一、鋁與銅的焊接特點(diǎn)

鋁與銅可以用熔焊、壓焊和釬焊，其中以壓焊應(yīng)用最多。

 

熔焊的主要困難是鋁和銅的熔點(diǎn)相差很大(達(dá)423°C)，焊接時(shí)很難同時(shí)熔化。高溫下鋁強(qiáng)烈氧化，焊接時(shí)需有防止氧化措施和清除熔池中的氧化物。鋁和銅在液態(tài)下無(wú)限互溶，在固態(tài)下有限固溶。鋁和銅能形成多種由金屬間化合物為主的固溶體相，其中有AlCu2、Al2Cu3、AlCu、Al2Cu等。鋁-銅合金中銅含量在12%～13%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以下時(shí)，綜合性能最好，因此熔焊時(shí)應(yīng)設(shè)法控制焊縫金屬的鋁銅合金中銅的含量不超過(guò)這個(gè)范圍，或者采用鋁基合金。

 

鋁和銅均為塑性很好的金屬，因此兩者很適于用壓焊焊接，尤其是冷壓焊、摩擦焊、擴(kuò)散焊等。

二、焊接工藝要點(diǎn)

1.  熔焊

鋁與銅組合最好采用氬弧焊。焊時(shí)，電弧中心要偏向銅板一側(cè)，偏移量相當(dāng)于厚度的1/2，以達(dá)到兩側(cè)同時(shí)熔化。可采用純鋁或鋁-硅作填充焊絲。焊縫金屬中加入合金元素可改善鋁銅熔焊接頭質(zhì)量，加入鋅、鎂能限制銅向鋁中過(guò)渡；加入鈣、鎂能使表面活化、易于填滿(mǎn)樹(shù)枝狀結(jié)晶的間隙；加入鈦、鋯、鉬等難熔金屬有助于細(xì)化組織；加入硅、鋅能減少金屬間化合物。加入方法可在焊前涂到銅的待焊表面上。

采用埋弧焊時(shí)，接頭形式如圖1所示。電弧與銅件坡口上緣的偏離值l=(0.5～0.6)δ，δ為焊件厚度。銅側(cè)開(kāi)J形坡口，鋁側(cè)為直邊。在J形坡口內(nèi)預(yù)置φ3mm的鋁焊絲。當(dāng)工件厚度為10mm時(shí)，采用焊絲直徑φ2.5mm，送絲速度332m·h-1，焊接電流400～420A，電弧電壓38～39V，焊接速度21m·h-1。焊后焊縫金屬中w(Cu)在8%～10%范圍，可得到滿(mǎn)意的接頭力學(xué)性能。

2.  壓焊

表1中已給出常用幾種鋁與銅壓焊的焊前準(zhǔn)備工作，這里補(bǔ)充說(shuō)明一些工藝要點(diǎn)。

（1）摩擦焊    棒料對(duì)接時(shí)，焊前需對(duì)工件退火，銼平接合表面，并盡快焊接，以免沾污或重新生成氧化膜。摩擦焊加熱溫度應(yīng)低于鋁�层~共晶溫度(548°C)，一般控制在460～480°C。這樣既能防止產(chǎn)生脆性的金屬間化合物，又能保證有足夠的塑性變形。表3為供參考的摩擦焊的焊接參數(shù)。

板料對(duì)接可以采用攪拌摩擦焊，只要焊接參數(shù)選擇合適，也能獲得良好的焊接接頭，以板厚為2mm的鋁合金5A06(LF6)+純銅T1對(duì)接焊為例，在攪拌頭轉(zhuǎn)速375～1180r·min-1，焊接速度30～150mm·min-1較寬范圍內(nèi)焊接都能獲得良好的焊縫成形。其中以轉(zhuǎn)速1180r·min-1，焊接速度30mm·min-1時(shí)的接頭抗拉強(qiáng)度最高，達(dá)到297～62MPa，是鋁合金5A05(314MPa)的95%。

 

另一例子頗有特色，板厚為4mm的5A05+T2對(duì)接攪拌摩擦焊，焊接時(shí)把純銅T2位于前進(jìn)側(cè)，攪拌頭的攪拌針偏向鋁合金5A05側(cè)0.9mm，焊前預(yù)熱200°C，以攪拌頭轉(zhuǎn)速為1250r·min-1，焊接速度為40mm·min-1進(jìn)行焊接，同樣獲得良好的焊縫成形。

 

（2）電阻閃光焊和儲(chǔ)能對(duì)焊    鋁-銅閃光對(duì)焊和電容儲(chǔ)能對(duì)焊都是依靠提高頂鍛速度和足夠大的頂鍛力，同時(shí)嚴(yán)格控制有電頂鍛時(shí)間，將已形成的金屬間化合物隨液態(tài)金屬一起擠出接口之外，使脆性層盡量的薄和不連續(xù)，來(lái)保證接觸面處產(chǎn)生較大塑性變形。例如：閃光對(duì)焊時(shí)，采用大電流(比焊鋼時(shí)大一倍)、高送料速度(比焊鋼時(shí)高4倍)，高壓快速頂鍛(100～300mm·s-1)和極短的通電頂鍛時(shí)間(0.02～0.04s)。

 

有時(shí)為了防止產(chǎn)生脆性化合物，事先在銅表面上鍍上鋅、鋁或銀釬料。

 

3.  真空擴(kuò)散焊

鋁-銅真空擴(kuò)散焊可獲得導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能都很好的牢固接頭。焊時(shí)不需加中間過(guò)渡層，其主要焊接參數(shù)為：真空度6.67×10-3Pa，焊接溫度500～520°C，壓力9.8MPa，時(shí)間10min。詳見(jiàn)機(jī)械工業(yè)出版社出版的《焊接工程師手冊(cè)》第五篇第5章。

 

4.  釬焊

在電器元件制造中經(jīng)常采用鋁-銅釬焊，詳見(jiàn)機(jī)械工業(yè)出版社出版的《焊接工程師手冊(cè)》第五篇第10章。

 

5.  熔焊-釬焊

熔焊-釬焊是熔焊和釬焊聯(lián)合用于鋁-銅接頭的一種焊接技術(shù)。通常是對(duì)銅用釬焊，即在銅的待焊表面先搪一層鋅基釬料或鍍一層50～60μm的鋅層。然后與鋁進(jìn)行熔焊，只熔化鋁一側(cè)。如果用氣焊，則用CJ401焊劑和純鋁焊絲進(jìn)行焊接；用鎢極氬弧焊時(shí)，只需填充鋁焊絲。

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