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                    • 銅鋁的焊接小知識
                    • 本站編輯:杭州寬旺機械設備有限公司發布日期:2020-10-13 11:00 瀏覽次數:


                    一,概述,

                    銅與鋁焊接(copper and aluminun welding)的原因是為了降低成本、減輕重量,因為鋁的密度是銅的1/3左右,價格是銅的1/5左右,所以好多場合以鋁代銅,特別是電力行業,也就出現了銅鋁焊接。

                    但銅鋁表面都極易氧化,特別是鋁的氧化膜十分牢固,耐高溫(熔點達2050℃),并且電阻很大,如果機城連接,在電力運行時接點接觸不穩定,常會發生冒煙,爆斷現象,易造成火災等嚴重后果。

                    總的來說,銅鋁焊接可采用熔焊、壓焊和釬焊。

                    二,銅鋁焊接的難點

                    1,銅與鋁的焊接屬于異種金屬(有色)焊接,這要比銅-銅、鋁-鋁焊焊困難得多。

                    2,銅、鋁都易被氧化,在焊接過程中生成高熔點的氧化物,使焊縫金屬難以完全熔合,給施焊帶來困難。

                    3,銅與鋁的焊接接頭脆性大,易產生裂紋,在銅與鋁的熔焊時,近銅側的焊縫中很容易形CuAl2等共晶,分布于晶界附近,易產生晶間裂紋。

                    4,銅與鋁的熔點相差大,在熔焊中,鋁熔化時銅卻保持固體狀態,當銅熔化時,鋁已熔化很多了,增加焊接難度。

                    5,焊縫易產生氣孔,由于銅與鋁的導熱性都很好,焊接時熔池池金屬結晶快,高溫時的治金反應氣體來不及逸出,故而產生氣孔。

                    三,銅與鋁的焊接方法介紹

                    1,氬弧焊

                    ①焊前準備:a將銅與鋁的焊件表面清理干凈。b將銅焊件開坡口,按照增加銅側焊縫面積和焊縫中銅含量盡量少的原則確定坡口形式,一般采U形坡口,鋁側可不開坡口。c焊材有Ag65Cu20Zn15、Q203、ER4043。d焊機WES315、氧-乙炔設備一套。

                    ②施焊操作:a將銅、鋁焊件組裝固定好,防止加熱、焊接過程中變形、移位。b先在銅側用氧-乙炔火焰釬焊一層高銀釬料(約1mm)。c趁熱用鋁硅焊絲進行氬弧焊;在焊接過程中,鎢極電弧中心偏向鋁焊件一側(這點與銅鋁直接鎢極氬弧不同?。?;其焊接工藝操作指導思想:一是盡量減少銅在焊縫中的含量,二是盡量在銅側是釬焊而在鋁側是熔焊。d焊槍與工件間的傾角通常為75~85o,起弧時90o,隨后保持正常傾角(偏向鋁側)。e鎢極電弧長度般為5mm左右,焊件越薄電弧長度越短。f將填充的鋁焊絲放在溶池的邊沿,與焊件夾角小于15o,絲端不能與熔池接觸,但應始終處在氬氣保護范圍內,切忌將鋁焊絲抬得很高或傾角太大。g填充鋁焊絲應在電弧側進行必要預熱,然后送入電弧中心與基體熔合,避免鋁焊絲的大段熔填。h假如鎢極與焊件粘住,這時不要急于提起焊槍,應先放開控制開關,然后輕輕搖動焊槍,使鎢極脫離焊件,否則容易把鎢極折斷。i氬弧焊接頭收尾處出現弧坑、裂紋和塌陷等缺陷時,應在收尾時適當增加焊絲的填充量,在平時多練提高氬弧焊技術。

                    ③焊后修磨到技術要求。

                    2,埋弧焊

                    ①一般銅一側開坡口(通常U型),鋁一側不開坡口。

                    ②埋弧焊時,電弧應指向鋁一側,最佳偏移距離為5~7mm。

                    ③在焊縫中應適當加入Si、Zn、Ag、Sn等元素。

                    ④焊接參數舉例:銅鋁板厚10mm;鋁焊絲直徑?2.5,材質為SAl2時,焊接電流為400~420A,焊接電壓為38~39V,焊接速度為0.58cm/s。

                    3,電子束焊

                    為避免直接電子束焊,焊后接頭形成CuAl2共晶組織的θ相外加大量的η及β相,使得焊縫金屬硬而脆,通常采用Ag作中間合金層,由于Ag、Cu、Al均可形成互溶固溶體,所以用1mm左右厚的Ag作中間層進行焊接獲得良好的接頭。

