CN104384703A - 一种Al-Cu异质对接薄板的制备方法 - Google Patents

一种Al-Cu异质对接薄板的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104384703A
CN104384703A CN201410553842.XA CN201410553842A CN104384703A CN 104384703 A CN104384703 A CN 104384703A CN 201410553842 A CN201410553842 A CN 201410553842A CN 104384703 A CN104384703 A CN 104384703A
Authority
CN
China
Prior art keywords
plate
thin plate
heterogeneous
furnace
joint
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410553842.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN104384703B (zh
Inventor
付瑞东
邓清洪
李艺君
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yanshan University
Original Assignee
Yanshan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yanshan University filed Critical Yanshan University
Priority to CN201410553842.XA priority Critical patent/CN104384703B/zh
Publication of CN104384703A publication Critical patent/CN104384703A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104384703B publication Critical patent/CN104384703B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/129—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding specially adapted for particular articles or workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/26—Auxiliary equipment

Abstract

一种Al-Cu异质对接薄板的制备方法，其主要是将3-10mm厚的退火态工业级铝板和铜板采用搅拌摩擦焊的方法将它们焊接在一起，然后放置于惰性气氛保护的热处理炉中，炉温为250-350℃，保温30分钟，而后快速取出并在此温度范围内轧成0.2-1mm厚的薄板；再将轧制好的薄板放入180-240℃热处理炉中，保温15-50min后随炉冷却至室温。本发明制造方法简单、异质薄板表面平整、生产成本低，不仅保持了较高的接头强度，而且显著改善了接头的塑性。

