钨铜合金与铬青铜的惯性摩擦可焊性浅析

丁珂

摘 要：随着国内各零部件产业的不断发展，可靠、耐用、高性能、低成本已经成为部分组件产品批量生产的重要条件。而接线端子作为传递电信号的重要媒介，一直受到广泛关注。为了保证良好的导电性，传统接线端子多以铜为原材料就行制作，但是铬青铜其不耐高温的特性，会让其在某些情况下发生失效。

关键词：接線端子 铬青铜 钨铜合金 惯性摩擦焊 可焊性

本文以此为背景，对端子整体结构进行改进，将钨铜合金作为端子一部分，将铬青铜作为端子另一部分，用惯性摩擦焊对这两端的结合，并对焊接的可行性进行简要分析。

1.焊接材料

由于铬青铜（QCr0.5）导电性较好，所以常将其用来制作接线端子。但其不耐高温，这就导致在出现电压击穿的情况下，电弧产生高达2000℃的瞬时温度，会将铜合金所制端子烧毁。而钨铜合金（W80Cu20）的耐高温性能较好，且耐电弧烧灼，但是其导电性相对于铜合金稍弱，所以考虑将钨铜合金与铬青铜两种材料混合使用。为了增加焊接强度，将好焊接试样制成如图1所示，接触面直径为Φ10mm。

2.采用焊接方式-惯性摩擦焊

河南科技大学的王宇飞，杨蕴林，王长生的研究表明，超塑性焊接形成的接头，铬青铜一侧焊合区内组织明显细化，然后逐渐过渡为均匀等轴晶组织，晶粒形状和尺寸与压接前相比基本未发生变化。焊合形态较好，无明显缺陷。钨铜合金一侧组织没有明显变化，局部界面处存在有机械结合区、显微空隙等焊合不良的微观缺陷[2]。虽然这些缺陷大多出现在距预留仓较远的界面处，但是后续可能会对接头的力学性能产生一定的影响。

惯性摩擦焊成本低，环境清洁、安全，且焊接精度高，所以其应用较为广泛。

在惯性摩擦焊接中将待焊工件分为旋转端工件和移动端工件，焊接过程中，先利用飞轮为旋转端工件储存动能，当飞轮带动旋转端工件达到设定的转速时飞轮与主轴电机脱开，移动端沿水平方向朝旋转端移动，然后在焊接压力的作用下，两端焊件接触摩擦并牢固的焊接在一起。

相比与其他焊接形式，惯性摩擦焊需要控制的参数相对单一，只需要控制调整主轴转速、转动惯量以及摩擦压力这三个因素，就可以完成焊件的可靠连接，且稳定性高，所以近年来发展迅猛[1]。

试验要求两段材料均为回转体，且其横截面及长度相同，所以对其放置位置暂无要求。故计划可采用惯性摩擦焊进行焊接。

3.焊后浅析

为了验证两材料焊接后结合面的强度以及可靠性，对焊接接头进行了拉伸强度试验，结果如图2所示。结果显示，接头抗拉强度可以达到166MPa，满足使用要求，但其断后延伸率极低，所以初步判断断裂形式可能为脆性断裂。为了进一步判断其断裂形式，对焊接接头进行金相实验。

金相实验结果如图3、4所示。图3左侧为铬青铜，右侧为钨铜合金。不难看出，两个材料之间出现了清晰的界面，铬青铜侧向钨铜合金一侧出现明显扩散。但是由于钨铜合金强度相比铬青铜要高，所以钨铜合金一侧的组织变化较小。如图4所示，钨铜合金一侧，晶粒仍多为大小超过2μm的大晶粒。

总结

综上可得，采用惯性摩擦焊将钨铜合金和铬青铜进行结合得到接头强度满足使用条件，有望应用到实际生产中。但后续需要对其焊接参数进行进一步研究，以保证产品性能。

参考文献

[1]雷玉成，陈西章，朱强.金属材料焊接工艺[M].北京：化学工业出版社，2007.

[2]王宇飞，杨蕴林，王长生.钨铜合金/铬青铜复合结构电触头的超塑焊接[J].河南科技大学学报，2006，27（1）：1-4