铜及铜合金的焊接性

一、铜及铜合金的焊接性

1．填充金属与母材难以熔合

纯铜的导热率高，热容量大，焊接时容易形成未焊透和热影响区增宽，并随着焊件厚度的增加，未焊透缺陷愈加严重，热影响区更宽。若采用与低碳钢同样的焊接规范参数，母材很难熔化，填充金属与母材不能很好地熔合，造成焊不透现象。因此，焊接时应进行预热，即使采用能量集中的熔化极氩弧焊及等离子弧焊接时也需要预热，但预热温度可适当降低。

2．焊接结构焊后变形较大

铜及铜合金的线膨胀系数大，液态凝固时的收缩率比铁大一倍以上，再加上铜的导热性能良好，使得焊接热影响区加宽，在工件厚度较薄或结构刚度较小，又无防止变形措施时，工件焊后很容易产生较大的变形。当焊接接头受到较大的刚性约束时，易产生焊接应力，易产生裂纹。这种内应力的存在，也是某些铜合金(如黄铜)焊件，在湿气、氨或海水等腐蚀介质中使用时产生裂纹的原因，通常称这种裂纹为应力腐蚀裂纹。

3．焊缝及熔合区易产生气孔

气孔是铜及铜合金焊接时常见的缺陷，紫铜焊缝中的气孔主要是氢气孔。氢气孔的形成与氢在铜中的溶解度随温度下降发生突变有关。另一种气孔是由冶金反应生成的水蒸气和二氧化碳等，在熔池凝固时来不及逸出形成的。

4．焊缝及近缝区易产生裂纹

铜在液态时易氧化，生成氧化亚铜，能与铜形成熔点较低的共晶。铜中的杂质Pb和Bi，其本身熔点较低(Pb的熔点为327℃，Bi的熔点为271℃)，且与铜形成低熔点共晶。在熔池金属凝固后期或在近缝区中，这些低熔点共晶以液膜形式分布在铜的晶粒边界，显著降低了铜的高温强度和塑性。同时，由于铜及铜合金的线膨胀系数及收缩率都较大，焊接加热区较宽，故焊接接头承受较大的拉应力，因此，铜及铜合金焊接时在焊缝或近缝区会产生裂纹。

铜及铜合金焊接接头的力学性能一般低于母材，塑性和韧性降低更为显著。这是因为铜和多数铜合金焊后晶粒变粗，并在晶界有脆性共晶体存在和焊接时合金元素的烧损以及各种缺陷的缘故。紫铜焊接接头的导电性能低于基本金属，原因是焊缝为杂质所污染和合金化以及焊缝的不致密性。另外，铜及铜合金焊接时，焊接空间常有Zn、Mn、Cu等蒸气或氧化物颗粒，对人体健康有害，必须加强通风等安全保护措施。

5．焊接接头性能下降

纯铜无相变，焊缝及热影响区受热循环后晶粒变粗，各种脆性的低熔点共晶出现在晶界，使塑性和韧性显著下降，其接头强度仅为母材的80%～90%，延伸率和冷弯角度下降尤为明显。为脱氧加入的锰、硅等元素，以及焊接过程中溶入的杂质和合金元素，都会不同程度地降低铜接头的导电性能。耐蚀性能的下降主要是有益元素，如锌、镍、铝等的蒸发和烧损造成的。