鋁-銅非真空高頻感應釬焊研究報告

1、.畢業(yè)設計論文開題報告題目：鋁-銅非真空高頻感應釬焊研究院系材料科學與工程學院 專業(yè)焊接技術與工程學生 學號班號指導教師開題報告日期一. 課題背景鋁銅接頭廣泛用于化工、電器和制冷工業(yè)中，以降低本錢。鋁銅焊接的主要問題是接頭的腐蝕和老化。腐蝕由鋁和銅之間的1.644V電極電位差引起。焊接過程中焊縫易出現(xiàn)鋁銅脆性化合物，當接頭長期工作于高溫環(huán)境受到機械震動作用，還會導致鋁銅原子擴散形成金屬間化合物層并不斷加厚，使接頭的沖擊韌性下降，電阻升高。鋁銅釬焊時，因使用腐蝕性強的釬劑去除致密的鋁氧化膜，還存在釬劑殘渣腐蝕接頭的問題。鋁與銅之間焊接時，由于鋁、銅材料自身的強烈氧化性，使得焊接比擬困難。鋁無論固

2、態(tài)或液態(tài)都極易氧化，形成熔點高達2050的Al2O3氧化膜，銅與氧以及S、Bi、Pb 等雜質易形成多種低熔點共晶，鋁/ 銅之間易形成脆性金屬間化合物，降低接頭的力學性能。另外，由于銅、鋁物理性能參數差異較大4，給鋁/ 銅焊接帶來較大困難。銅與鋁的熱導率、比熱及熔化熱高，焊接時必須采用強大的熱源，并且兩種金屬熔點相差很遠，要使它們均勻地受熱和熔化是比擬困難的。兩種金屬的密度相差懸殊，也影響焊縫金屬的均勻混合5。鋁、銅的線膨脹系數差異較大，受熱時變形不一致容易產生裂紋6。在高溫時,鋁和銅的液體能夠溶解和吸收大量的氣體(如氫)，冷卻時，氫在鋁和銅液中的溶解度迅速下降，來不及溢出的氫容易在焊縫中形成氣

3、孔7。二. 本課題國內外研究的歷史和現(xiàn)狀文獻綜述 一鋁銅釬焊1.鋁銅直接釬焊鋁銅直接釬焊困難較大，接頭質量不好。鋁銅電極電位相差較大，易引起腐蝕；在釬縫中有脆性化合物生成使接頭強度降低。另外，冷卻時釬縫里有大量沿晶界CuAl2析出，CuAl2的電極電位比Al的電極電位高，易產生晶間腐蝕。為去除致密的鋁氧化膜，需使用腐蝕性大的釬劑，釬劑的殘渣吸潮后形成腐蝕劑，對接頭有強烈的腐蝕作用。針對上述問題，從釬料、釬劑和設備著手研究了一些新的鋁銅直接釬焊方法：利用含稀土元素的Zn基釬料釬焊鋁銅，由于稀土元素在釬料中起到了除氣排污和細化晶粒的作用，使接頭的抗腐蝕性能和強度有了一定的提高，但腐蝕后強度仍下降較

4、大。銅磷釬料火焰釬焊鋁銅，由于釬料中磷能復原氧化物而起到釬劑的作用，因此不需要釬劑，焊后也不需要清洗。采用HLSn10的鎢極氬弧焊，利用鎢極氬弧焊的陰極霧化作用有效去除熔點高而且致密的Al2O3膜。2.鋁銅超聲波釬焊 鋁銅超聲波釬焊主要利用超聲波的振動擊碎基體外表的氧化膜，然后加壓使鋁銅基體結合，防止了由于使用釬劑帶來的腐蝕問題，提高了接頭的抗腐蝕能力。超聲波釬焊機理：( 1) 從理論推導和試驗實測得到焊接溫度均達不到焊件材料的熔點。( 2) 焊接接頭形成過程中, 物理冶金反響對焊接接頭的形成并不起主要作用。( 3) 銅- 鋁超聲波焊接是由材料本身的塑性、一定的摩擦升溫和工具頭豎直方向壓力共同

5、作用下, 在材料發(fā)生充分的塑性流動及氧化物、油污等阻礙材料焊接的物質被破壞、去除或壓入母體材料的根底上發(fā)生的焊接材料原子之間由于原子間作用力而形成金屬粘合的過程。一般有兩種振動頻率：20000Hz和40000Hz，根據工件的尺寸和所需能量的大小進展選擇。超聲波釬焊有兩個問題：一是剛開場啟動超聲波時，釬料對母材有局部強烈沖擊；二是釬料不易填滿釬縫，易形成未填滿或間隙。另外超聲波設備昂貴復雜，要求工人要有熟練的維護保養(yǎng)水平。3.鋁銅擴散釬焊 擴散釬焊時，在溫度和壓力的作用下，母材外表產生極小的微觀塑性流變相互嚴密接觸，再經過一段時間的保溫擴散，使釬接外表相互結合而形成接頭。為防止加熱和保溫過程中金

