鋁-銅異種金屬熔釬焊工藝及接頭性能研究.pdf

1、本文針對電力行業(yè)中大量使用的鋁-銅異種金屬焊接接頭在連接過程中的工藝機(jī)理、組織演化行為及導(dǎo)電性等關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，采用一種新型高效低熱輸入的電弧熔釬焊方法—脈沖旁路耦合電弧MIG焊，通過控制熱輸入實現(xiàn)了鋁-銅異種金屬的穩(wěn)定連接，能夠有效地控制影響接頭導(dǎo)電性能的金屬間化合物的生成。
　　首先，采用脈沖旁路耦合電弧 MIG焊，用ER4047焊絲在 T2銅板進(jìn)行平板堆焊實驗，研究了接頭宏觀形貌和微觀組織，結(jié)果表明在保持旁路電流不變時，隨

2、著主路電流即母材熱輸入的增加，焊縫堆高減小，寬度增加。利用SEM、EDS和XRD等測試手段對連接界面區(qū)的微觀組織進(jìn)行觀察和分析，結(jié)果表明在界面區(qū)從銅側(cè)到鋁側(cè)依次生成呈條狀平滑生長的 Cu9Al4、呈塊狀分布的 CuAl2金屬間化合物和絮狀的α(Al)+θ(CuAl2)共晶體，并且金屬間化合物層的厚度隨著焊接電流即母材熱輸入的增加而增大。
　　其次，采用亞規(guī)則模型，對鋁銅體系中各金屬間化合物的生成吉布斯自由能進(jìn)行模擬計算，初步得出鋁

3、銅體系中可能形成的五種金屬間化合物的形成順序依次為 Cu9Al4，Cu4Al3，Cu3Al2，CuAl2和CuAl，但實驗中僅檢測到金屬間化合物CuAl2和Cu9Al4，表明在鋁-銅脈沖旁路耦合電弧 MIG焊過程中，金屬間化合物的生成不僅與各自的生成吉布斯自由能相關(guān)，還與擴(kuò)散動力學(xué)有關(guān)。通過動力學(xué)分析，表明在鋁銅熔釬焊接頭界面先生成 CuAl2再生成 Cu9Al4。
　　再次，采用脈沖旁路耦合電弧 MIG焊將5052鋁合金板和T2

4、銅板進(jìn)行搭接實驗，對不同焊接參數(shù)下的搭接接頭進(jìn)行拉伸試驗和顯微硬度測量。結(jié)果顯示，隨著主路電流的增加，試樣的拉剪力先增大后減小，在主路電流為65A時達(dá)到最大抗拉剪力1.75KN。鋁銅熔釬焊接頭中心界面區(qū)兩側(cè)母材的硬度值分布較為均勻，銅側(cè)平均硬度為61.3HV，鋁側(cè)平均硬度為161.2 HV，而在鋁銅界面中心區(qū)顯微硬度明顯增加，最高可達(dá)406.7HV，表明焊接過程中產(chǎn)生的Cu9Al4和CuAl2等鋁銅金屬間化合物是脆硬相。
　　最后

5、，采用脈沖旁路耦合電弧 MIG焊分別將 ER1100、ER4043和ER4047焊絲與 T2銅板進(jìn)行平板堆焊實驗，對不同焊接參數(shù)下各焊絲對應(yīng)的熔釬焊接頭的導(dǎo)電性進(jìn)行了測量。發(fā)現(xiàn)采用同種焊絲的情況下，鋁銅熔釬焊接頭的導(dǎo)電率隨著主路電流即母材熱輸入的增加而明顯降低，由于隨著熱輸入的增加接頭界面金屬間化合物層的厚度增加，導(dǎo)致其導(dǎo)電率下降；在相同焊接電流的情況下，采用不同的鋁系焊絲得到的鋁銅熔釬焊接頭的導(dǎo)電率不同，接頭導(dǎo)電率大小依次為ER110