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  • 铜铝的焊接小知识
  • 本站编辑:杭州宽旺机械设备有限公司发布日期:2020-10-13 11:00 浏览次数:


一,概述,

铜与铝焊接(copper and aluminun welding)的原因是为了降低成本、减轻重量,因为铝的密度是铜的1/3左右,价格是铜的1/5左右,所以好多场合以铝代铜,特别是电力行业,也就出现了铜铝焊接。

但铜铝表面都极易氧化,特别是铝的氧化膜十分牢固,耐高温(熔点达2050℃),并且电阻很大,如果机城连接,在电力运行时接点接触不稳定,常会发生冒烟,爆断现象,易造成火灾等严重后果。

总的来说,铜铝焊接可采用熔焊、压焊和钎焊。

二,铜铝焊接的难点

1,铜与铝的焊接属于异种金属(有色)焊接,这要比铜-铜、铝-铝焊焊困难得多。

2,铜、铝都易被氧化,在焊接过程中生成高熔点的氧化物,使焊缝金属难以完全熔合,给施焊带来困难。

3,铜与铝的焊接接头脆性大,易产生裂纹,在铜与铝的熔焊时,近铜侧的焊缝中很容易形CuAl2等共晶,分布于晶界附近,易产生晶间裂纹。

4,铜与铝的熔点相差大,在熔焊中,铝熔化时铜却保持固体状态,当铜熔化时,铝已熔化很多了,增加焊接难度。

5,焊缝易产生气孔,由于铜与铝的导热性都很好,焊接时熔池池金属结晶快,高温时的治金反应气体来不及逸出,故而产生气孔。

三,铜与铝的焊接方法介绍

1,氩弧焊

①焊前准备:a将铜与铝的焊件表面清理干净。b将铜焊件开坡口,按照增加铜侧焊缝面积和焊缝中铜含量尽量少的原则确定坡口形式,一般采U形坡口,铝侧可不开坡口。c焊材有Ag65Cu20Zn15、Q203、ER4043。d焊机WES315、氧-乙炔设备一套。

②施焊操作:a将铜、铝焊件组装固定好,防止加热、焊接过程中变形、移位。b先在铜侧用氧-乙炔火焰钎焊一层高银钎料(约1mm)。c趁热用铝硅焊丝进行氩弧焊;在焊接过程中,钨极电弧中心偏向铝焊件一侧(这点与铜铝直接钨极氩弧不同!);其焊接工艺操作指导思想:一是尽量减少铜在焊缝中的含量,二是尽量在铜侧是钎焊而在铝侧是熔焊。d焊枪与工件间的倾角通常为75~85º,起弧时90º,随后保持正常倾角(偏向铝侧)。e钨极电弧长度般为5mm左右,焊件越薄电弧长度越短。f将填充的铝焊丝放在溶池的边沿,与焊件夹角小于15º,丝端不能与熔池接触,但应始终处在氩气保护范围内,切忌将铝焊丝抬得很高或倾角太大。g填充铝焊丝应在电弧侧进行必要预热,然后送入电弧中心与基体熔合,避免铝焊丝的大段熔填。h假如钨极与焊件粘住,这时不要急于提起焊枪,应先放开控制开关,然后轻轻摇动焊枪,使钨极脱离焊件,否则容易把钨极折断。i氩弧焊接头收尾处出现弧坑、裂纹和塌陷等缺陷时,应在收尾时适当增加焊丝的填充量,在平时多练提高氩弧焊技术。

③焊后修磨到技术要求。

2,埋弧焊

①一般铜一侧开坡口(通常U型),铝一侧不开坡口。

②埋弧焊时,电弧应指向铝一侧,最佳偏移距离为5~7mm。

③在焊缝中应适当加入Si、Zn、Ag、Sn等元素。

④焊接参数举例:铜铝板厚10mm;铝焊丝直径ø2.5,材质为SAl2时,焊接电流为400~420A,焊接电压为38~39V,焊接速度为0.58cm/s。

3,电子束焊

为避免直接电子束焊,焊后接头形成CuAl2共晶组织的θ相外加大量的η及β相,使得焊缝金属硬而脆,通常采用Ag作中间合金层,由于Ag、Cu、Al均可形成互溶固溶体,所以用1mm左右厚的Ag作中间层进行焊接获得良好的接头。

