[发明专利]一种预置钎料焊接Al-Cu异种材料的方法

说明书

本发明公开一种预置钎料焊接Al‑Cu异种材料的方法，包括以下步骤：步骤一、喷砂去除铝金属和铜金属表面氧化层；步骤二、钎料和钎剂冷喷涂于经过步骤一的铝金属表面；将铜金属和铝金属焊接、退火保温，得Al‑Cu焊接；所述钎料按照质量份数包括：70份至80份Al；3份至6份Si；6份至10份Cu；5份至8份Zn；0.2份至0.8份稀土元素；该发明通过定量预置钎料，有效保证钎料和钎剂的用量，钎焊强度高，钎焊品质均匀。

技术领域

本发明涉及异质金属焊接技术领域，特别是涉及一种预置钎料焊接Al-Cu异种材料的方法。

背景技术

现代工业生产中，需要将不同性能的材料焊接成复合零部件，以期达到既能满足各种性能要求，又能节约贵重材料，降低生产成本的目标。Cu及其合金具有优良的塑性、导热、导电和耐腐蚀性能，但Cu及其合金在我国属于稀缺金属，价格相对昂贵。Al及其合金具有密度低、强度高、耐腐蚀、热导和电导率高以及加工性能良好等特点，价格比Cu便宜。因此将Cu、Al及其合金连接制成复合接头，不但能减轻构件的重量、节约贵重金属材料，而且能发挥各自的性能优势。Al/Cu异种金属的连接部件广泛应用于制冷、电力、化工和航空航天工业中，具有广泛的实际应用前景。

Al、Cu二者存在较大的物理及化学性能上的差异。工业纯Al的熔点为660℃，工业纯Cu的熔点为1083℃；Al和Cu在液态无限互溶，而在固态下固溶度有限；Al、Cu的熔化潜热和膨胀系数相差很大。采用传统熔化焊的方法焊接Al/Cu接头时，无法克服Al和Cu的物理及化学性质相差大、接头易氧化、在钎缝区形成脆性金属间化合物和气孔等难题。激光焊能减少金属间化合物生成，但焊接过程产生大的温度梯度，易形成较高的残余应力，影响接头的力学性能。采用固态焊接的搅拌摩擦焊时，相对容易获得质量较高的钎缝接头，但焊接成本和焊接效率偏低，而且搅拌摩擦焊需在焊接构件上施加压力，而对于大多数Al/Cu异种材料构件，搅拌摩擦焊接方法无法施焊，因此不适合对结构复杂的构件焊接。

使用钎焊焊接Al/Cu接头仍然是目前最为实际和有效的方式。Al和Cu熔点相差424℃，线胀系数相差40%以上，电导率相差70%以上，弹性模量也相差40%以上。钎焊过程是一个快速加热冷却的过程，由于线胀系数差异巨大，导致在升温过程中Al和Cu的热变形不同，Al的变形要远远大于Cu，钎焊完成后降温的过程中，Al的收缩变形明显大于Cu，由于Al和Cu的弹性模量的差异还将导致严重的接头应力。焊接接头的结构设计和窄的钎焊工艺对Al/Cu接头现场焊接操作是巨大的考验。Al/Cu接头铝合金表面很容易产生致密的Al₂O₃薄膜，由于薄膜的存在，Al/Cu钎焊结合时钎缝熔合效果不佳，钎焊接头质量差。这些情况的产生都将严重威胁接头的质量和性能。急需研发出能够有效解决Al/Cu钎焊接头质量问题的新型钎焊连接方法并产业化，切实保证Al/Cu异种材料构件的可靠性和稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预置钎料焊接Al-Cu异种材料的方法，该发明通过定量预置钎料，有效保证钎料和钎剂的用量，钎焊强度高，钎焊品质均匀。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种预置钎料焊接Al-Cu异种材料的方法，包括以下步骤：

步骤一、喷砂去除铝金属和铜金属表面氧化层；

步骤二、钎料和钎剂冷喷涂于经过步骤一的铝金属表面；

将铜金属和铝金属焊接、退火保温，得Al-Cu焊接。

优选步骤二中冷喷钎料由超音速气、固两相气流将钎料和钎剂粉末击射到基板形成致密钎料层。本发明中超音速冷喷设备利用压缩气体通过缩放型拉瓦管产生超音速气流，将按比例混合均匀的钎料粉末沿轴向送入超音速气流中，形成气-固双相流，经过加速后在完全固态下撞击待焊的铝材基体，钎剂和钎料发生较大的塑形变形而沉积在基体表面上形成致密钎料层。