                    4,銅與鋁的閃光對焊

                    ①焊前準備:a對銅鋁焊件的加工要精確,形狀平直。b清理表面污物及氧化物。c對銅及鋁焊件進行退火處理(銅件600~650℃,保溫40~60min,水中冷卻。鋁件400~450℃,保溫40~60min,空冷)以降低硬度,增加塑性,提高焊接接頭質量。

                    ②閃光對焊能將脆性的金屬間化合物擠出接頭,使接觸面發生較大的塑性變形,可獲得更好的接頭,這是銅鋁焊接的重要方法之一。

                    ③閃光對焊機參數選用舉例(采用LQ-200型):銅、鋁兩焊件的對焊面6×60mm2;伸出長度Cu29mm,Al17mm;夾具壓力0.44MPa;頂鍛壓力0.29MPa;燒化時間4.1s;帶電頂鍛時間1/50s;凸輪角度270o。

                    5,摩擦焊

                    ①低溫摩擦焊(目前主流摩擦焊接方法):a它是將摩擦面的溫度控制在銅鋁共晶點溫度548℃以下,即在460~480℃溫度范圍內完成銅鋁摩擦焊,該溫度范圍是最佳范圍,能獲得滿意的銅鋁焊接接頭。它是屬于半加熱的壓力焊,所需單位面積的頂鍛壓力比冷壓焊小,但比閃光對焊大,主要適用于中等截面(300~800mm2)銅鋁接頭的摩擦焊接。 b低溫摩擦焊技術參數選用舉例:銅、鋁焊件直徑?10;轉速450r/min;摩擦時間6s;頂鍛壓力392MPa;維持時間2s;銅出模量20mm;鋁出模量20mm;頂鍛速度12.6cm/min;焊前預壓力490~588N;摩擦壓力166~196MPa。②高溫摩擦焊:a高溫摩擦焊時,其旋轉線速度可達0.58m/s,接觸面的溫度可達到鋁的熔點(660℃),完全超出銅鋁共晶的溫度(548℃),在這種溫度下,銅鋁原子相互發生擴散反應,可以形成良好的焊接接頭。b焊前準備:將銅端面加工成90o錐角;對銅、鋁焊件進行退火;退火后進行清理。c高溫摩擦焊技術參數選用舉例:銅鋁焊件直徑?10mm;轉速r/min;外圈線速度0.71m/s;摩擦壓力147MPa;銅件軸角60o。

                    6,冷壓焊

                    冷壓焊的本質是在室溫下利用工件待焊部位產生塑性變形,將工件接觸面上的氧化膜擠出焊縫外,使界面間金屬原子達到原子間引力的距離,伴隨著原子間擴散,產生原子間結合的牢固接頭。主要適用于中小截面的銅、鋁焊接。

                    ①銅與鋁的對接冷壓焊:a對接冷壓焊是室溫下進行的,不用任何外加熱源,金屬組織不發生再結晶和軟化退火現象,接頭強度不低于母材,對接接頭截面積在1~1000mm2范圍內,適用于電機、變壓器,架空電線等方面。b銅鋁對接冷壓焊技術參數選用舉例:焊前退火;銅鋁焊件直經?10mm;每次焊件伸出長度:銅10mm,鋁10mm;頂鍛次校3次;頂鍛壓力333MPa。

                    ②銅與鋁的搭接冷壓焊:a銅與鋁塑性材料的板-板、線-線、線-板、箔-線、箔-板等形式的冷壓焊,最好接頭形式是搭接??捎门c電阻點焊相似的方式進行點冷焊。焊點壓頭形狀有圓形:d=(1~2)δ;矩形:a=(1~2)δ,b=5~6a。多點焊時,應交錯分布,焊點中心距大于2d。b銅與鋁塔接冷壓焊技術參數選用舉例:焊件尺寸40×4mm2;搭接長度70mm;焊點數6個;壓點直徑Al ?7,Cu ?8;壓頭總長Al 30mm,Cu 55mm;壓點中心距10mm;壓力235MPa。

