[发明专利]一种改善铝铜异质金属连接强度的搅拌摩擦焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料，特别提供了一种改善铝铜异质金属连接强度的 搅拌摩擦焊接方法，适用于铝铜异质金属板材的连接。

背景技术

Cu和Al在电子、制冷和输变电行业具有广泛应用。虽然Al的导热、 导电性能略低于Cu，但Al的质量轻，价格便宜。考虑Al和Cu的导电、 导热率、密度和价格等综合因素，在满足导电、导热性能的前提下，用Al 代替Cu至少可节省约50％以上的材料费用，因此用Al取代Cu可大幅降 低材料成本，具有极高的经济效益。

用Al代替部分Cu制造零件，使得Al与Cu之间高质量的连接技术成 为实现目标的关键。然而，由于Al和Cu之间存在很大的化学、物理及力 学性能差异，传统熔焊工艺很难实现Al/Cu的无缺陷连接。此外，焊接过 程中生成的Al-Cu脆性金属间化合物不仅降低材料的导电性能，而且使接 头强度和塑性达不到要求，因而传统熔焊工艺无法满足Al/Cu焊接需求。 目前Al/Cu的连接一般采用摩擦焊、闪光焊和冷压焊工艺，虽然可以获得 性能良好的Al/Cu板对接接头，但这些工艺均存在生产成本高、效率低的 不足，其中闪光焊还存在噪音巨大的问题。而且，接头形状与尺寸也由于 受焊接工艺自身特点受到较大限制，对于大尺寸工件无能为力，因而不能 完全满足实际生产中的应用需求，限制了Al/Cu连接件的广泛应用。

搅拌摩擦焊是英国焊接研究所于1991年发明的一种依靠机械力和摩擦 热作用实现焊接的新型固相连接技术，为异种金属的焊接提供了可能。然 而现有的Al/Cu异种金属的搅拌摩擦焊研究表明，由于Al和Cu硬度和流变性 能存在较大差异，采用常规搅拌摩擦焊工艺焊接的Al/Cu接头常存在隧道型 缺陷(Materials Research Innovations，Vol.2，No.3(1998)pp.150-163)，无法 得到高质量的Al/Cu接头。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善铝铜异质金属连接强度的搅拌摩擦焊 接方法，适用于大尺寸铝铜异质金属板材的连接。

本发明提供了一种改善铝铜异质金属连接强度的搅拌摩擦焊接方法， 可以改善材料的流动性，提高铝铜结合强度。

本发明提供的改善铝铜异质金属连接强度的搅拌摩擦焊接方法，所述 的偏置是指焊接工具的轴线相对于铝铜板接缝向两侧偏移一定距离。

本发明提供的改善铝铜异质金属连接强度的搅拌摩擦焊接方法，所述 的焊接工具偏置量在焊接工具搅拌针直径的0.1～0.5倍以内。

本发明提供的改善铝铜异质金属连接强度的搅拌摩擦焊接方法，所述 的焊接工具偏置方向是在铝板或铜板一侧。

本发明提出了一个新的搅拌摩擦焊接方法，在焊接工具相对于Al/Cu 板接缝偏置的条件下进行搅拌摩擦焊接，这样在焊接过程中主要发生流变 的金属是Al或Cu，克服了由于Al和Cu流变性能差异大而导致的塑性变 形不均匀性，极大减少了焊接缺陷。

本发明工艺可以明显改善Al/Cu异质金属的可焊性，减少焊接缺陷，提 高Al/Cu异质金属接头的强度。因此，这种新的焊接工艺方案在连接Al/Cu 异质金属方面有着广阔的工业推广前景。

具体实施方式

实施例1

使用直径8mm的搅拌针对Al和Cu板进行搅拌摩擦焊接，焊接工具 向Al侧偏置，偏置量3.5mm，工具转速800r/min、焊接速度100mm/min。 宏观及微观检查表明，焊缝表面比较平滑、内部致密无缺陷。拉伸实验表 明，接头断裂发生在Al侧，Al/Cu结合处拉伸时不发生开裂。弯曲超过120°， 接头不发生开裂。

比较例1

使用直径8mm的搅拌针对Al和Cu板进行搅拌摩擦焊接，焊接工具 不进行偏置，工具转速800r/min、焊接速度100mm/min。微观结构检查表 明，焊缝表面出现明显沟槽，Al和Cu没有产生连接。

实施例2

使用直径5mm的搅拌针对Al和Cu板进行搅拌摩擦焊接，焊接工具 向Cu侧偏置，偏置量2.5mm，工具转速1000r/min、焊接速度100mm/min。 微观结构检查表明，焊缝表面比较平滑、内部致密无缺陷。拉伸实验表明， 断裂发生在Al侧，Al/Cu结合处拉伸时不发生开裂。

比较例2