鋁/銅異種材料焊接的研究現狀

【摘 要】進入21世紀以來，由于工業技術的不斷革命和電子技術突飛猛進的迅速發展，從而使得鋁/銅異種材料焊技術也接越來越受到業界的廣泛的關注，鑒于鋁/銅焊接的優點與特性，能夠更好地滿足了當今工業生產的要求，所以得到了大力的推廣與使用。本文主要是對鋁/銅異種材料焊接的研究現狀進行探討分析，并提出了自己的觀點。

【關鍵詞】鋁/銅；異種材料焊接；研究現狀

一、鋁/銅熔化焊

在鋁/銅異種材料焊接類型中，鋁/銅熔化焊是目前應用較為常見的一種，主要包括MIG焊、TIG焊、埋弧焊、激光焊氣焊以及電子束焊等方法。由于銅和鋁的熔點相差較大，在其熔化焊過程中，通常難以將其焊接在一起，因為經常會出現鋁熔化了而銅還處于固態，從而不同程度地加大了焊接難度。此外，由于Al極容易被氧化，生成致密的氧化層，阻礙了銅和鋁的進一步反應，加上Al氧化膜中含有一定量的吸附水和結晶水，容易在焊縫中產生氣孔等缺陷。因此，在采用鋁/銅熔化焊時，焊接過程極易產生脆性的CuAl3相，從而降低了焊縫之間的粘合度，這就需要相關人員在焊接時，必須充分考慮焊接方法和工藝以及鋁與銅在熔點等物理性能上的差異，通過控制焊接溫度與焊接時間來控制焊縫金屬中銅的含量，并防止鋁、銅氧化，以降低形成金屬間化合物對接頭強度和塑性的影響。

二、鋁/銅摩擦焊

一般情況下，摩擦焊可以根據焊接溫度分為低溫摩擦焊和高溫摩擦焊這兩種類型。低溫摩擦焊的加熱溫度在460～480℃范圍內，才溫度低于鋁/銅共晶溫度548℃，從而不僅能夠有效地防止脆性金屬間化合物的生成，還能夠保障焊接過程中接口處的塑性達標；而高溫摩擦焊的焊接溫度可達到660℃，接近Al的熔點，焊接速度明顯加快，然而，由于溫度高，在焊接時必須采取封閉加壓方式措施來防止鋁接頭處產生變形流失以及銅和鋁銅件受壓失穩，同時，在此溫度階段有利于脆性Al，Cu間化合物和氧化物的生成，應施加頂鍛壓力擠出脆性物質，確保焊接質量。對于尺寸較大、薄壁且承受一定載荷的鋁/銅焊接件焊接時，難以保證尺寸精度，因為鋁的剛性差、強度低，并且在焊接過程中容易發生扭折、變形甚至斷裂等。

三、鋁/銅壓焊

由于銅與鋁都屬于面心立方結構的金屬，具有良好的塑性和延展性，因此，采用壓焊方法來進行鋁/銅異種材料的焊接可得到質量優異的鋁/銅接頭。同時，壓焊過程中由于采用銅-鋁過渡接頭，可避開銅與鋁熔焊存在的問題，將異種金屬的焊接轉變為銅與銅、鋁與鋁之間的同種金屬焊接。壓焊工藝簡單，易于操作，能夠得到質量良好的焊接接頭，比熔焊更具優勢。壓焊主要包括冷壓焊和熱壓這兩種，其中冷壓焊是在室溫下進行的，而熱壓焊是在高于室溫100～300℃的溫度范圍內進行的。采用冷壓焊方法焊接時，在壓力作用下將Al表面的氧化物或其他污染物破碎并排除，鋁與銅的結合面不產生與熔化和凝固相關的焊接缺陷，也不發生熔化。采用熱壓焊時，一般在焊前不要求對接頭處進行清潔，同時要求焊接加熱溫度低于鋁/銅的共晶點，鋁、銅母材不熔化，在壓力和溫度的作用下，接頭中形成Al-Cu機械混合帶，增大壓力改善微觀組織，可細化化合物，提高接頭強度。

四、鋁/銅釬焊

由于鋁/銅釬焊具有變形小、周期短操作方便、設備簡單、生產成本低及加熱溫度低等特點，決定了其成為未來鋁/銅異種材料焊接技術的研究熱點。同時，由于鋁/銅焊難以去除鋁氧化膜必須使用腐蝕性焊劑，釬焊助焊劑殘留物吸濕后形成的電解質，形成了強烈的腐蝕性，鋁/銅電極之間的電位差大，容易造成腐蝕。此外，CuAl2的電極電位高于鋁的電極電位，容易發生晶間腐蝕，鋁、銅原子的擴散，易脆易熔鋁低，析出的CuAl2熔點在關節共晶的形成，導致接頭強度較低。為了阻止鋁、銅原子直接接觸形成脆性化合物，同時，為了避免強腐蝕性磁通必須在鋁表面涂有一層金屬，銅釬焊引起的腐蝕問題，因此，腐蝕性或無腐蝕性的焊劑可用于改善關節的強度和耐腐蝕性。此外，對于鍍層金屬可供選擇的有Mo、Ti、Ni等，鋁/銅釬焊主要涉及到電阻釬焊、直接釬焊、擴散釬焊、超聲波釬焊等方法。

綜上所述，目前，鋁/銅異種材料焊接技術尚處于發展階段，各方面性能有待進行更深層次的探討，接頭質量有待于進一步提高。由于這種技術還不能同時滿足高抗腐蝕性、高強度、低成本和工藝簡捷等要求，因此現有鋁銅的壓力焊、熔化焊和釬焊等工藝還有待于進步完善。在進行鋁/銅異種材料焊接時，必須綜合采用如擴散焊、摩擦焊及冷壓焊等焊接方法，切實地提高焊接接頭的質量，以便更好地滿足當今工業發展需求。

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