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純銅の熱伝導度は軟鋼の約8倍もあるために、加えられた溶接熱が急速に母材側に拡散してしまうため、溶接部のなじみが悪く、融合不良やスラグ巻込み等の欠陥が発生しやすくなる。したがって、十分な溶込みを得るためにはかなりの予熱が必要となる。また熱影響部の幅も著しく大きくなる。
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熱膨張係数が軟鋼より約50%大きい。したがって溶接時の変形が大きくなると同時に、冷却時の収縮歪が溶接部に集中して割れを発生させる場合がある。割れを防止するためには、開先角度や拘束方法、ピーニング等を考慮して溶接施工を考える必要がある。
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固相では変態しないので、熱影響部や再加熱を受けた部分では結晶粒が粗大化しやすく、機械的性質を劣化させる。
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溶接時に大気に触れて発生する第2酸化銅(Cu2O)はほとんど無害であるが、母材中にもともと存在していた酸素により発生した第1酸化銅(CuO)は、溶接金属部及びその近傍に銅−第1酸化銅の共晶を作り機械的性質を低下させる。また、高温での使用中に水素を吸収すると、次の反応によりブローホールが発生する。
Cu2O+H2→2Cu+H2O↑
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溶接に有害な元素としては、Pb、Sb、Biがあり、結晶粒界に低融点の共晶フィルムをつくるために、溶接時の熱と応力により割れを発生させる。特にPbの多いものでは溶接はほとんど不可能である。またPも含有量が多くなると割れの原因となる。
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銅−アルミニウム合金(アルミニウム青銅、アルミブロンズ)の溶接では、酸化物(Al2O3)の発生により湯流れが悪くなり、融合不良やスラグ巻込みが発生しやすくなる。
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銅−亜鉛合金(黄銅)の溶接では、蒸発した亜鉛が酸化亜鉛(ZnO)となって溶接部を覆い、溶接作業を困難にする。また溶接部の亜鉛含有量が減少して、組成が不均一になる。
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銅と鉄とはほとんど固溶し合わないために、炭素鋼への肉盛等の異材溶接では溶接金属は銅−鉄の混合組織となり、特に鉄の希釈が多い場合には遊離鉄(Free Iron)の存在が溶接金属の耐摩耗性や耐食性を劣化させる。また炭素鋼側結晶粒界に銅が侵入して(浸銅現象)、溶接部の延性を低下させる。 |