铜及铜合金焊接裂纹原因分析

裂纹的产生大都是因应力超过了晶间结合力所致。因此，要分析焊接铜及铜合金易产生裂纹的原因，应从它的晶间结合力和焊接时产生的应力两方面来考虑。

1）首先，从削弱晶间结合力的因素来分析：

①当焊接熔池保护不好或脱氧不充分时，焊缝中会存在较多的Cu₂ O，故在焊缝金属凝固时，容易在晶粒间形成熔点略低于铜的（Cu₂ O+Cu）共晶体。该共晶体的存在，严重地削弱了晶间结合力。

②除了Cu₂ O的共晶体以外，在晶粒间还可能会产生低熔点物质的偏析。这些偏析物有时是焊接材料带入熔池的杂质，有时是母材中原有的杂质元素（如铋、铅、砷、硫等），有时是铜合金中的某些易于偏析的合金元素（如锡青铜中的锡）有时可能是某些脱氧产生的氧化物。这种低熔点的偏析物存在于晶间，严重地削弱了金属在高温时的晶间结合力。

对铜合金而言，偏析是否严重取决于该合金结晶区域（即液相线与固相线之间的温度区间）的大小和合金元素在凝固时的扩散能力。例如，铜锡合金的结晶区间很大，因此偏析严重，而铜锌合金因为它的结晶区间较小，因此偏析就不严重。

如果母材中的晶粒间存在上述氧化物或偏析物，就会导致焊缝产生裂纹。

2）其次，从产生内应力的条件来分析：

①铜及铜合金易热胀冷缩，并且导热性好，故要求采用较大的焊接热功率，这样加热区域大，因而在焊缝凝固过程中会产生大的收缩应力，特别是对于刚性较大、不易产生变形的工件，必然会产生大的焊接应力。这种焊接应力的存在，容易使焊接接头的脆弱部分产生裂纹，有时即使在焊接时未产生裂纹，而在焊后的使用过程中也会产生裂纹，如黄铜铸件焊补后在氨水或海水中使用时产生裂纹，就是由于焊缝存在很大的内应力的结果。(www.xing528.com)

②当焊接熔池脱氧不充分时，在结晶后期，容易在树枝状晶粒边界上聚集着浓度较大的氧化亚铜（Cu₂ O），它和来自焊接材料或母材中的氢发生下列反应：

此时，如果CO也溶于液态铜中，则CO会与Cu₂ O发生下列反应：

上述反应产生的水汽（H₂ O）和CO₂气体均不溶于Cu中，如果结晶后期气体来不及析出，就会集聚在晶间小间隙里并形成很大的压力，导致晶间的结合被破坏而产生裂纹。

③当焊缝冷却时，焊缝和近缝区中过饱和的氢或其他气体在晶界析出，也会造成很大的应力，从而破坏晶间的结合而产生裂纹。

应该指出，铜及大多数铜合金在高温时的强度和塑性都很低，即在高温时，晶间结合力不强，这也是容易产生焊接裂纹的原因。

从上面分析可知，焊接铜及铜合金时，焊缝区域或近缝区均具备产生裂纹的条件，无论是焊接过程中或焊后也都有产生裂纹的可能。