铜及其合金的TIG焊 一般多采用直流正接 对于铍青铜和铝青铜 采用反接 亦可采用有高频稳弧的交流来焊接 熔化极氩弧焊采用反接 直流正接TIG焊 平焊 参数举例 4 铜及铜合金焊接用焊丝国家标准GB9460 88 铜及铜合金焊丝 对铜及铜合金用焊丝和填充丝作了规定 表3 按DIN1773标准填充材料的选择 表4 国际标准为ISO24373 铜及铜合金焊丝 GB9460 88 铜及铜合金焊丝的选择 焊接质量的相关问题及预防措施 纯铜纯铜焊接区的主要缺陷 裂纹 气孔 裂纹主要是热裂纹 氢蚀裂纹 裂纹 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 Cu Bi共晶熔点 270oC Cu Pb共晶熔点 326oC Cu CuO共晶熔点 1064oC Cu CuS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 发生反应而生成H2O H2O在铜中的扩散能力只有H2的0 5 因气体压力增加而致晶间裂纹 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 焊接接头应力大 使热烈倾向增加 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 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 含氧铜的焊接裂纹 Cu CuO形成熔点为1064 C的低熔点共晶 铜合金铜合金焊接的最大问题仍是裂纹 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 即其起因 1 凝固温度区间宽 2 晶界处有低熔点杂质 对于Cu Al合金 采用含有抑制脆化相析出的元素Ni Fe Mn的焊接材料 对于Cu Ni合金 则要尽量避免热输入过大 防止气孔的主要措施 A 采用含有脱氧剂 Mn Si Ti等 的焊丝 B 高温预热 C 焊后缓冷 D 磁力搅拌熔池 E 仔细清除氧化膜 防止变形的措施铜及铜合金线膨胀系数大 收缩率大 导热性好 使HAZ区宽 易产生变形 防止措施如下 采用合理的焊接顺序 焊前预热 焊后锤击 消除应力 防止未熔合 未焊透的措施 采用能量集中的热源 采用大功率 焊前预热 HAZ强度下降例如 材料SF CuF36的6mm的板材 抗拉强度 290 360N mm2 布氏硬度 85 105 晶粒长大 不同焊接方法时HAZ的强度 硬度的下降 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 性能损失合金元素的蒸发和烧损 晶粒的长大导致力学性能和耐