铜铝套管挤压电阻焊接头微观结构分析及其性能研究

摘要

本文介绍的套管挤压电阻焊技术,是专门为解决铜管和铝管焊接而研发的新技术。本文应用光学显微镜和扫描电子显微镜等手段对焊接接头进行表征,结合焊接工艺、金属凝固原理等研究了铜铝管焊接接头的微观形貌特点及形成原因。再者利用拉力设备测试铜铝焊接管接头的剥离强度,探索焊接工艺对接头强度的影响。同时本文研究了铜铝焊接管在中性盐雾条件下的腐蚀状况,鉴于铜铝钎焊接头在生产中的应用也较为广泛,故文中将挤压电阻焊接头和钎焊接头的腐蚀行为作对比,进而研究挤压电阻焊接头的耐蚀性能。研究表明:
　　(1)采用本技术焊接的铜铝接头焊缝界面平直,界面有一层过渡层,过渡层宽窄不一,与焊接工艺有直接关系。过渡层窄的样品接头强度高,过渡层较宽的部位有铝和共晶组织等,这样的样品接头强度不高。由铝铜二元合金相图可知焊接过程中铜铝共晶组织无法避免,但是本技术的特殊工艺可以保证焊缝区域5mm内无共晶组织,这个区域铜铝界面上呈现犬牙交错的形态,具有柱状晶的形貌,厚度约为1~2μm。通过SEM和TEM分析铜铝焊接接头,铜铝界面主要是由α-Al、Al2Cu、Al4Cu9等构成,其中Al2Cu在铝侧附近区域,Al4Cu9在铜侧区域,它们是块状分布,对焊缝强度有着不良的影响。
　　(2)对大量试样进行了力学性能测试,由剥离试验以及微观组织结构可以看出:带芯棒挤压的铜铝焊件的剥离强度比不带芯棒挤压时明显要高,而同一焊件的不同位置剥离强度也略有差异。通过界面层的铜铝元素的线扫描可以得出:铜原子向铝侧扩散的深度比铝原子向铜侧扩散的深度要大,结果导致铜铝初始界面层向铝侧推进。界面处的柱状晶十分细小,提高了接头的强度;而生成的共晶组织由于层片间距很小,也能提高材料的力学性能,但过多的共晶组织会增大材料的脆性,低熔点共晶组织存在处有可能成为薄弱地带而导致接头性能下降。
　　(3)在盐雾条件下,铜铝挤压电阻焊接头发生腐蚀是以焊缝处铝基体腐蚀为主。而钎焊接头主要表现为钎料层的失效,钎料层里的Al和分布在晶界上的Zn构成了原电池,裂纹沿晶界扩展。结合电化学曲线,从腐蚀角度而言,挤压电阻焊接头的耐蚀性要优于钎焊接头的。

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0前言

1绪论

1.1课题研究背景

1.2制冷设备中制冷管路介绍

1.3铜铝性质分析及焊接特点

1.4铜和铝异种金属焊接方法

1.5国内外制冷管路连接方法

1.6铜铝套管挤压电阻焊简介

1.7课题研究内容及意义

2挤压电阻焊焊接材料、焊接设备及工艺

2.1焊接材料及设备

2.2焊接工艺

2.3挤压电阻焊焊接原理分析

2.4套管挤压电阻焊技术创新点

2.5本章小结

3铜铝管接头微观结构分析

3.1试样采集与制备

3.2铜铝接头金相分析

3.3铜铝接头微观形貌及成分分析

3.4焊接微观机理讨论

3.5本章小结

4铜铝接头力学性能研究

4.1剥离试验

4.2剥离试验结果分析

4.3扫描电镜分析

4.4本章小结

5挤压电阻焊接头和钎焊接头耐蚀性对比

5.1盐雾试验

5.2电化学测试

5.3挤压电阻焊和钎焊接头腐蚀原因分析

5.4本章小结

6结论

参考文献

致谢

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