咸阳职院技术学院机电工程系毕业论文铜铝异种材料焊接的研究现状**: ***学号: *********专业名称: 焊接技术及自动化班级: 高职焊接0801班****: ***目录摘要 (1)关键词 (1)一、铝和铝合金的性质及其焊接性能 (1)1 .铝的物理性质 (1)2. 铝合金材料的焊接难点 (2)3. 铝合金材料焊接的工艺方法 (3)4.铝合金焊接接头中的裂纹及其特征 (4)5.铝合金焊接裂纹的防止措施 (5)二、铜的性质 (7)1.铜的密度 (7)2.铜的电阻率 (7)3.铜的一些基础知识 (8)4.铜的硬度 (9)三、铜铝异种材料的各种焊接方法研究现状 (10)1.熔焊 (10)2.压焊 (10)2.1 冷压焊 (10)2.2 摩擦焊 (10)2.3 闪光对焊 (11)2.4 磁力脉冲 (11)2.5 爆炸焊 (11)2.6 扩散焊 (12)3.钎焊 (12)3.1 硬钎焊 (12)3.2 软钎焊 (12)4.搅拌摩擦焊 (13)4.1 微观组织结构 (13)4.2 焊接工艺及接头性能 (13)四、结论 (13)参考文献 (14)铜铝异种材料焊接的研究现状摘要：铝铜接头一般采用压焊、扩散焊、超声波焊、镀覆过渡层气体保护焊等焊接方法,由于设备复杂,生产成本高,生产周期长,限制了这些方法的使用。

近几年,铜铝的直接软钎焊成为研究的热点。

综述了近年来铜与铝软钎焊在钎焊方法、钎料及钎剂三个方面的技术发展现状。

指出铜铝软钎焊的技术优势,铜与铝软钎焊技术应用前景广阔。

关键词：焊接工艺；焊接方法；发展前景一、铝和铝合金的性质及其焊接性能1 .铝的物理性质铝是银白色的轻金属，较软，密度2.7g/cm3，熔点660.4℃，沸点2467℃，铝和铝的合金具有许多优良的物理性质，得到了非常广泛的应用。

铝对光的反射性能良好，反射紫外线比银还强，铝越纯，它的反射能力越好，常用真空镀铝膜的方法来制得高质量的反射镜。

真空镀铝膜和多晶硅薄膜结合，就成为便宜轻巧的太阳能电池材料。

铝粉能保持银白色的光泽，常用来制作涂料，俗称银粉。

纯铝的导电性很好，仅次于银、铜，在电力工业上它可以代替部分铜作导线和电缆。

铝是热的良导体，在工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和民用炊具等。

铝有良好的延展性，能够抽成细丝，轧制成各种铝制品，还可制成薄于0.01mm的铝箔，广泛地用于包装香烟、糖果等。

铝合金具有某些比纯铝更优良的性能，从而大大拓宽了铝的应用范围。

例如，纯铝较软，当铝中加入一定量的铜、镁、锰等金属，强度可以大大提高，几乎相当于钢材，且密度较小，不易锈蚀，广泛用于飞机、汽车、火车、船舶、人造卫星、火箭的制造。

当温度降到-196℃时，有的钢脆如玻璃，而有些铝合金的强度和韧性反而有所提高，所以是便宜而轻巧的低温材料，可用来贮存火箭燃料液氧和液氢。

2. 铝合金材料的焊接难点(1)极易氧化在空气中,铝容易同氧化合,生成致密的三氧化二铝薄膜(厚度约0.1-0.2μm),熔点高(约2050℃),远远超过铝及铝合金的熔点(约600℃左右)。

氧化铝的密度3.95-4.10g/cm3,约为铝的1.4倍,氧化铝薄膜的表面易吸附水分,焊接时,它阻碍基本金属的熔合,极易形成气孔、夹渣、未熔合等缺陷,引起焊缝性能下降。

(2)易产生气孔铝和铝合金焊接时产生气孔的主要原因是氢,由于液态铝可溶解大量的氢,而固态铝几乎不溶解氢,因此当熔池温度快速冷却与凝固时,氢来不及逸出,容易在焊缝中聚集形成气孔。

