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铝/铜异种材料焊接的研究现状
发布时间:2020-01-22浏览次数:36返回列表

王宁 魏松波

(平高集团有限公司,河南平顶山467099)

【摘要】进入21 世纪以来,由于工业技术的不断革命和电子技术突飞猛进的迅速发展,从而使得铝/ 铜异种材料焊技术也接越来越受到业界的广泛的关注,鉴于铝/ 铜焊接的优点与特性,能够更好地满足了当今工业生产的要求,所以得到了大力的推广与使用。本文主要是对铝/ 铜异种材料焊接的研究现状进行探讨分析,并提出了自己的观点。

【关键词】铝/ 铜;异种材料焊接;研究现状

一、铝/ 铜熔化焊

在铝/ 铜异种材料焊接类型中,铝/ 铜熔化焊是目前应用较为常见的一种,主要包括MIG 焊、TIG 焊、埋弧焊、激光焊气焊以及电子束焊等方法。由于铜和铝的熔点相差较大,在其熔化焊过程中,通常难以将其焊接在一起,因为经常会出现铝熔化了而铜还处于固态,从而不同程度地加大了焊接难度。此外,由于Al 极容易被氧化,生成致密的氧化层,阻碍了铜和铝的进一步反应,加上Al 氧化膜中含有一定量的吸附水和结晶水,容易在焊缝中产生气孔等缺陷。因此,在采用铝/ 铜熔化焊时,焊接过程极易产生脆性的CuAl3 相,从而降低了焊缝之间的粘合度,这就需要相关人员在焊接时,必须充分考虑焊接方法和工艺以及铝[来自www.lW5U.coM]与铜在熔点等物理性能上的差异,通过控制焊接温度与焊接时间来控制焊缝金属中铜的含量,并防止铝、铜氧化,以降低形成金属间化合物对接头强度和塑性的影响。

二、铝/ 铜摩擦焊

一般情况下,摩擦焊可以根据焊接温度分为低温摩擦焊和高温摩擦焊这两种类型。低温摩擦焊的加热温度在460~480℃范围内,才温度低于铝/ 铜共晶温度548℃,从而不仅能够有效地防止脆性金属间化合物的生成,还能够保障焊接过程中接口处的塑性达标;而高温摩擦焊的焊接温度可达到660℃,接近Al 的熔点,焊接速度明显加快,然而,由于温度高,在焊接时必须采取封闭加压方式措施来防止铝接头处产生变形流失以及铜和铝铜件受压失稳,同时,在此温度阶段有利于脆性Al,Cu间化合物和氧化物的生成,应施加顶锻压力挤出脆性物质,确保焊接质量。对于尺寸较大、薄壁且承受一定载荷的铝/ 铜焊接件焊接时,难以保证尺寸精度,因为铝的刚性差、强度低,并且在焊接过程中容易发生扭折、变形甚至断裂等。

三、铝/ 铜压焊

由于铜与铝都属于面心立方结构的金属,具有良好的塑性和延展性,因此,采用压焊方法来进行铝/ 铜异种材料的焊接可得到质量优异的铝/ 铜接头。同时,压焊过程中由于采用铜-铝过渡接头,可避开铜与铝熔焊存在的问题,将异种金属的焊接转变为铜与铜、铝与铝之间的同种金属焊接。压焊工艺简单,易于操作,能够得到质量良好的焊接接头,比熔焊更具优势。压焊主要包括冷压焊和热压这两种,其中冷压焊是在室温下进行的,而热压焊是在高于室温100~300℃的温度范围内进行的。采用冷压焊方法焊接时,在压力作用下将Al 表面的氧化物或其他污染物破碎并排除,铝与铜的结合面不产生与熔化和凝固相关的焊接缺陷,也不发生熔化。采用热压焊时,一般在焊前不要求对接头处进行清洁,同时要求焊接加热温度低于铝/ 铜的共晶点,铝、铜母材不熔化,在压力和温度的作用下,接头中形成Al-Cu 机械混合带,增大压力改善微观组织,可细化化合物,提高接头强度。

四、铝/ 铜钎焊

由于铝/ 铜钎焊具有变形小、周期短操作方便、设备简单、生产成本低及加热温度低等特点,决定了其成为未来铝/ 铜异种材料焊接技术的研究热点。同时,由于铝/ 铜焊难以去除铝氧化膜必须使用腐蚀性焊剂,钎焊助焊剂残留物吸湿后形成的电解质,形成了强烈的腐蚀性,铝/ 铜电极之间的电位差大,容易造成腐蚀。此外,CuAl2 的电极电位高于铝的电[来自www.lw5U.com]极电位,容易发生晶间腐蚀,铝、铜原子的扩散,易脆易熔铝低,析出的CuAl2熔点在关节共晶的形成,导致接头强度较低。为了阻止铝、铜原子直接接触形成脆性化合物,同时,为了避免强腐蚀性磁通必须在铝表面涂有一层金属,铜钎焊引起的腐蚀问题,因此,腐蚀性或无腐蚀性的焊剂可用于改善关节的强度和耐腐蚀性。此外,对于镀层金属可供选择的有Mo、Ti、Ni 等,铝/ 铜钎焊主要涉及到电阻钎焊、直接钎焊、扩散钎焊、超声波钎焊等方法。

综上所述,目前,铝/ 铜异种材料焊接技术尚处于发展阶段,各方面性能有待进行更深层次的探讨,接头质量有待于进一步提高。由于这种技术还不能同时满足高抗腐蚀性、高强度、低成本和工艺简捷等要求,因此现有铝铜的压力焊、熔化焊和钎焊等工艺还有待于进步完善。在进行铝/ 铜异种材料焊接时,必须综合采用如扩散焊、摩擦焊及冷压焊等焊接方法,切实地提高焊接接头的质量,以便更好地满足当今工业发展需求。

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