铝-铜异种材料焊接探究

1、铝/铜异种材料焊接探究摘要：主要针对铝/铜焊接方法及其应用进行研究，由 于铝/铜熔焊难度非常大，所以应用较少；而超声波焊、摩 擦焊及热压焊的质量较好，但该工艺的工程较大。相比而言, 电阻焊接的难度小、成本低，在目前已经得到大量应用；而 钎焊的优势在目前也逐渐显现出来，是研究的热点，所以， 电阻焊与钎焊是铝/铜焊接的主要方向。关键词：铝；铜；焊接；研究中图分类号：p755. 1文献标识码：a文章编号：受铜资源短缺的影响，其产量低，价格高成为铜应用中 的难题，而与之相比，铝的产量较高，且价格低廉，因此用 铝替代铜是近年来研究的重点。由于铝的导电性仅次于铜， 且密度比铜小，用铝来代替铜不但可以降低成

2、本，零部件的 重量也能够降低。用铝代替铜的实际应用中，铝和铜的连接 是必然的，主要包含板-板连接、管-管连接、板-管连接等, 连接的方法包含非焊接与焊接方法。本文主要针对焊接方法 进行研究。1、异种材料焊接的特点因为铝和铜都具有强氧化性，因此在对其焊接的时候难 度比较大。对于铝而言，不管是固态还是液态，其氧化性极 强。铝和铜之间容易形成脆性金属化合物，使得连接点的力 学性能下降。此外，二者的物理性能也有较大差异，都是导 致焊接难度大的原因。因为铝和铜的比热、导热率都较高， 因此在焊接的时候必须要有强大的热源支撑，而且两种金属 的熔点相差较大，使其均匀受热熔化的难度非常大。由于铜 和铝的密度不同

3、，对焊缝的混合也会产生影响。在高温环境 下，两种金属液体能够吸收大量气体，使得铜和铝在焊接时, 焊缝中出现气孔。2、异种材料焊接方法介绍2. 1熔化焊铝/铜熔化焊主要包含气焊、激光焊、mig焊、tig焊、 电子束焊及埋弧焊等焊接方法，由于铝和铜的熔点差异较 大，在熔化焊过程中，出现铝已经熔化了，但铜还是固态， 形成夹杂或者未熔合，因此焊接的难度比较大。铝和铜受到 强烈的氧化后会形成氧化膜，而氧化膜中含有结晶水或吸附 水，导致焊缝中出现气孔。而且两种金属焊接中，易出现脆 性金属间化合物，导致接头的强度降低。采用熔化焊，是对 异种金属不同熔点的物理性能差异的考虑，并且采取措施对 金属的氧化进行防止

4、，将焊缝中铜的含量控制在最佳范围， 尽可能的降低液态铝与铜的接触时间。实践证明，激光焊引 起具有高密度的能量和可控性，对降低异种材料焊接时脆性 金属间化合物的产生能够有效的抑制，所以，其焊接的效果 较好。2.2摩擦焊包含高温摩擦焊和低温摩擦焊。摩擦焊最大的特点是热影响区小、省电，是异种金属材料焊接比较适合的焊接方法。 主要用于管状、圆柱状的铝件、铜件的对接。如果铝/铜焊 件尺寸大、壁薄且承受一定的荷载时，因为铝的刚性差、强 度低，很容易出现变形、扭折，甚至发生断裂，并且焊件的 尺寸精度难以保证。随着搅拌摩擦焊技术的出现，使焊接的 过程中不会出现熔化，有效的抑制了焊缝出现气孔、氧化及 裂纹等缺陷

5、，焊接质量与焊接的速度及搅拌头的转速有很大 的关系，很多时候焊接失败都是由于焊接速度与搅拌头转速 的匹配不当导致的。2. 3爆炸焊目前，在多种生产与科技中都用到铝/铜爆炸焊接。爆炸产生的高速巨大压力能够将铝和铜表面的油污、氧化膜等 清除掉。进行焊接时，容易导致焊件出现变形，所以对连接 管的内外都需要进行休整。要控制焊接的质量，就需要对两 个零件的角度以及靠近的速度合理的进行控制。从焊接实践 来看，要提高接触面的强度，就需要提高爆速，经过对接触 面进行弯曲试验，焊接处的强度满足要求。2.4超声波焊自上世纪六十年代出现至今，超声波焊接目前已经在多 个领域内广泛的应用。对异种材料的焊接中，超声波焊接

6、方法比较简单，只需要对焊接件施加超声和压力作用，使异种 材料接触面发生摩擦，并将铝表面的污染物及氧化膜撕裂清 除，从而使两个干净的接触面产生原子扩散，铝和铜均在没 有达到熔点的基础上发生粘结作用。这种焊接方法不需要外 加热源，也不需要接电，焊接时不会出现液相和气相，所以 也不会出现脆性金属间化合物。通过水下与空气中焊接试验 效果对比发现，两种环境下的焊接强度接近，因此可以说明 这种焊接方法受环境的影响不大，但是由于在水中散热较 快，所以需要的焊接实践较长，压力较大。2.5电阻焊在铝/铜焊接应用中，对接电阻焊的使用时间较差，可 分为闪光堆焊及电阻对焊。电阻对焊主要是将焊接工件端面 压紧，然后利用

7、电阻热将端面加热到塑性状态，然后施加压 力完成焊接。该方法的生产率比较高，但设备复杂且能耗大, 而且在接头处易出现氧化物夹杂，力学性能不高。而闪光对 焊则通过高压快速顶锻和极短的通电时间，在大电流、高送 料速度下完成对接，这种方法的优势在于可以将接头处的氧 化物及化合物挤出，使接头发生大的塑性变形，其焊接接头 性能较好。2.6钎焊这种焊接方法在铝/铜异种材料焊接中的优势主要有变形小、温度低、操作方便、设备简单、周期短、生产成本低 等，因此也是近年来研究的一个重要方面。在采用钎焊焊接 时，对铝/铜直接进行焊接的难度还是比较大的，为了去除 铝表面的氧化膜，需要用腐蚀性比较强的钎剂，使其形成强 烈的

8、腐蚀性。由于铜和铝的电位差异较大，也容易引起腐蚀。 铝/铜钎焊可分为电阻钎焊、直接钎焊、扩散钎焊及超声波 钎焊等几种形式。其中，电阻钎焊的加热快，生产率高；超 声波钎焊的接头抗腐蚀能力强；扩散钎焊中零件变形小，接 头质量好，一次能进行多个接头的焊接。3、结束语由于铝/铜异种材料的焊接难度非常大，接头的质量还 需要进一步的提高。而爆炸焊、超声波焊、摩擦焊、扩散焊 等方法在提高接头质量中的作用非常显著，但是由于其工艺 复杂、设备投资较大、成本高，其经济性能方面不及钎焊， 因此，近些年对钎焊的研究成为一个热点。而电阻焊在铝/ 铜焊接中也取得了较好的效果，因此从实际应用方面来讲， 钎焊和电阻焊是铝/铜焊接的主要方向。参考文献1 吴伟明，高岩铜与铝软钎焊技术的研究现状电 子工艺技术,2008 (2).2 杨宏.铝-铜异种材料焊接工艺及其质量评价j.机 械管理开发,2012(6)