氢气孔目前难于完全避免,氢的来源很多,有电弧焊气氛中的氢,铝板、焊丝表面吸附空气中的水分等。

实践证明,即使氩气按GB/T4842标准要求,纯度达到99.99% 以上,但当水分含量达到20ppm时,也会出现大量的致密气孔,当空气相对湿度超过80%时,焊缝就会明显出现气孔。

(3)焊缝变形和形成裂纹倾向大铝的线膨胀系数和结晶收缩率约比钢大两倍,易产生较大的焊接变形的内应力,对刚性较大的结构将促使热裂纹的产生。

(4)铝的导热系数大铝的导热系数大(纯铝0.538卡/Cm.s. ℃)。

约为钢的4倍,因此,焊接铝和铝合金时,比焊钢要消耗更多的热量。

(5)合金元素的蒸发的烧损铝合金中含有低沸点的元素(如镁、锌、锰等),在高温电弧作用下,极易蒸发烧损,从而改变焊缝金属的化学成分,使焊缝性能下降。

(6)高温强度和塑性低高温时铝的强度和塑性很低,破坏了焊缝金属的成形,有时还容易造成焊缝金属塌落和焊穿现象。

(7)无色彩变化铝及铝合金从固态转为液态时,无明显的颜色变化,使操作者难以掌握加热温度。

3. 铝合金材料焊接的工艺方法(1)焊前准备采用化学或机械方法,严格清理焊缝坡口两侧的表面氧化膜。

化学清洗是使用碱或酸清洗工件表面,该法既可去除氧化膜,还可除油污,具体工艺过程如下:体积分数为6%～10%的氢氧化钠溶液,在70℃左右浸泡0.5min→水洗→体积分数为15%的硝酸在常温下浸泡1min进行中和处理→水洗→温水洗→干燥。

洗好后的铝合金表面为无光泽的银白色。

机械清理可采用风动或电动铣刀,还可采用刮刀、锉刀等工具,对于较薄的氧化膜也可用0.25mm的铜丝刷打磨清除氧化膜。

清理好后立即施焊,如果放置时间超过4h,应重新清理。

(2)确定装配间隙及定位焊间距施焊过程中,铝板受热膨胀,致使焊缝坡口间隙减少,焊前装配间隙如果留得太小,焊接过程中就会引起两板的坡口重叠,增加焊后板面不平度和变形量;相反,装配间隙过大,则施焊困难,并有烧穿的可能。

合适的定位焊间距能保证所需的定位焊间隙,因此,选择合适的装配间隙及定位焊间距,是减少变形的一项有效措施。

(3)选择焊接设备目前市场上焊接产品种类较多,一般情况下宜采用交流钨极氩弧焊(即TIG 焊)。

它是在氩气的保护下,利用钨电极与工件问产生的电弧热熔化母材和填充焊丝的一种焊接方法。

该焊机工作时,由于交流电流的极性是在周期性的变换,在每个周期里半波为直流正接,半波为直流反接。

正接的半波期间钨极可以发射足够的电子而又不致于过热,有利于电弧的稳定。

反接的半波期间工件表面生成的氧化膜很容易被清理掉而获得表面光亮美观、成形良好的焊缝。

(4)选择焊丝一般选用301纯铝焊丝及311铝硅焊丝。

(5)选取焊接方法和参数一般以左焊法进行,焊炬和工件成60°角。

焊接厚度15mm以上时,以右焊法进行,焊炬和工件成90°角。

焊接壁厚在3mm以上时,开V形坡口,夹角为60°～70°,间隙不得大于1mm,以多层焊完成。

壁厚在1.5mm以下时,不开坡口,不留间隙,不加填充丝。

焊固定管子对接接头时,当管径为200mm,壁厚为6mm时,应采用直径为3～4mm的钨极,以220～240A的焊接电流,直径为4mm的填充焊丝,以1～2层焊完。

4.铝合金焊接接头中的裂纹及其特征虽然已经应用铝及其合金焊成许多重要产品，但实际焊接生产中并不是没有困难，主要的问题有：焊缝中的气孔、焊接热裂纹、接头“等强性”等。

由于铝及其合金的化学活泼性很强，表面极易形成氧化膜，且多具有难熔性质（如 Al2O3的熔点为 2050℃，MgO 熔点为 2500℃），加之铝及其合金导热性强，焊接时容易造成不熔合现象。

