铝铜焊接的国内外研究现状

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铝铜焊接的主要问题(1)铝与铜的熔点相差很大,焊接时低熔点的铝先熔化,此时铜件仍处在固体加热状态,而且两者的密度相差很大,当铜完全熔化后,液态铝浮在铜上面,冷却结晶后焊缝成分不均匀,使得焊接接头的性能降低。67699

(2)铜和铝都是极易被氧化的金属，在焊接过程中氧化十分激烈，能生成高熔点的氧化物。因此，在焊接中很难使焊缝达到完全熔合的程度，这给铜与铝的焊接带来了很大的困难。

(3)虽然铝和铜液态下可以无限互相溶解，但铝与铜在固态下互相溶解度很小，高温下能形成多种金属间化合物，主要有Cu2Al，Cu3Al2，CuAl，CuAl2等，而这些金属间化合物硬而脆且导电性差，所以铝与铜在采用熔焊时，铝与铜接头的焊接接头脆性大，易产生裂纹。

(4)铝与铜熔焊时，易产生气孔，主要是两种金属的导热性都比较大，焊接时熔池金属结晶快，高温时的冶金反应气体来不及逸出，进而产生气孔。气孔对焊接接头的强度以及耐蚀性影响都很大，所以焊前对焊接部位必须进行严格的清理，并且应严格控制焊接线能量。

1.1.2 摩擦焊

摩擦焊是以机械能为能源的一种固相连接方法。它是利用两表面间机械摩擦产生的热来实现金属连接的。摩擦焊对铝和铜焊接而言是一种行之有效的焊接方法。一方面，焊接过程中，高速旋转产生的作用力破坏了铝表面的氧化膜，从而降低或消除了氧化膜的有害作用；另一方面，由于摩擦焊是在金属不发生熔化的条件下实现的，因此焊接过程可以抑制Cu-Al金属间化合物的生成。而在摩擦焊接中，搅拌摩擦焊越来越多的用于铜铝的焊接过程中。搅拌摩擦焊(FSW)是20世纪90年代发展起来的一种新型固相焊接技术，焊接过程中焊缝金属不发生熔化，避免了焊缝金属的氧化、气孔及裂纹等缺陷[4]。JiahuOuyang[5]等人研究了铝／铜FSW的温度分布及接头微观组织，研究表明焊接的峰值温度达580℃ ，超过铝／铜的共晶点，接头组织包括CuAl2 、CuAl、Cu9Al4、面心立方的Al在 Cu中的固溶体，不同的组织使微观硬度在136～760HV0．2范围内变化。脆性金属间化合物的存在导致铝／铜直接焊接较为困难，建议添加中间层来得到满意的结果。而A'bdollah—Zadeh[6]等人则对4mm铝合金1060与3 mm纯铜搭接接头进行焊接。研究了不同搅拌头转速和焊接速度匹配下接头的微观组织和力学性能，实验表明合理选择搅拌头转速和焊接速度能够得到满意的接头。一些失败的接头是由于搅拌头转速与焊接速度匹配不当。在结合面处产生较多的脆性金属间化物导致接头强度降低造成的。清华大学的刘鹏[7]等人研究了3 mm厚T2与5A06材料的FSW，当搅拌头转速为950 rpm，移动速度为150mm／min时，接头能达到T2材料的强度，满足强度要求。在使用摩擦焊接时，对工件有以下要求：焊件表面清洁，铜件要退火；要求母材至少有一方是连续的，可以连续和反复加热，以防止母材暴露于空气中被氧化[8]。

1.1.3 熔焊

铝／铜熔化焊包括TIG焊、MIG焊、气焊、埋弧焊、激光焊和电子束焊等方法。纯铝的熔点比铜的熔点约低很多，在熔焊中，当铝熔化时，铜却保持固体状态；当铜开始熔化时，铝已经熔化了。这就使铝的损耗量大大超过铜，也使得铜与铝的焊接难度加大。铜与铝熔化焊时，在Cu/Al 接头的靠近铜一侧易形成一层厚度为3～10μm 的金属间化合物，存在这样一个区域使得接头强韧性降低。因此采用熔焊时，焊接方法和工艺的选择要考虑铝与铜在熔点等物理性能上的差异，采取措施防止铝、铜氧化，或者采用铝基合金，尽量减少铜与液态铝相接触的时间，以降低形成金属间化合物对接头强度和塑性的影响。Mai[9]等人网采用350WNd：YAG激光焊成功地对1 mm厚的铜和铝进行了焊接。研究表明，由于激光输入能量的可控性以及能量的高密度性，激光焊能够实现对能量分布的控制，极大减小连接金属间的相互作用，避免脆性金属间化合物的产生．使异种金属的焊接能够得到满意的接头。