銅-鋁金屬焊后接頭界面組織及性能研究.pdf

1、本研究對(duì)厚度為2mm的軋制金屬板材純銅與純鋁進(jìn)行了攪拌摩擦搭接焊和電阻焊實(shí)驗(yàn)。研究了不同工藝與焊接參數(shù)下接頭的成型、界面組織及性能。分析了兩種焊接方法的連接機(jī)制。主要內(nèi)容包括：⑴鋁板搭接在銅板上面，采用單、雙道次焊接，攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度為900 r/min，單道次焊接速度分別為30 mm/min、50 mm/min；雙道次焊接是在第一道次焊接完成后得到的焊縫上再焊一次，第二道次的焊接速度與第一道次焊接速度相同。對(duì)Cu-Al接頭的成型、界面組

2、織及力學(xué)性能做了分析研究。單道次、雙道次焊接時(shí)，在鋁側(cè)焊核區(qū)內(nèi)，均有銅顆粒的遷入；與單道焊相比，雙道次焊完成后，在鋁側(cè)焊核區(qū)內(nèi)分布的銅顆粒尺寸減小，分布更均勻。兩種焊接方法焊接后銅鋁界面處均存在不同于母材組織的連續(xù)過渡層，單道次接頭的過渡層由雙層金屬間化合物組成，而雙道次焊接頭過渡層中僅有單層金屬間化合物。單道次焊縫中出現(xiàn)的隧道型孔洞可通過雙道次焊消除，起到補(bǔ)焊的作用；雙道次補(bǔ)焊不會(huì)降低抗拉強(qiáng)度。⑵異種材料的攪拌摩擦搭接焊連接，除了攪拌

3、針的旋轉(zhuǎn)速度和前進(jìn)速度影響接頭的性能外，板材的相對(duì)搭接位置及攪拌針的尺寸對(duì)Cu/Al接頭界面組織也有顯著的影響。接頭成型及組織隨攪拌針尺寸的改變發(fā)生明顯變化。相同的焊接參數(shù)下，當(dāng)鋁在銅板上面時(shí)，界面過渡層非常窄，焊核區(qū)沒有生成共晶相。而當(dāng)銅板在鋁板上面時(shí)，界面過渡層明顯變寬，且在鋁側(cè)焊核區(qū)生成了Al-Al2Cu共晶組織。⑶為了探究采用攪拌摩擦搭接焊得到的接頭其導(dǎo)電性能、力學(xué)性能是否有所提高。設(shè)計(jì)了銅、鋁異種金屬的電阻焊連接實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。

4、發(fā)現(xiàn)電阻焊連接中接頭界面的組織比攪拌摩擦搭接焊連接中接頭界面的組織復(fù)雜。接頭界面由共晶相α-Al-Al2Cu（靠近鋁側(cè)）及金屬間化合物（IMC）Al2Cu（中間）和金屬間化合物 Al4Cu9（靠近銅側(cè)）組成，IMC厚度隨著熱輸入的增大而增加。由于金屬間化合物和共晶相的影響，電阻焊得到的接頭的電阻率明顯大于攪拌摩擦搭接焊得到的接頭的電阻率。實(shí)驗(yàn)表明，采用攪拌摩擦搭接焊技術(shù)連接Cu、Al兩種導(dǎo)電性能良好的金屬，得到的接頭不僅力學(xué)性能良好，更