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)，焊接時很難同時熔化。高溫下鋁強(qiáng)烈氧化，焊接時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，綜合性能最好，因此熔焊時應(yīng)設(shè)法控制焊縫金屬的鋁銅合金中銅的含量不超過這個范圍，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，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渡；加入鈣、鎂能使表面活化、易于填滿樹枝狀結(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，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，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)充說明一些工藝要點(diǎn)。

（1）摩擦焊    棒料對接時，焊前需對工件退火，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對接攪拌摩擦焊，焊接時把純銅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）電阻閃光焊和儲能對焊    鋁-銅閃光對焊和電容儲能對焊都是依靠提高頂鍛速度和足夠大的頂鍛力，同時嚴(yán)格控制有電頂鍛時間，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)，來保證接觸面處產(chǎn)生較大塑性變形。例如：閃光對焊時，采用大電流(比焊鋼時大一倍)、高送料速度(比焊鋼時高4倍)，高壓快速頂鍛(100～300mm·s-1)和極短的通電頂鍛時間(0.02～0.04s)。

 

有時為了防止產(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。焊時不需加中間過渡層，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，時間10min。詳見機(jī)械工業(yè)出版社出版的《焊接工程師手冊》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，詳見機(jī)械工業(yè)出版社出版的《焊接工程師手冊》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，只需填充鋁焊絲。

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