Description

一种Al-Cu异质对接薄板的制备方法
技术领域  本发明涉及金属材料焊接领域，特别涉及一种异质对接薄板的制备方法。
背景技术  众所周知，铝和铜都是优异的导电导热材料，铜属于备战资源，利用价格相对低廉铝代替铜成为必要，而且同体积的铝能传导相对铜2倍的电流，因此，采用Al-Cu异质接头的部件在电力和电子工程领域有着广泛的应用。此外，对于形状复杂的Al-Cu异质接头的部件不仅要具有较高的强度，同时还能承受对Al-Cu异质对接板进行的大变形加工。而直接采用焊接方法得到的Al-Cu异质接头的强度一般都较低，塑性差，因而限制了Al-Cu异质连接件的应用。
目前，Al-Cu异质连接技术主要有爆炸焊接，例如专利(CN103009701A)中采用爆炸焊的方法制造铝铜复合板。但是由于爆炸焊工艺限制，且存在安全问题，由于焊接温度高，易在界面处形成明显的脆性金属间化合物(Intermetalliccompound,IMC)层，因而此类接头的力学性能都不高。近年来，为避免接头中的脆性IMC的不利影响，有人采用焊接峰值温度较低的搅拌摩擦焊(FSW)技术来制备Al-Cu异质接头。例如，文献[柯黎明等.铝合金LF6与工业纯铜T1的搅拌摩擦焊工艺,中国有色金属学报.2004,14(9)]中采用改变焊接速度与搅拌头旋转速度的配合、[I.et al.Metals&Materials Society and ASM International.2012,43A(12)]加偏移量、[Liu et al.Science and Technology of Welding and Joining.2012,17]加阻隔层技术、[I.et al.Intermetallics.2012,22]搅拌头形状尺寸优化等工艺之后，尽管铝铜界面处的金属间化合物问题得以缓解，但并未明显提高Al-Cu异质接头的力学性能，特别是接头的延伸率都很低，由于金属间化合物的不合理分布导致接头仍易于在结合面处断裂。此外，针对Al-Cu异质薄板对接问题，直接采用FSW技术尚存在困难。
发明内容  本发明的目的在于提供一种制造方法简单，异质薄板表面平整，生产成本低、显著改善接头塑性的Al-Cu异质对接薄板的制备方法。本发明主要是首先采用FSW将Al-Cu异质板材焊接在一起；随后沿垂直于焊接方向进行温轧至各种厚度尺寸的薄板，并控制轧后冷却速度来调整两侧母材组织及Al-Cu界面处IMC层的分布状态，最终获得较高强度及高塑性的Al-Cu异质对接薄板。
本发明的制备方法如下：
(1)将3-10mm厚的退火态工业级铝板和铜板材采用搅拌摩擦焊的方法将它们焊接在一起；
(2)将步骤(1)焊接好的板件放置于惰性气氛保护的热处理炉中，炉温为250-350℃，保温30分钟，而后快速取出并在此温度范围内轧成0.2-1mm厚的薄板；
(3)将步骤(2)轧制好的薄板放入180-240℃热处理炉中，保温15-50min后随炉冷却至室温。
所述工业级铝板材为1000、3000、5000系列铝合金，铜板材为紫铜、黄铜、青铜合金。
本发明所依据的原理：
FSW焊接的Al-Cu异质板材接头力学性差的原因主要有：接头内部存在内应力、孔洞等缺陷、界面连接强度不足，两侧母材组织及性能差异大等。而焊后采用温轧及随后缓冷工艺的作用体现在：1)可改善接头内应力及消除焊接缺陷，同时改善对接薄板的表面质量，有利于接头力学性能及电学的提高；2)温轧时的轧制力较小，进而可以增加每道次压下量并减少轧制道次，进而简化轧制工艺；3)采用控制缓冷工艺，可保证温轧后母材变形组织发生再结晶，同时也能优化焊缝组织；4)改善铝-铜界面处金属间化合物的分布及特性，有助于力学性能的提高。最终获得较高强度及高塑性的异质对接薄板。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)不仅保持了较高的接头强度，而且显著改善了接头的塑性，特别适合于制备Al-Cu异质对接薄板。
(2)能灵活制造各种所需厚度方向尺寸的Al-Cu异质对接薄板。
(3)制造方法简单，异质薄板表面平整，生产成本低。
附图说明
图1本发明实施例1获得的Al-Cu异质对接薄板硬度分布曲线图；
图2本发明实施例1获得的Al-Cu异质对接薄板拉伸性能图；
图3本发明实施例1获得的Al-Cu异质对接薄板拉伸断口与焊接后未做处理和冷轧后的对比电镜图。
具体实施方式：
实施例1：
取长100mm，宽70mm，厚3mm的工业级1050铝合金和紫铜板材各一块，对这两块板材分别进行退火处理，其中，对铝合金板材的保温温度为200℃、对紫铜板材的保温温度为600℃，保温时间均为1小时。对上述两块退火态的铝铜板材，沿长度方向的对接形式进行搅拌摩擦焊焊接，其中主轴转速为800r/min，搅拌工具行进速度为20mm/min。焊接方向是垂直于板材轧制的方向，所用搅拌头为圆柱形，轴肩直径为16mm。搅拌针直径为6mm，长度为3mm。下压量为2.7mm，焊接倾角为2°。铝板放置于焊接方向的前进侧，另一侧为铜板，同时搅拌针向Al侧偏置2mm。
焊后沿厚度方向将焊件放置于惰性气氛保护的热处理炉中，炉温为250℃，保温30分钟。而后快速取出并轧制到最终板厚为0.32mm。轧辊转速为0.5m/s，每次下压量为0.5mm，轧制方向垂直于焊缝方向。
将温轧后的薄板件放置于温度为180℃的热处理炉中，保温50min，保温完成后随炉冷却至室温。
如图1所示，经温轧+退火工艺处理后接头两侧母材硬度值基本达同一水平；如图2所示，经本专利处理后的接头表现出良好的拉伸性能，其中均匀延伸率达11.3％，断裂延伸率达17.5％，屈服强度达147MPa,抗拉强度达231MPa。与3mm厚未轧制试样相比抗强度提高了152MPa，延伸率提高了近18倍，而采用单一冷轧处理的试样强度很高，但塑性最差。如图3所示，拉伸断裂位置均为铝侧热影响区，只有温轧+退火保温的薄板为韧性断裂方式，其它两块焊接后未做处理的薄板和冷轧后的薄板均为脆性断裂方式。
实施例2
取长100mm，宽70mm，厚7mm的工业级3003铝合金和黄铜板材各一块，对这两块板材分别进行退火处理，其中，对铝合金板材的保温温度为200℃、对黄铜板材的保温温度为600℃，保温时间均为1小时。对上述两块退火态的铝铜板材，沿长度方向的对接形式进行搅拌摩擦焊焊接，其中主轴转速为800r/min，搅拌工具行进速度为20mm/min。焊接方向是垂直于板材轧制的方向，所用搅拌头为圆柱形，轴肩直径为16mm。搅拌针直径为6mm，长度为3mm。下压量为2.7mm，焊接倾角为2°。铝板放置于焊接方向的前进侧，另一侧为铜板，同时搅拌针向Al侧偏置2mm。
焊后沿厚度方向将焊件放置于惰性气氛保护的热处理炉中，炉温为300℃，保温30分钟。而后快速取出并轧制到最终板厚为0.5mm。轧辊转速为0.5m/s，每次下压量为0.5mm，轧制方向垂直于焊缝方向。
将温轧后的薄板件放置于温度为200℃的热处理炉中，保温30min，保温完成后随炉冷却至室温。
实施例3:
取长100mm，宽70mm，厚10mm的工业级5005铝合金和青铜板材各一块，对这两块板材分别进行退火处理，其中，对铝合金板材的保温温度为200℃、对铜合金板材的保温温度为600℃，保温时间均为1小时。对上述两块退火态的铝铜板材，沿长度方向的对接形式进行搅拌摩擦焊焊接，其中主轴转速为800r/min，搅拌工具行进速度为20mm/min。焊接方向是垂直于板材轧制的方向，所用搅拌头为圆柱形，轴肩直径为16mm。搅拌针直径为6mm，长度为3mm。下压量为2.7mm，焊接倾角为2°。铝板放置于焊接方向的前进侧，另一侧为铜板，同时搅拌针向Al侧偏置2mm。
焊后沿厚度方向将焊件放置于惰性气氛保护的热处理炉中，炉温为350℃，保温30分钟。而后快速取出并轧制到最终板厚为1mm。轧辊转速为0.5m/s，每次下压量为0.5mm，轧制方向垂直于焊缝方向。
将温轧后的薄板件放置于温度为240℃的热处理炉中，保温15min，保温完成后随炉冷却至室温。

