纯铜-304不锈钢异种金属电容储能冲击焊焊接工艺的研究

摘要

微焊接技术作为近些年来新兴的焊接技术直接推动着制造技术向微型化方向发展，而电容储能冲击焊接是一种极具发展潜力的微焊接方法。纯铜和304不锈钢的物理性能和化学性能差异较大，焊接时容易在焊缝产生脆性化合物和热裂纹，严重影响焊接接头组织和力学性能。本文采用电容储能冲击焊机对纯铜和304不锈钢异种金属的丝材和板材进行了电容储能冲击焊接试验。以焊接接头的断裂拉力作为主要评价指标，对焊接工艺参数进行了正交试验，优化出最佳的焊接工艺参数，并进一步探索各个焊接参数（电容容量、充电电压、金属丝尖端锥角、焊接介质）对接头力学性能的影响。利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)对焊接接头的组织、形貌及成分进行观察分析。取得了以下主要研究成果：
　　 (1)304不锈钢丝-纯铜板的最佳焊接工艺参数为：电容C=30mF，充电电压U=55V,304不锈钢丝尖端角度α=60°，弹簧拉力F=8N，添加机油介质，得到的焊接接头的断裂拉力值达到最大值335.2N。
　　 (2)纯铜丝-304不锈钢板的最佳焊接工艺参数为：电容C=40mF，充电电压U=60V，铜丝尖端角度α=90°，弹簧拉力F=5N，添加机油介质，得到的焊接接头的断裂拉力值达到最大值243.2N且断裂发生在铜丝侧，说明接头处的强度高于纯铜丝的强度。
　　 (3)电容容量和充电电压的交互作用对于304不锈钢丝-纯铜板焊接接头的力学性能影响显著，焊接接头的断裂拉力随着焊接能量的增加总体上呈现上升趋势，在个别点有所下降。
　　 (4)焊接接头性能可靠、热影响区窄。焊接接头熔合区组织具有明显的快速凝固特征。机油介质的加入增大了熔合区的冷却速率，细化了焊接接头的组织，减小了熔合区的宽度。

目录

声明

摘要

0 前言

1 异种金属焊接概述

1.1 焊接技术的发展

1.2 异种金属焊接的困难

1.3 异种金属焊接的主要方法及其特点

1.3.1 熔焊

1.3.2 钎焊

1.3.3 压焊

1.3.4 电容储能冲击焊接原理及其特点

1.4 目前电容储能冲击焊接的研究状况

1.5 问题的提出

1.6 本课题研究内容

2 实验材料、设备及方法

2.1 实验材料

2.2 实验工艺路线

2.3 实验设备

2.4 实验方法

2.4.1 正交试验方案设计

2.4.2 焊接材料加工及焊前处理

2.4.3 电容储能冲击焊接试验

2.4.4 焊接接头断裂拉力试验

2.4.5 镶样以及焊接接头组织观察

2.4.6 焊接接头显微硬度测试

3 304不锈钢丝-纯铜板的焊接

3.1 正交试验

3.1.1 正交试验概述

3.1.2 正交试验设计方案

3.1.3 正交试验结果及极差分析

3.1.4 正交试验结果及方差分析

3.2 验证试验

3.3 单一参数对焊接力学性能的影响

3.3.1 焊接能量对接头断裂拉力的影响

3.3.2 304不锈钢丝尖端角度对接头断裂拉力的影响

3.3.3 弹簧拉力对接头断裂拉力的影响

3.3.4 焊接介质(机油)对接头断裂拉力的影响

3.4 工艺参数的影响机理

3.5 焊接接头显微硬度分析

3.6 本章小结

4 纯铜丝-304不锈钢板焊接

4.1 纯铜丝-304不锈钢板焊接难点及拟采取措施

4.2 正交实验

4.2.1 正交试验设计方案

4.2.2 正交试验结果及极差分析

4.2.3 正交试验结果及方差分析

4.3 验证试验

4.4 工艺参数对焊接力学性能的影响

4.4.1 焊接能量对接头断裂拉力的影响

4.4.2 铜丝尖端锥角对接头断裂拉力的影响规律

4.4.3 弹簧拉力对接头断裂拉力的影响规律

4.4.4 焊接介质(机油)对接头断裂拉力的影响

4.5 焊接接头显微硬度分析

4.6 本章小结

5 焊接接头组织分析

5.1 焊接接头宏观形貌

5.2 焊接试样原始组织

5.3 304不锈钢丝-纯铜板接头微观组织及形貌分析

5.3.1 金相组织分析

5.3.2 扫描形貌分析

5.4 纯铜丝-304不锈钢板接头微观组织及形貌分析

5.4.1 金相组织分析

5.4.2 扫描形貌分析

5.5 机油介质对焊接接头微观组织的影响

5.6 焊接接头缺陷分析

5.6.1 未完全焊合

5.6.2 虚焊

5.6.3 焊偏

5.6.4 焊接气孔

5.6.5 焊接裂纹

5.7 本章小结

6 纯铜-304不锈钢电容储能冲击焊接过程分析

6.1 焊接过程分析

6.2 焊接凝固过程及扩散理论

6.3 本章小结

7 结论

致谢

参考文献

作者攻读硕士期间发表论文