[发明专利]铜材与铝合金材的摩擦焊接工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜材与铝合金材的摩擦焊接工艺。

背景技术

目前在冰箱及空调的制冷剂连接管上，采用电阻焊方式焊接的铜与纯铝或铝锰系列的铝合金得到的铜铝接头已经得到了成功应用。但是，对于空调的热交换器来说，由于制冷剂连接管与空调压缩机相连，振动较大，如果使用纯铝或铝锰系列的铝合金的话，由于铝管的抗拉强度较低，在运输及使用过程中，在铜铝接头的铝侧容易发生断裂或开裂，从而带来严重的质量隐患。铜铝接头的铝侧是指铜铝接头位于铝合金的一侧。

为了提高铜铝接头的铝侧的抗拉强度，可以采用含有镁和硅的铝合金，但是即使是采用了含有镁和硅的铝合金，其抗拉强度也远远低于铜的抗拉强度，在摩擦焊过程进行摩擦或顶锻力比较大时，会使铜铝接头的铝侧因受力发生严重变形，无法与铜材对接而焊接在一起。若减小顶锻力，则无法将摩擦受热过程中生产的金属间化合物顺利挤出而获得有着足够抗拉强度的焊接接头。因此，提高铝合金的抗拉强度，并缩小铝合金和铜材之间的抗拉强度差值，是解决铝合金和铜材摩擦焊可靠焊接的关键。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种操作灵活、制作成本低、焊接质量好、适用范围广的铜材与铝合金材的摩擦焊接工艺，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种铜材与铝合金材的摩擦焊接工艺，其特征是包括以下步骤：

第一步，焊接前对铜材进行热处理：将铜材放置在加热炉中，缓慢升温到T1，保温t1分钟后，铜材随加热炉自然冷却至常温，其中，T1的温度范围为160～-220℃，t1的时间范围是3～120分钟；

第二步，焊接前对铝合金材进行热处理：将铝合金材放置在加热炉中，缓慢升温到T2，保温t2分钟后，铝合金材随加热炉自然冷却至常温，其中，T2的温度范围为160～240℃，t2的时间范围是120分钟～720分钟；

第三步，对要进行焊接的铜材及铝合金材的端口进行切削，除去表面的氧化膜及油污，并使端口平整，端口的表面粗糙度为5～20μm；

第四步，使铜材和铝合金材处于同一轴线上，采用摩擦焊接的方法，使这两种材料的接触处对接焊在一起，铜材和铝合金材的结合面形成焊接接头。

所述铜材为纯铜、无氧铜或者磷脱氧铜；所述铝合金材为含硅量0.1～4.0％(wt％，下同)，含镁量0.2～6.0％的铝合金。

所述铝合金为六系铝合金。

还包括第五步，在焊接后对焊接接头进行热处理：将焊接接头放置在加热炉中，缓慢升温到T3，保温t3分钟后，焊接接头随加热炉自然冷却至常温，其中，T3的温度范围为120～150℃，t3的时间范围是10～150分钟。

所述铜材和铝合金材为管材或棒材，当铜材和铝合金材为管材时，铜材和铝合金材的外径与壁厚相等。

所述缓慢升温是指每分钟温度升高10度。

所述加热炉的内部充满惰性气体。惰性气体为干燥的氮气。

本发明通过对焊接前的铜材和铝合金材进行热处理，对焊接形成的焊接接头进行热处理，从而提高铝合金材在焊接前的抗拉强度，同时降低铜材的抗拉强度，使得铜材和铝合金材的抗拉强度尽量匹配，保证摩擦焊接得到的焊接接头的结合处有足够的抗拉强度，避免出现虚焊、漏焊等焊接缺陷，提高焊接质量。而对焊接后的焊接接头进行热处理，可以使其结合处的抗拉强度进一步提高，杜绝质量隐患。

本发明具有操作灵活、制作成本低、适用范围广的特点。

附图说明

图1为本发明一实施例结构示意图。

图中：1为铜材，2为铝合金材，3为焊接接头。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

在工业生产中，通过把硅和镁熔融到纯铝中而形成含硅镁的铝合金，通常情况下，硅的含量为0.1～4.0％(wt％，下同)，镁的含量为0.2～6.0％，也包括其他需要调节铝合金性能而添加的金属成分，主要成分为铝材，而按照这种配方冶炼的铝合金都能按照本发明揭露的工艺，实现满足焊接抗拉强度要求的摩擦焊产品。其中，最常用的作为国家标准采用的是硅的含量为0.2～1.7％，镁的含量为0.35～1.2％的六系铝合金。六系铝合金为冶金专业的术语，六系铝合金与其他系的铝合金相比含有较多的硅和镁，如编号为6061、6063的六系铝合金。

众所周知，摩擦焊接工艺适用于焊接的两个部件的接触表面中，至少一个部件可以旋转，因此这种工艺既可以适用于同管径且等壁厚的管材的对焊，也可以适用于平面之间的焊接，如板材之间的焊接。在本发明的实施例中，是以管材之间的焊接为例，但是本领域的技术人员可以很容易地联想到本发明披露的技术同样可以应用于平面之间的焊接。