Claims (2)

1.一种Al-Cu异质对接薄板的制备方法，其特征在于：
(1)将3-10mm厚的退火态工业级铝板和铜板材采用搅拌摩擦焊的方法将它们焊接在一起；
(2)将步骤(1)焊接好的板件放置于惰性气氛保护的热处理炉中，炉温为250-350℃，保温30分钟，而后快速取出并在此温度范围内轧成0.2-1mm厚的薄板；
(3)将步骤(2)轧制好的薄板放入180-240℃热处理炉中，保温15-50min后随炉冷却至室温。
2.根据权利1所述的Al-Cu异质对接薄板的制备方法，其特征在于：所述工业铝板材为1000、3000、5000系列铝合金，铜板材为紫铜、黄铜、青铜合金。
CN201410553842.XA 2014-10-17 2014-10-17 一种Al‑Cu异质对接薄板的制备方法 Expired - Fee Related CN104384703B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410553842.XA CN104384703B (zh) 2014-10-17 2014-10-17 一种Al‑Cu异质对接薄板的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410553842.XA CN104384703B (zh) 2014-10-17 2014-10-17 一种Al‑Cu异质对接薄板的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104384703A true CN104384703A (zh) 2015-03-04
CN104384703B CN104384703B (zh) 2017-04-12