6、屬氧化，必須在真空或保護氣氛中進展釬焊，真空度應到達1.3333*10-4。應當指出，即使在這種條件下仍有氧化膜形成，因為Al在高真空度下也能同氧結合。擴散釬焊的主要優(yōu)點是能釬焊較為復雜的工件，而且可釬焊型面工件的整個外表，焊接處沒有變形。擴散釬焊使用Al基釬料，參加Zn能松弛熱應力和促進鋁氧化膜的破裂，再參加其它元素可進一步提高接頭的強度。擴散釬焊的應用受到了以下條件的限制：抽真空和釬焊時間長，費用高昂，工件尺寸受到真空爐的限制。4.鋁銅電阻釬焊電阻釬焊是依靠電流通過工件的釬焊處產生的電阻熱加熱工件和熔化釬料來實現(xiàn)釬焊的。釬焊時，要施加適當的壓力，壓力要維持到接頭完全凝固為止。電阻釬焊具有加

7、熱迅速、生產率高等特點。用這種工藝釬焊的鋁銅接頭靜力性能好，但在動應力試驗中，性能較差。這種方法要使用腐蝕性釬劑，接頭易受腐蝕。三 課題主要研究內容1. 收集資料，了解鋁銅釬焊存在的主要難點和問題。鋁銅焊接的主要問題是接頭的腐蝕和老化。腐蝕由鋁和銅之間的1.644V電極電位差引起。焊接過程中焊縫易出現(xiàn)鋁銅脆性化合物，當接頭長期工作于高溫環(huán)境受到機械震動作用，還會導致鋁銅原子擴散形成金屬間化合物層并不斷加厚，使接頭的沖擊韌性下降，電阻升高。鋁銅釬焊時，因使用腐蝕性強的釬劑去除致密的鋁氧化膜，還存在釬劑殘渣腐蝕接頭的問題.銅與鋁的熱導率、比熱及熔化熱高，焊接時必須采用強大的熱源，并且兩種金屬熔點相

8、差很遠，要使它們均勻地受熱和熔化是比擬困難的。兩種金屬的密度相差懸殊，也影響焊縫金屬的均勻混合。鋁、銅的線膨脹系數差異較大，受熱時變形不一致容易產生裂紋。在高溫時,鋁和銅的液體能夠溶解和吸收大量的氣體(如氫)，冷卻時，氫在鋁和銅液中的溶解度迅速下降，來不及溢出的氫容易在焊縫中形成氣孔。2.鑒于以上問題在焊接時采用控制焊接溫度和焊劑成分減少脆性化合物的含量，得到性能良好的接頭。3.根據試驗要求選用感覺應加熱線圈。4.進展焊接，并討論各種因素,如釬焊溫度、保溫時間、冷卻速度、和焊劑成分、施加壓力等對接頭性能的影響。探索得到完整的釬焊工藝。四 工作方案和方案論證1. 工作方案第一階段：收集整理資料，

9、熟悉工藝，方法和設備，完成開題報告。2021.3.12021.3.13第二階段：設計初步超速聲波釬焊試驗工藝參數，準備實驗材料。2021.3.132021.3.18第三階段：根據設計的工藝參數，進展施焊。2021.3.192021.4.1第四階段：分別研究釬焊溫度，頻率，焊前處理對焊縫斷面的影響。對釬料進展金相照相，掃描電鏡試驗，XRD和能譜分析，繪制二維圖線，分析界面組織性能。2021.4.22021.5.1 第五階段：修改工藝參數，調整各種焊接相關參數，探討其他因素對焊接性影響，制定完整的釬焊工藝。2021.5.22021.5.20第六階段：整理實驗數據，編寫論文。2021.5.21202

10、1.6.202. 方案論證 釬焊是目前異種金屬連接中應用最多的焊接方法，并且可以實現(xiàn)比擬好的接頭性能。本課題的關鍵是試驗材料可以采購到，接觸反響釬焊是由反響液相到達連接的方法, 液相量可以采取措施到達控制， 借以實現(xiàn)精細連接的目的。相比于熔焊，它變形不大、燒損比擬小，提高了構件的尺寸精度；相比于一般的釬焊而言，它焊接的溫度比擬低，減小了對母材軟化的程度，而且該種方法不使用釬料，減少了污染。金相照相、掃描電鏡、測潤濕角、能譜分析等，均可以在相關實驗室完成。焊接工藝的關鍵是控制各種參數良好的配合，使釬縫中金屬間化合物盡量減少，固溶體層保持一定厚度，保證焊縫質量。使用銀銅釬料的真空釬焊可以解決上述問

11、題，故得到優(yōu)質接頭是可能的。綜上所述，方案中的主要問題，在實際條件下不難解決，因而此方案是可行的。五 參考文獻1 中國有色金屬工業(yè)信息中心世界銅鋁鉛鋅產量、消費量統(tǒng)計J世界有色金屬，2021，(7)：68-692 潘雄2021 年我國有9 種礦產資源嚴重短缺J功能材料，2021，52：413 龍偉民，X雷，程亞芳鋁與銅連接技術的研究J金屬加工，2021，12：47-494 中國機械工程學會焊接學會焊接手冊M：機械工業(yè)，20015 陳延輝，王生希，汪寧電器開關行業(yè)中鋁銅焊接研究的可行性分析J電器制造，2021，8：48-496 X銥洪，馬傳藝，楊圣文等鋁片-銅管太陽能集熱板超聲波焊接機理研究J焊

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