鋁-銅非真空高頻感應釬焊研究

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1、畢業(yè)設計（論文）開題報告目：鋁?銅非真空高頻感應釬焊研究院（系）材料科學與工程學院焊接技術(shù)與工程生號班號指導教師開題報告日期—?課題背景鋁銅接頭廣泛用于化工、電器和制冷工業(yè)中，以降低成本。鋁銅焊接的主要問題是接頭的腐蝕和老化。腐蝕由鋁和銅之間的1.644V電極電位差引起。焊接過程屮焊縫易出現(xiàn)鋁銅脆性化合物，當接頭長期工作于高溫環(huán)境受到機械震動作用，述會導致鋁銅原子擴散形成金屬間化合物層并不斷加厚，使接頭的沖擊韌性下降，電阻升高。鋁銅釬焊時，因使用腐蝕性強的釬劑去除致密的鋁氧化膜,還存在釬劑殘渣腐蝕接頭的問題。鋁與銅之間焊接時，由于鋁、銅材料自

2、身的強烈氧化性，使得焊接比較困難。鋁無論固態(tài)或液態(tài)都極易氧化，形成熔點高達2050°C的A1203氧化膜，銅與氧以及S、Bi、Pb等雜質(zhì)易形成多種低熔點共晶，鋁/銅之間易形成脆性金屬間化合物，降低接頭的力學性能。另外，由于銅、鋁物理性能參數(shù)差異較大［4］,給鋁/銅焊接帶來較大困難。銅與鋁的熱導率、比熱及熔化熱高，焊接時必須采用強大的熱源，并且兩種金屬熔點相差很遠，要便它們均勻地受熱和熔化是比較困難的。兩種金屬的密度相差懸殊，也影響焊縫金屬的均勻混合［5］。鋁、銅的線膨脹系數(shù)差異較大，受熱時變形不一致容易產(chǎn)生裂紋［6］。在高溫時，鋁和銅的液體能

3、夠溶解和吸收大量的氣休（如氫），冷卻時，氫在鋁和銅液中的溶解度迅速下降，來不及溢出的氫容易在焊縫屮形成氣孔［7］。二?本課題國內(nèi)外研究的歷史和現(xiàn)狀（文獻綜述）（一）鋁銅釬焊1.鋁銅直接釬焊鋁銅直接釬焊困難較大，接頭質(zhì)量不好。鋁銅電極電位相差較大，易引起腐蝕；在釬縫中有脆性化合物生成使接頭強度降低。另外，冷卻時釬縫里有大量沿晶界CuA12析出，CuA12的電極電位比Al的電極電位高，易產(chǎn)生晶間腐蝕。為去除致密的鋁氧化膜，需使用腐蝕性大的釬劑，釬劑的殘渣吸潮后形成腐蝕劑，對接頭有強烈的腐蝕作用。針對上述問題，從釬料、釬劑和設備著手研究了一些新的鋁

4、銅直接釬焊方法：①利用含稀土元索的Zn基釬料釬焊鋁銅，由于稀土元索在釬料屮起到了除氣排污和細化晶粒的作用，使接頭的抗腐蝕性能和強度有了一定的提高，但腐蝕后強度仍下降較大。②銅磷釬料火焰釬焊鋁銅，由于釬料屮磷能還原氧化物而起到釬劑的作用，因此不需要釬劑，焊后也不需要清洗。③采用HLSnlO的餡極氨弧焊，利用鉤極氮弧焊的陰極霧化作用有效去除熔點高而且致密的A1203膜。2.鋁銅超聲波釬焊鋁銅超聲波釬焊主要利用超聲波的振動擊碎基休表面的氧化膜，然后加壓使鋁銅基休結(jié)合，避免了由于使用釬劑帶來的腐蝕問題，提高了接頭的抗腐蝕能力。超聲波釬焊機理：(1)從

5、理論推導和試驗實測得到焊接溫度均達不到焊件材料的熔點。(2)焊接接頭形成過程中，物理冶金反應對焊接接頭的形成并不起主要作用。(3)銅-鋁超聲波焊接是由材料本身的塑性、一定的摩擦升溫和工具頭豎直方向壓力共同作用下，在材料發(fā)生充分的塑性流動及氧化物、油污等阻礙材料焊接的物質(zhì)被破壞、清除或壓入母體材料的基礎上發(fā)生的焊接材料原子之間由于原子間作用力而形成金屬粘合的過程。一般右兩種振動頻率：20000Hz和40000Hz,根據(jù)工件的尺寸和所需能量的大小進行選擇。超聲波釬焊有兩個問題：一是剛開始啟動超聲波時，釬料對母材有局部強烈沖擊；二是釬料不易填滿釬縫

6、,易形成未填滿或間隙。另外超聲波設備昂貴復雜，要求工人要有熟練的維護保養(yǎng)水平。表1焊接參數(shù)頻率"kHz功率AYkW工具頭轉(zhuǎn)速n/(rTninl)焊接壓力/￥MPa振編鋁片厚度Si/mm銅管厚度SVmm15344*490.4300.21.040聲波發(fā)生器1.鋁銅擴散釬焊擴散釬焊時，在溫度和壓力的作用下，母材表面產(chǎn)生極小的微觀塑性流變相互緊密接觸，再經(jīng)過一段時間的保溫擴散，使釬接表面相互結(jié)合而形成接頭。為防止加熱和保溫過程屮金屬氧化，必須在真空或保護氣氛中進行釬焊，真空度應達到1.3333*10-40應當指出，即使在這種條件下仍有氧化膜形成，因為

7、A1在高真空度下也能同氧結(jié)合。擴散釬焊的主要優(yōu)點是能釬焊較為復雜的工件，而且可釬焊型面工件的整個表面，焊接處沒有變形。擴散釬焊使用A1基釬料，加入Zn能松弛熱應力和促進鋁氧化膜的破裂，再加入其它元索可進一步提高接頭的強度。擴散釬焊的應用受到了以下條件的限制:抽真空和釬焊時間長，費用高昂，工件尺寸受到真空爐的限制。1.鋁銅電阻釬焊電阻釬焊是依靠電流通過工件的釬焊處產(chǎn)生的電阻熱加熱工件和熔化釬料來實現(xiàn)釬焊的。釬焊時，要施加適當?shù)膲毫Γ瑝毫σS持到接頭完全凝固為止。電阻釬焊具有加熱迅速、生產(chǎn)率高等特點。用這種工藝釬焊的鋁銅接頭靜力性能好，但在動應力

8、試驗中，性能較差。這種方法要使用腐蝕性釬劑，接頭易受腐蝕。三課題主要研究內(nèi)容1.收集資料，了解鋁銅釬焊存在的主要難點和問題。鋁銅焊接的主要問題是接頭的腐蝕和老化。腐