                    7,電容儲能焊

                    ①電容儲能焊是電阻焊的一種特殊形式,屬于固相焊接。儲能焊的本質是預先把能量以某種形式儲存起來,然后在極短時間內通過焊件釋放出來,瞬時在接頭處產生大量約熱能,同時在快速擠壓下形成焊接接頭。銅與鋁的導電性、導熱性都非常好,焊接時必須采用大電流短時間的強規范。電容儲能焊特別適于焊接小截面的銅、鋁導線的焊接,是目前焊接銅、鋁導線較理想的方法,但它的工藝參數可調范圍較窄,因此必須嚴格遵照焊接工藝參才能焊出高質量的銅鋁焊接接頭。

                    ②銅鋁細導線的電容儲能焊工藝參數選用舉例:導線直徑 Al?1.81,Cu?1.56;電容量8000uF;焊接電壓190~210V;伸出長度 Al2.5mm,Cu2.0mm;頂鍛壓力608MPa;夾緊力2650N;變壓器比值60:1。

                    8,真空擴散焊

                    ①真空擴散焊主要用于制造冷凍設備及電力設備的銅鋁接頭,其工藝參數控制十分嚴格,它比熔焊、釬焊和閃光對焊的質量穩定。

                    ②焊前銅鋁焊件表面必須嚴格進行精細加、磨平及再拋光和清洗,使其尺可能光潔無任何雜質。將銅板鋁板疊合好放入真空室,影響銅與鋁的真空擴散焊的因素有:加熱溫度;焊接壓力;保溫時間;真空度;焊件表面質量等。

                    ③銅與鋁真空擴散焊技術參數選用舉例:對厚度0.2~0.5mm的銅與ZAl2硬鋁合金進行真空擴散焊時,加熱溫度480~500℃;保溫時間10min;壓力4.9~9.8MPa;真空度1.33×10-2~1×10-3Pa。

                    9,釬焊

                    ①中低溫釬焊

                    a,刮擦焊:選HL501(Zn58Sn40Cu2),一般市售規格為鑄條5×20×350mm3,焊接方法非常簡單,銅鋁焊件加熱到300℃左右,不用任何釬劑,試著刮擦焊件,如果焊料不熔化,繼續加熱,直到刮擦后焊料擠滿焊縫為止。

                    b,M51+M51-F:這種釬料加釬劑的焊接,釬焊溫度很低179℃,焊接時不能直接加熱釬料,應加熱銅鋁焊件,利用焊件的熱量熔化釬料,加熱工具可用:電烙鐵,熱風槍,液化氣噴槍,煤油噴燈,汽油噴燈,氧-乙炔焊槍等。

                    c,浸漬釬焊:釬料為(Zn96~98%Pb2~4%),釬劑為松香(C20H30O2)與無水灑精(比例大于1),焊接方法:將涂有松香酒精溶液的銅鋁接頭快速浸入440℃左右的釬料中進行釬焊。

                    d,WE CuAl-Q303:這種焊接材料是藥芯銅鋁焊絲,釬焊溫度約400℃,自帶釬粉有機無腐蝕性釬劑,釬粉隨金屬包層熔融,它會迅速破除銅鋁金屬表面氧化膜和金屬表面張力,并能防止重新氧化,經釬粉濕潤金屬表面,使釬料能通過毛細管作用填滿整個焊縫,操作簡單,焊后一般不清理也可,得到廣大焊工的喜愛。

                    e,其它焊材介紹:WE53+WE53-F 是實芯焊絲加釬劑,釬焊溫度約400℃;XR-FC22、XR-FC0215、ER15、E9802、FR301等是藥芯焊絲,使用更方便。

                    ②,高溫真空釬焊

                    a,釬料:AlSi12

                    b,焊前準備:將絲狀釬料壓成0.5~1mm厚的回形片狀;將銅、鋁焊件及釬料清理干凈。

                    c,裝配:用不銹鋼板按鋁-釬料-銅的次序組裝夾緊,分層疊放。

                    d,裝爐釬焊:入爐后開始抽真空;當真空度達到10-2Pa以后,啟動加熱裝置;升溫速度10~20℃/min,在150℃保溫5min,350℃和540℃各保溫5min,然后連續升溫到624℃,保溫6min后冷卻;冷卻到600℃以下,關閉加熱裝置,冷卻到450℃以下,填充氮氣加快冷卻速度,冷卻到100℃以下即可開爐門。

                    10,其它焊接方法

                    除了以上銅與鋁的焊接方法,還可以使用爆炸焊、超聲波焊等。


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