由于氧化膜密度同铝的密度极其接近，所以也容易成为焊缝金属中夹杂物。

同时，氧化膜（特别是有 MgO 存在的，不很致密的氧化膜）可以吸收较多水分而常常成为焊缝气孔的重要原因之一。

此外，铝及其合金的线胀系数大，导热性又强，焊接时容易产生翘曲变形。

这些也都是焊接生产中颇感困难的问题。

下面，对在试验过程中产生比较严重的裂纹进行深入的分析。

在铝合金焊接过程中，由于材料的种类、性质和焊接结构的不同，焊接接头中可以出现各种裂纹，裂纹的形态和分布特征都很复杂，根据其产生的部位可分为以下两种裂纹形式：（1）焊缝金属中的裂纹：纵向裂纹、横向裂纹、弧坑裂纹、发状或弧状裂纹、焊根裂纹和显微裂纹（尤其在多层焊时）。

（2）热影响区的裂纹：焊趾裂纹、层状裂纹和熔合线附近的显微热裂纹。

按裂纹产生的温度区间分为热裂纹和冷裂纹，热裂纹是在焊接时高温下产生的，它主要是由晶界上的合金元素偏析或低熔点物质的存在所引起的。

根据所焊金属的材料不同，产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也各有不同，热裂纹又可分为结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹3类。

热裂纹中主要产生结晶裂纹，它是在焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足不能及时填充，在凝固收缩应力或外力的作用下发生沿晶开裂，这种裂纹主要产生在含杂质较多的碳钢、低合金钢焊缝和某些铝合金；液化裂纹是在热影响区中被加热到高温的晶界凝固时的收缩应力作用下产生的。

在试验过程中发现，当填充材料表面清理不够充分时，焊接后焊缝中仍存在较多的夹杂和少量的气孔。

在三组号试验中，由于焊接填充材料为铸造组织，其中夹杂为高熔点物质，焊接后在焊缝中仍将存在；又，铸造组织比较稀疏，孔洞较多，易于吸附含结晶水的成分和油质，它们将成为焊接过程中产生气孔的因素。

当焊缝在拉伸应力作用下时，这些夹杂和气孔往往成为诱发微裂纹的关键部位。

通过显微镜进一步观察发现，这些夹杂和气孔诱发的微观裂纹之间有明显的相互交汇的趋势。

然而，对于夹杂物在此的有害作用究竟是主要表现为应力集中源从而诱发裂纹，还是主要表现为脆性相从而诱发裂纹，尚难以判断。

此外，一般认为，铝镁合金焊缝中的气孔不会对焊缝金属的拉伸强度产生重大影响，而本研究试验中却发现焊缝拉伸试样中同时存在着由夹杂和气孔诱发微裂纹的现象。

气孔诱发微裂纹的现象是否只是一种居次要地位的伴生现象，还是引起焊缝拉伸强度大幅度下降的主要因素之一，亦还有待进一步的研究。

5.铝合金焊接裂纹的防止措施根据铝合金焊接时产生热裂纹的机理，可以从冶金因素和工艺因素两个方面进行改进，降低铝合金焊接热裂纹产生的机率。

在冶金因素方面，为了防止焊接时产生晶间热裂纹，主要通过调整焊缝合金系统或向填加金属中添加变质剂。

调整焊缝合金系统的着眼点，从抗裂角度考虑，在于控制适量的易熔共晶并缩小结晶温度区间。

由于铝合金属于典型的共晶型合金，最大裂纹倾向正好同合金的“最大”凝固温度区间相对应，少量易熔共晶的存在总是增大凝固裂纹倾向，所以，一般都是使主要合金元素含量超过裂纹倾向最大时的合金组元，以便能产生“愈合”作用。

而作为变质剂向填加金属中加入Ti、Zr、V 和 B 等微量元素，企图通过细化晶粒来改善塑性、韧性，并达到防止焊接热裂纹的目的尝试，在很早以前就开始了，并且取得了效果。

图3给出刚性搭接角焊缝的条件下 Al-4.5%Mg 焊丝中加入变质剂的抗裂试验结果。

试验中加入的 Zr 为 0.15%，Ti+B 为 0.1%。

可见，同时加入 Ti 和 B 可以显著提高抗裂性能。