[發明專利]一種預置釬料焊接Al-Cu異種材料的方法

有效

• 申請號: 202110305981.0
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN112958865B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 盛婕;盛永旺;汪彬;蔣飛祿;吳文彬;金建風
• 申請（專利權）人: 浙江永旺焊材制造有限公司
• 主分類號: B23K1/00
• 分類號: B23K1/00;B23K1/19
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 田靜

本發明公開一種預置釬料焊接Al?Cu異種材料的方法，包括以下步驟：步驟一、噴砂去除鋁金屬和銅金屬表面氧化層；步驟二、釬料和釬劑冷噴涂于經過步驟一的鋁金屬表面；將銅金屬和鋁金屬焊接、退火保溫，得Al?Cu焊接；所述釬料按照質量份數包括：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；該發明通過定量預置釬料，有效保證釬料和釬劑的用量，釬焊強度高，釬焊品質均勻。

技術領域

本發明涉及異質金屬焊接技術領域，特別是涉及一種預置釬料焊接Al-Cu異種材料的方法。

背景技術

現代工業生產中，需要將不同性能的材料焊接成復合零部件，以期達到既能滿足各種性能要求，又能節約貴重材料，降低生產成本的目標。Cu及其合金具有優良的塑性、導熱、導電和耐腐蝕性能，但Cu及其合金在我國屬于稀缺金屬，價格相對昂貴。Al及其合金具有密度低、強度高、耐腐蝕、熱導和電導率高以及加工性能良好等特點，價格比Cu便宜。因此將Cu、Al及其合金連接制成復合接頭，不但能減輕構件的重量、節約貴重金屬材料，而且能發揮各自的性能優勢。Al/Cu異種金屬的連接部件廣泛應用于制冷、電力、化工和航空航天工業中，具有廣泛的實際應用前景。

Al、Cu二者存在較大的物理及化學性能上的差異。工業純Al的熔點為660℃，工業純Cu的熔點為1083℃；Al和Cu在液態無限互溶，而在固態下固溶度有限；Al、Cu的熔化潛熱和膨脹系數相差很大。采用傳統熔化焊的方法焊接Al/Cu接頭時，無法克服Al和Cu的物理及化學性質相差大、接頭易氧化、在釬縫區形成脆性金屬間化合物和氣孔等難題。激光焊能減少金屬間化合物生成，但焊接過程產生大的溫度梯度，易形成較高的殘余應力，影響接頭的力學性能。采用固態焊接的攪拌摩擦焊時，相對容易獲得質量較高的釬縫接頭，但焊接成本和焊接效率偏低，而且攪拌摩擦焊需在焊接構件上施加壓力，而對于大多數Al/Cu異種材料構件，攪拌摩擦焊接方法無法施焊，因此不適合對結構復雜的構件焊接。

使用釬焊焊接Al/Cu接頭仍然是目前最為實際和有效的方式。Al和Cu熔點相差424℃，線脹系數相差40%以上，電導率相差70%以上，彈性模量也相差40%以上。釬焊過程是一個快速加熱冷卻的過程，由于線脹系數差異巨大，導致在升溫過程中Al和Cu的熱變形不同，Al的變形要遠遠大于Cu，釬焊完成后降溫的過程中，Al的收縮變形明顯大于Cu，由于Al和Cu的彈性模量的差異還將導致嚴重的接頭應力。焊接接頭的結構設計和窄的釬焊工藝對Al/Cu接頭現場焊接操作是巨大的考驗。Al/Cu接頭鋁合金表面很容易產生致密的Al₂O₃薄膜，由于薄膜的存在，Al/Cu釬焊結合時釬縫熔合效果不佳，釬焊接頭質量差。這些情況的產生都將嚴重威脅接頭的質量和性能。急需研發出能夠有效解決Al/Cu釬焊接頭質量問題的新型釬焊連接方法并產業化，切實保證Al/Cu異種材料構件的可靠性和穩定性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種預置釬料焊接Al-Cu異種材料的方法，該發明通過定量預置釬料，有效保證釬料和釬劑的用量，釬焊強度高，釬焊品質均勻。

為解決此技術問題，本發明的技術方案是：一種預置釬料焊接Al-Cu異種材料的方法，包括以下步驟：

步驟一、噴砂去除鋁金屬和銅金屬表面氧化層；

步驟二、釬料和釬劑冷噴涂于經過步驟一的鋁金屬表面；

將銅金屬和鋁金屬焊接、退火保溫，得Al-Cu焊接。

優選步驟二中冷噴釬料由超音速氣、固兩相氣流將釬料和釬劑粉末擊射到基板形成致密釬料層。本發明中超音速冷噴設備利用壓縮氣體通過縮放型拉瓦管產生超音速氣流，將按比例混合均勻的釬料粉末沿軸向送入超音速氣流中，形成氣-固雙相流，經過加速后在完全固態下撞擊待焊的鋁材基體，釬劑和釬料發生較大的塑形變形而沉積在基體表面上形成致密釬料層。