4,铜与铝的闪光对焊

①焊前准备:a对铜铝焊件的加工要精确,形状平直。b清理表面污物及氧化物。c对铜及铝焊件进行退火处理(铜件600~650℃,保温40~60min,水中冷却。铝件400~450℃,保温40~60min,空冷)以降低硬度,增加塑性,提高焊接接头质量。

②闪光对焊能将脆性的金属间化合物挤出接头,使接触面发生较大的塑性变形,可获得更好的接头,这是铜铝焊接的重要方法之一。

③闪光对焊机参数选用举例(采用LQ-200型):铜、铝两焊件的对焊面6×60mm²;伸出长度Cu29mm,Al17mm;夹具压力0.44MPa;顶锻压力0.29MPa;烧化时间4.1s;带电顶锻时间1/50s;凸轮角度270º。

5,摩擦焊

①低温摩擦焊(目前主流摩擦焊接方法):a它是将摩擦面的温度控制在铜铝共晶点温度548℃以下,即在460~480℃温度范围内完成铜铝摩擦焊,该温度范围是最佳范围,能获得满意的铜铝焊接接头。它是属于半加热的压力焊,所需单位面积的顶锻压力比冷压焊小,但比闪光对焊大,主要适用于中等截面(300~800mm²)铜铝接头的摩擦焊接。 b低温摩擦焊技术参数选用举例:铜、铝焊件直径ø10;转速450r/min;摩擦时间6s;顶锻压力392MPa;维持时间2s;铜出模量20mm;铝出模量20mm;顶锻速度12.6cm/min;焊前预压力490~588N;摩擦压力166~196MPa。②高温摩擦焊:a高温摩擦焊时,其旋转线速度可达0.58m/s,接触面的温度可达到铝的熔点(660℃),完全超出铜铝共晶的温度(548℃),在这种温度下,铜铝原子相互发生扩散反应,可以形成良好的焊接接头。b焊前准备:将铜端面加工成90º锥角;对铜、铝焊件进行退火;退火后进行清理。c高温摩擦焊技术参数选用举例:铜铝焊件直径ø10mm;转速r/min;外圈线速度0.71m/s;摩擦压力147MPa;铜件轴角60º。

6,冷压焊

冷压焊的本质是在室温下利用工件待焊部位产生塑性变形,将工件接触面上的氧化膜挤出焊缝外,使界面间金属原子达到原子间引力的距离,伴随着原子间扩散,产生原子间结合的牢固接头。主要适用于中小截面的铜、铝焊接。

①铜与铝的对接冷压焊:a对接冷压焊是室温下进行的,不用任何外加热源,金属组织不发生再结晶和软化退火现象,接头强度不低于母材,对接接头截面积在1~1000mm²范围内,适用于电机、变压器,架空电线等方面。b铜铝对接冷压焊技术参数选用举例:焊前退火;铜铝焊件直经ø10mm;每次焊件伸出长度:铜10mm,铝10mm;顶锻次校3次;顶锻压力333MPa。

②铜与铝的搭接冷压焊:a铜与铝塑性材料的板-板、线-线、线-板、箔-线、箔-板等形式的冷压焊,最好接头形式是搭接。可用与电阻点焊相似的方式进行点冷焊。焊点压头形状有圆形:d=(1~2)δ;矩形:a=(1~2)δ,b=5~6a。多点焊时,应交错分布,焊点中心距大于2d。b铜与铝塔接冷压焊技术参数选用举例:焊件尺寸40×4mm²;搭接长度70mm;焊点数6个;压点直径Al ø7,Cu ø8;压头总长Al 30mm,Cu 55mm;压点中心距10mm;压力235MPa。