Family

ID=52602711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410553842.XA Expired - Fee Related CN104384703B (zh) 2014-10-17 2014-10-17 一种Al‑Cu异质对接薄板的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104384703B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107030370A (zh) * 2017-05-08 2017-08-11 宁波金凤焊割机械制造有限公司 金属新型焊接方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020046864A1 (en) * 2000-04-28 2002-04-25 Bellino Joseph P. Method of joining conductive materials
US20030085257A1 (en) * 2001-11-02 2003-05-08 The Boeing Company Apparatus and method for forming weld joints having compressive residual stress patterns
JP2008254003A (ja) * 2007-03-31 2008-10-23 Osaka Industrial Promotion Organization クラッド材の製造方法およびクラッド材
CN101530947A (zh) * 2009-04-08 2009-09-16 西安交通大学 一种搅拌摩擦钎焊制备双金属复合板的方法
WO2011075044A1 (en) * 2009-12-16 2011-06-23 Sapa Ab Composite conductive component and method for making it
CN103934266A (zh) * 2014-04-11 2014-07-23 东北大学 一种减少界面层厚度的铜/铝复合带制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020046864A1 (en) * 2000-04-28 2002-04-25 Bellino Joseph P. Method of joining conductive materials
US20030085257A1 (en) * 2001-11-02 2003-05-08 The Boeing Company Apparatus and method for forming weld joints having compressive residual stress patterns
JP2008254003A (ja) * 2007-03-31 2008-10-23 Osaka Industrial Promotion Organization クラッド材の製造方法およびクラッド材
CN101530947A (zh) * 2009-04-08 2009-09-16 西安交通大学 一种搅拌摩擦钎焊制备双金属复合板的方法
WO2011075044A1 (en) * 2009-12-16 2011-06-23 Sapa Ab Composite conductive component and method for making it
CN103934266A (zh) * 2014-04-11 2014-07-23 东北大学 一种减少界面层厚度的铜/铝复合带制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107030370A (zh) * 2017-05-08 2017-08-11 宁波金凤焊割机械制造有限公司 金属新型焊接方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104384703B (zh) 2017-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018082425A1 (zh) 具有良好接头性能的镀锌高强钢电阻点焊方法
CN109605039A (zh) 一种电弧增材与电辅助热轧成形复合制造方法和装置
CN101298108B (zh) 用于钛合金与钢真空钎焊的工艺方法
CN102205346A (zh) 铜-铝-铜复合板材的制备方法
EP3683007A1 (en) Profiled metal construction forming method
Kim et al. Electrically assisted blanking using the electroplasticity of ultra-high strength metal alloys
CN112718861B (zh) 一种可控边裂的轻合金轧制复合成形工艺方法
CN104907332A (zh) 以镍为中间层的钛钢复合板的生产方法
CN107983793A (zh) 钽2.5钨合金板材的制备方法
CN105107841A (zh) 钛钢复合板的制备方法
Panaskar et al. A review on recent advances in friction stir lap welding of aluminium and copper
CN107321812B (zh) 一种相拼组合结构复合金属片的制备方法及其复合金属片
CN102229019B (zh) 一种适合TiAl基合金材料与钛合金的氩弧焊方法
CN104907333A (zh) 以镍为中间层的钛钢复合板的高温制备方法
CN102649123B (zh) 非对称复合轧制生产特厚复合板的方法
Li et al. Investigation on electrically-assisted diffusion bonding of Ti2AlNb alloy sheet by microstructural observation, mechanical tests and heat treatment
CN101947571B (zh) 一种复合钢的制造方法
CN104384703A (zh) 一种Al-Cu异质对接薄板的制备方法
CN104826866A (zh) 以镍为中间层的钛钢复合板的高温轧制方法
CN104826867A (zh) 采用大压下量轧制镍中间层钛钢复合板的方法
WO2018159764A1 (ja) 抵抗スポット溶接方法
CN102162026B (zh) 一种在窄搭接焊机上对45钢焊缝退火的方法
CN102492908A (zh) 一种具有特定织构的Zr4合金薄带材的制备方法
CN102785002B (zh) 轧机压下螺杆表面铝青铜堆焊工艺
CN104874636A (zh) 以铜为中间层钛钢复合板的高温制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170412

Termination date: 20211017

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee