[发明专利]一种焊接工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接工艺。

背景技术

现代机器制造业最迫切的问题之一，是在提高结构和设备工作性能及可靠性的同时，尽可能降低金属材料的消耗量，节约成本。铜及其合金具有优良的导电、导热性能、耐腐蚀和良好的加工成形性能，某些铜合金还兼有较高的强度，因此在电气、电子、化工、食品、动力及交通等工业部门得到了广泛的应用，但铜为稀缺金属，属于战略资源，国内每年需要进口大量铜材。而铝合金具有密度低、强度高、耐腐蚀、热导率和电导率高以及加工成形性能好等优良品质而发展迅速，已广泛应用于国民经济各领域及国防建设中，用量仅次于钢铁材料，成为第二大金属材料，某些场合中可以用铝合金代替铜作为结构件，从而减轻结构件的重量。但是铝合金的电阻率比铜的电阻率大60％，有些场合无法用铝合金全部代替铜。为了充分利用铝合金和铜的各自优异性能，通常在很多应用场合用铝/铜复合接头，不但能减轻构件的重量、节约材料，降低生产成本，而且还能满足结构件的强度要求。因此铝/铜复合接头制备的研究和应用具有广泛的前景和深远的意义。

随着异种金属连接技术的进步，铝/铜异种金属材料接头将得到越来越广泛的应用。例如在制造电机、大容量发电机组的母线、变压器的导电零部件、化工容器、制冷和航空航天工业等其它产品时，都采用铝/铜复合接头代替全铜件，电力工业中以铜为铝制品的端头，可以避免铝接头由于表面氧化膜的电阻率大和铝的蠕变行为，产生冒烟、放爆现象造成事故。在实际生产中广泛采用钎焊、扩散焊、压力焊等实现铝/铜接头的连接。但是由于铝和铜的物理性能与化学性能有很大的差异，因此在常规焊接过程中存在以下的困难：

(1)铝在高温下易氧化：

由于铝合金和铜的熔点相差400℃左右，在熔焊时很难同时达到熔化且在高温下，铝与氧有较强亲和力，会发生强烈的氧化反应，形成氧化铝，氧化铝的存在使填充材料和铝不能很好的熔合。因此，焊接铝/铜异种材料过程中，需要采取一定的措施，防止铝的氧化以及去除熔池中的氧化物，提高铝/铜焊接接头的质量。

(2)接头易形成铝铜金属间化合物。

(3)焊缝易生成裂纹：

由于铜的线膨胀系数为铝的0.5倍，焊接过后，铝/铜焊缝处产生较大的残余应力，当残余应力较高时，容易产生裂纹。

(4)接头易形成气孔：

由于铝和铜的导热性能均非常好，熔池结晶速度较快，因此高温冶金反应过程中形成的气体或是铝和铜在液态时溶解和吸收的气体来不及逃逸出熔池表面，残留在焊缝中形成气孔。

异种金属的焊接，由于不同材料的化学成分、物理特性、化学性能差别较大，异种金属的焊接比同种金属的焊接复杂得多。异种金属的焊接性除了必须考虑异种金属本身的固有性质和它们之间可能发生的相互作用之外，还必须结合焊接方法进行分析判定，从而正确选择焊接方法、制定焊接工艺。从异种金属材料各自固有的物理和化学性能以及它们在这些性质上的差异对异种材料焊接性的影响。当材料的熔化温度、线膨胀系数、热导率和比电阻等存在较大差异时，就会对焊接造成一定的困难，当线膨胀系数差异较大时，容易造成接头较大的残余应力和变形，易在焊缝、热影响区产生裂纹。当两种材料的晶格类型、晶格参数、原子半径、原子外层电子结构等化学性能差异小，也就是通常说的“冶金学相容性”好，则在液态和固态时具有互溶性，这两种材料在焊接过程中，一般不会产生金属间化合物，异种金属材料焊接性好。

从焊接方法的差异上分析对异种金属材料焊接性的影响。熔焊、压焊、钎焊三大类焊接方法都可以用来焊接异种材料。扩散焊连接是异种金属焊接中适用范围最广泛，而且也是实现金属和非金属焊接的好方法。扩散焊主要考虑界面反应相的形成情况，当两界面的元素扩散速度差异较大时，易导致孔隙产生；当界面出现氧化膜和熔点差异大时，导致的扩散能力下降引起的结合不良；界面塑性变形能力差引起的结合性能的下降；焊后热处理和服役过程中接合区发生不利组织变化，异种铝合金及低熔点的有色合金多用搅拌摩擦焊。

搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding)是由英国焊接研究所(TheWeldingInstitute-TWI,Cambridge,UK)上个世纪90年代发展起来的一项革命性固相焊接技术，即可以在非熔化状态下实现的材料连接技术。此技术一经出现，就在焊接界引起极大的震动，掀起了一场连接技术的新革命。经过20多年的发展，搅拌摩擦焊已经成功突破试验研究阶段，在诸多制造领域实施规模化、工业化的应用。