7,电容储能焊

①电容储能焊是电阻焊的一种特殊形式,属于固相焊接。储能焊的本质是预先把能量以某种形式储存起来,然后在极短时间内通过焊件释放出来,瞬时在接头处产生大量约热能,同时在快速挤压下形成焊接接头。铜与铝的导电性、导热性都非常好,焊接时必须采用大电流短时间的强规范。电容储能焊特别适于焊接小截面的铜、铝导线的焊接,是目前焊接铜、铝导线较理想的方法,但它的工艺参数可调范围较窄,因此必须严格遵照焊接工艺参才能焊出高质量的铜铝焊接接头。

②铜铝细导线的电容储能焊工艺参数选用举例:导线直径 Alø1.81,Cuø1.56;电容量8000uF;焊接电压190~210V;伸出长度 Al2.5mm,Cu2.0mm;顶锻压力608MPa;夹紧力2650N;变压器比值60:1。

8,真空扩散焊

①真空扩散焊主要用于制造冷冻设备及电力设备的铜铝接头,其工艺参数控制十分严格,它比熔焊、钎焊和闪光对焊的质量稳定。

②焊前铜铝焊件表面必须严格进行精细加、磨平及再抛光和清洗,使其尺可能光洁无任何杂质。将铜板铝板叠合好放入真空室,影响铜与铝的真空扩散焊的因素有:加热温度;焊接压力;保温时间;真空度;焊件表面质量等。

③铜与铝真空扩散焊技术参数选用举例:对厚度0.2~0.5mm的铜与ZAl2硬铝合金进行真空扩散焊时,加热温度480~500℃;保温时间10min;压力4.9~9.8MPa;真空度1.33×10-²~1×10-³Pa。

9,钎焊

①中低温钎焊

a,刮擦焊:选HL501(Zn58Sn40Cu2),一般市售规格为铸条5×20×350mm³,焊接方法非常简单,铜铝焊件加热到300℃左右,不用任何钎剂,试着刮擦焊件,如果焊料不熔化,继续加热,直到刮擦后焊料挤满焊缝为止。

b,M51+M51-F:这种钎料加钎剂的焊接,钎焊温度很低179℃,焊接时不能直接加热钎料,应加热铜铝焊件,利用焊件的热量熔化钎料,加热工具可用:电烙铁,热风枪,液化气喷枪,煤油喷灯,汽油喷灯,氧-乙炔焊枪等。

c,浸渍钎焊:钎料为(Zn96~98%Pb2~4%),钎剂为松香(C20H30O2)与无水洒精(比例大于1),焊接方法:将涂有松香酒精溶液的铜铝接头快速浸入440℃左右的钎料中进行钎焊。

d,WE CuAl-Q303:这种焊接材料是药芯铜铝焊丝,钎焊温度约400℃,自带钎粉有机无腐蚀性钎剂,钎粉随金属包层熔融,它会迅速破除铜铝金属表面氧化膜和金属表面张力,并能防止重新氧化,经钎粉湿润金属表面,使钎料能通过毛细管作用填满整个焊缝,操作简单,焊后一般不清理也可,得到广大焊工的喜爱。

e,其它焊材介绍:WE53+WE53-F 是实芯焊丝加钎剂,钎焊温度约400℃;XR-FC22、XR-FC0215、ER15、E9802、FR301等是药芯焊丝,使用更方便。

②,高温真空钎焊

a,钎料:AlSi12

b,焊前准备:将丝状钎料压成0.5~1mm厚的回形片状;将铜、铝焊件及钎料清理干净。

c,装配:用不锈钢板按铝-钎料-铜的次序组装夹紧,分层叠放。

d,装炉钎焊:入炉后开始抽真空;当真空度达到10-²Pa以后,启动加热装置;升温速度10~20℃/min,在150℃保温5min,350℃和540℃各保温5min,然后连续升温到624℃,保温6min后冷却;冷却到600℃以下,关闭加热装置,冷却到450℃以下,填充氮气加快冷却速度,冷却到100℃以下即可开炉门。

10,其它焊接方法

除了以上铜与铝的焊接方法,还可以使用爆炸焊、超声波焊等。


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