鋁-銅異種材料焊接探究

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1、鋁/銅異種材料焊接探究摘要：主要針對(duì)鋁/銅焊接方法及其應(yīng)用進(jìn)行研究，由于鋁/銅熔焊難度非常大，所以應(yīng)用較少；而超聲波焊、摩擦焊及熱壓焊的質(zhì)量較好，但該工藝的工程較大。相比而言,電阻焊接的難度小、成本低，在目前已經(jīng)得到大量應(yīng)用；而釬焊的優(yōu)勢(shì)在目前也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，是研究的熱點(diǎn)，所以，電阻焊與釬焊是鋁/銅焊接的主要方向。關(guān)鍵詞：鋁；銅；焊接；研究中圖分類(lèi)號(hào)：P755.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：受銅資源短缺的影響，其產(chǎn)量低，價(jià)格高成為銅應(yīng)用中的難題，而與之相比，鋁的產(chǎn)量較高，且價(jià)格低廉，因此用鋁替代銅是近年來(lái)研究的重點(diǎn)。由

2、于鋁的導(dǎo)電性僅次于銅，且密度比銅小，用鋁來(lái)代替銅不但可以降低成本，零部件的重量也能夠降低。用鋁代替銅的實(shí)際應(yīng)用中，鋁和銅的連接是必然的，主要包含板-板連接、管-管連接、板-管連接等,連接的方法包含非焊接與焊接方法。本文主要針對(duì)焊接方法進(jìn)行研究。1、異種材料焊接的特點(diǎn)因?yàn)殇X和銅都具有強(qiáng)氧化性，因此在對(duì)其焊接的時(shí)候難度比較大。對(duì)于鋁而言，不管是固態(tài)還是液態(tài)，其氧化性極強(qiáng)。鋁和銅之間容易形成脆性金屬化合物，使得連接點(diǎn)的力學(xué)性能下降。此外，二者的物理性能也有較大差異，都是導(dǎo)致焊接難度大的原因。因?yàn)殇X和銅的比熱、導(dǎo)熱率都較高

3、，因此在焊接的時(shí)候必須要有強(qiáng)大的熱源支撐，而且兩種金屬的熔點(diǎn)相差較大，使其均勻受熱熔化的難度非常大。由于銅和鋁的密度不同，對(duì)焊縫的混合也會(huì)產(chǎn)生影響。在高溫環(huán)境下，兩種金屬液體能夠吸收大量氣體，使得銅和鋁在焊接時(shí),焊縫中出現(xiàn)氣孔。2、異種材料焊接方法介紹2.1熔化焊鋁/銅熔化焊主要包含氣焊、激光焊、MIG焊、TIG焊、電子束焊及埋弧焊等焊接方法，由于鋁和銅的熔點(diǎn)差異較大，在熔化焊過(guò)程中，出現(xiàn)鋁已經(jīng)熔化了，但銅還是固態(tài)，形成夾雜或者未熔合，因此焊接的難度比較大。鋁和銅受到強(qiáng)烈的氧化后會(huì)形成氧化膜，而氧化膜中含有結(jié)晶水或

4、吸附水，導(dǎo)致焊縫中出現(xiàn)氣孔。而且兩種金屬焊接中，易出現(xiàn)脆性金屬間化合物，導(dǎo)致接頭的強(qiáng)度降低。采用熔化焊，是對(duì)異種金屬不同熔點(diǎn)的物理性能差異的考慮，并且采取措施對(duì)金屬的氧化進(jìn)行防止，將焊縫中銅的含量控制在最佳范圍，盡可能的降低液態(tài)鋁與銅的接觸時(shí)間。實(shí)踐證明，激光焊引起具有高密度的能量和可控性，對(duì)降低異種材料焊接時(shí)脆性金屬間化合物的產(chǎn)生能夠有效的抑制，所以，其焊接的效果較好。2.2摩擦焊包含高溫摩擦焊和低溫摩擦焊。摩擦焊最大的特點(diǎn)是熱影響區(qū)小、省電，是異種金屬材料焊接比較適合的焊接方法。主要用于管狀、圓柱狀的鋁件、銅件

