异种有色金属铜-铝焊接工艺试验研究

胡卫欢 邹义龙 王 烁

(1.河北万丰冶金备件有限公司,河北 张家口 075000;2.河北建筑工程学院,河北 张家口 075000)

0 前 言

传统上常采用挂锡和熔锡的方法焊接铜铝，成型较差，强度不足，由于锡的熔点低不能焊接在高温工作下的工件，所以该种工艺只适合低温条件下如小工件的焊接(只适用于多股铜线和小规格铝漆包线的焊接)，很难应用到其它产品的生产中.

采用熔化焊、摩擦焊、冷压焊、爆炸焊、电子束焊、超声波焊等焊接方法焊接铜铝，焊接出来的接头脆性大,易产生裂纹且焊缝易产生气孔，焊接起来的工件容易出现断裂，断裂后可能会出现导电体断路、管道泄露等严重问题，比较危险，所以往往达不到实际生产中要求的效果.

用钎焊(通常用火焰钎焊、炉中钎焊和高频钎焊等)把铜和铝焊接在一起，通过钎焊工艺把钎料作为中间介质把铜和铝焊接在一起(实际上是发生冶金反应，钎料通过毛细作用渗入铜材和铝材分子结构中)，焊接后接头成型较好，抗拉抗剪性能及导电性耐腐蚀性好，是目前常用的铜铝焊接方法.下面对异种金属铜-铝焊接工艺进行试验.

1 铜-铝异种焊接试验

1.1 焊接设备及材料

(1)铝：5052属于铝镁系合金，耐蚀性好，焊接性优良并具有中等强度，适用范围广泛.

(2)铜：H62具有良好的力学性能，热态下塑性好，切削性能良好，耐腐蚀且具有良好的焊接性.

(3)焊丝：DW-120铝铜焊丝

(4)焊接设备：Panasonic YC-300WX4型氩弧焊机，如图1所示.焊接加压设备，如图2所示.

(5)连接方式：压钎焊(TIG热源)

1.2 焊接工艺流程

在焊接过程中试件连接方案和技术方法如图3所示.

图3 连接方案和技术方法

1.3 焊前准备

先使用钢丝刷、粗砂纸打磨试件焊接接头处，去除表面氧化膜.再使用有机溶剂丙酮擦洗，洗除打碎的氧化膜残渣，同时溶解并去除表面油污.最后用吹风机烘干试件表面，进行焊接试验.接头形式为搭接，搭接宽为12mm，长20mm，铜铝板厚均为2mm,接头搭接接触面为铜-铝界面，其样式如图4和图5所示.

图4 铜铝板试件

图5 铜铝件实际位置图

1.4 焊接参数选择

实际焊接参数如表1所示.

表1 焊接参数

预测抗拉强度：试验采用5052铝镁系合金铝板，其特点是强度高，特别是抗疲劳强度，抗拉强度范围为170～305MPa.本次试验铜-铝焊接，拉伸试验中在焊接质量较好的情况下，最先断裂的应为铝材，本次试验先准备与试件尺寸相同的铝板进行抗拉试验，试验结果为250Mpa.故预测抗拉强度取中间值250Mpa.

1.5 焊接

采用上述焊接参数和焊接设备进行焊接，焊接设备及焊件如图6和图7所示.试验准备就绪后，按照试验步骤依次对5组铜铝板试件进行焊接.

图6 焊接设备

图7 焊接试件成品

2 焊接工艺分析

焊接过程中由于铜和铝的熔点不同，所以在焊接中千万要注意温度的控制，铜板在上，铝板在下.将焊丝均匀地放置在铝合金接头表面，通过加热铜块预热焊件后，加热铜件至焊丝熔化，拉动把手，使接头处于千斤顶正上方.持续加热铜块，同时通过千斤顶对焊件施压，以实现同时加压加热.熄灭电弧，进行气体保护.

由于热影响区的影响，在实际焊接中铝板必然会被部分氧化.会影响整个焊件的抗拉强度.所以控制保护气体和焊接加热温度尤为重要.5组试件成品通过拉力测试得出的数据如表2所示.实验结果均接近预测值(250Mpa).

表2 试验数据

3 对比分析其它焊接方法优缺点

目前我国焊接异种有色金属-铜铝，主要采用下面几种焊接方法：超声波钎焊、电阻钎焊、火焰钎焊和扩散钎焊，传统焊接铜铝的方法焊接工艺复杂，焊接设备复杂，对工人的技术水平要求严格，焊接技术水平的高低直接影响着焊缝的质量，详细如表3、图8所示.

表3 常用钎焊优缺点对比

图8 不同焊接方式金相组织对比图

本文采用与以往焊接工艺完全不同的自制焊接设备进行焊接，采用氩弧焊作为热源，减少了焊件与空气中氧气的接触，减少了焊件被氧化的可能性，大大地提高了焊缝的质量.

4 结 论

通过上面金相图的观察分析得出：本文中采用TIG作为热源，用钎焊压焊焊接具有焊接温度较低、变形量小并且焊接成本低，焊缝强度高等优点.在一定程度上克服了铝铜物理化学性能相差较大的问题、由于条件与能力的限制，此次采用人工通过千斤顶施压，所施加压力不均匀且不连续，不能保证每次施加压力大小相同.本装置对施焊者的技术要求相对较低，如果进一步改进甚至可能实现异种金属连接的机械化生产.