铝/铜异种金属TIG熔钎焊工艺及机理研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ywdiy_cn
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为了缓解我国铜资源紧缺的问题,同时降低生产成本,近年来,通过铝/铜复合结构部分替代铜的方法发展迅速。近期有研究表明利用熔钎焊也可以获得性能良好的铝/铜异种金属接头。熔钎焊充分利用了铝和铜熔点差异大的特点,控制焊接热输入使熔点较低的铝熔化而熔点较高且导热性能较好的铜基本不熔化,在铝侧形成熔化焊接头而在铜侧形成钎焊接头,从而实现铝/铜异种金属的焊接。熔钎焊有望在铝/铜异种金属焊接方面得到应用。本研究对5052铝合金和H62黄铜进行TIG熔钎焊搭接,选用Zn-2%Al和Al-12%Si两种药芯焊丝作为填充材料。首先进行工艺实验选定合适的工艺参数范围,然后通过单一变量法单独改变焊接电流研究不同的焊接热输入对焊缝接头微观组织和力学性能的影响,并结合界面结构及相组成提出铝/铜熔钎焊界面层的形成机制。采用Zn-2%Al药芯焊丝对铝/铜进行熔钎焊,焊缝中靠近界面层的过渡区中形成了块状和条状的CuAl2金属间化合物相。界面层由三层不同的金属间化合物相组成,首先在界面处析出了CuAl金属间化合物层,随着溶解和扩散的进行,在CuAl层与铜母材之间又形成了Cu9Al4金属间化合物层,由于铜母材中Cu含量的减少最后在Cu9Al4层与铜母材之间形成了CuZn化合物层。在一定范围内增大焊接热输入,由于扩散和溶解过程的加剧,铜母材侧界面层厚度增大。当焊接热输入到达一定程度时,在合适的范围内继续增大焊接热输入会由于铜母材熔化量的增大,导致界面层两侧各元素浓度梯度下降,抑制扩散和溶解过程的进行,使界面层厚度减小,从而提高焊缝的力学性能。通过控制焊接热输入可以限制铜母材侧界面层附近金属间化合物的形成,从而获得具有一定力学性能的接头。采用Al-12%Si药芯焊丝焊接铝/铜时,焊缝中界面层附近过渡区内由于Al含量较高,同时铜母材发生部分熔化和溶解,形成了尺寸较大的条状CuAl2金属间化合物相,严重影响了接头力学性能。铜母材侧界面层由两层不同的金属间化合物相组成,从焊缝到铜母材分别为Cu9Al4和CuZn。由于熔融的焊缝金属在铜母材表面润湿性较差,较难获得优质的熔钎焊接头。
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