5、的對(duì)接。如果鋁/銅焊件尺寸大、壁薄且承受一定的荷載時(shí)，因?yàn)殇X的剛性差、強(qiáng)度低，很容易出現(xiàn)變形、扭折，甚至發(fā)生斷裂，并且焊件的尺寸精度難以保證。隨著攪拌摩擦焊技術(shù)的出現(xiàn)，使焊接的過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)熔化，有效的抑制了焊縫出現(xiàn)氣孔、氧化及裂紋等缺陷，焊接質(zhì)量與焊接的速度及攪拌頭的轉(zhuǎn)速有很大的關(guān)系，很多時(shí)候焊接失敗都是由于焊接速度與攪拌頭轉(zhuǎn)速的匹配不當(dāng)導(dǎo)致的。2.3爆炸焊目前，在多種生產(chǎn)與科技中都用到鋁/銅爆炸焊接。爆炸產(chǎn)生的高速巨大壓力能夠?qū)X和銅表面的油污、氧化膜等清除掉。進(jìn)行焊接時(shí)，容易導(dǎo)致焊件出現(xiàn)變形，所以對(duì)連接管的內(nèi)

6、外都需要進(jìn)行休整。要控制焊接的質(zhì)量，就需要對(duì)兩個(gè)零件的角度以及靠近的速度合理的進(jìn)行控制。從焊接實(shí)踐來(lái)看，要提高接觸面的強(qiáng)度，就需要提高爆速，經(jīng)過(guò)對(duì)接觸面進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，焊接處的強(qiáng)度滿足要求。2.4超聲波焊自上世紀(jì)六十年代出現(xiàn)至今，超聲波焊接目前已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)廣泛的應(yīng)用。對(duì)異種材料的焊接中，超聲波焊接方法比較簡(jiǎn)單，只需要對(duì)焊接件施加超聲和壓力作用，使異種材料接觸面發(fā)生摩擦，并將鋁表面的污染物及氧化膜撕裂清除，從而使兩個(gè)干凈的接觸面產(chǎn)生原子擴(kuò)散，鋁和銅均在沒(méi)有達(dá)到熔點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)生粘結(jié)作用。這種焊接方法不需要外加熱源，也

7、不需要接電，焊接時(shí)不會(huì)出現(xiàn)液相和氣相，所以也不會(huì)出現(xiàn)脆性金屬間化合物。通過(guò)水下與空氣中焊接試驗(yàn)效果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩種環(huán)境下的焊接強(qiáng)度接近，因此可以說(shuō)明這種焊接方法受環(huán)境的影響不大，但是由于在水中散熱較快，所以需要的焊接實(shí)踐較長(zhǎng)，壓力較大。2.5電阻焊在鋁/銅焊接應(yīng)用中，對(duì)接電阻焊的使用時(shí)間較差，可分為閃光堆焊及電阻對(duì)焊。電阻對(duì)焊主要是將焊接工件端面壓緊，然后利用電阻熱將端面加熱到塑性狀態(tài)，然后施加壓力完成焊接。該方法的生產(chǎn)率比較高，但設(shè)備復(fù)雜且能耗大,而且在接頭處易出現(xiàn)氧化物夾雜，力學(xué)性能不高。而閃光對(duì)焊則通過(guò)高壓快速

8、頂鍛和極短的通電時(shí)間，在大電流、高送料速度下完成對(duì)接，這種方法的優(yōu)勢(shì)在于可以將接頭處的氧化物及化合物擠出，使接頭發(fā)生大的塑性變形，其焊接接頭性能較好。2.6釬焊這種焊接方法在鋁/銅異種材料焊接中的優(yōu)勢(shì)主要有變形小、溫度低、操作方便、設(shè)備簡(jiǎn)單、周期短、生產(chǎn)成本低等，因此也是近年來(lái)研究的一個(gè)重要方面。在采用釬焊焊接時(shí)，對(duì)鋁/銅直接進(jìn)行焊接的難度還是比較大的，為了