CN109175562A - 一种铜铝异种金属tig钎焊工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铜铝异种金属TIG钎焊工艺，包括以下步骤：采用细砂纸打磨铜和铝的搭接部位，并进行清洁；将铜搭于铝之上，固定接头，铝的位置设有冷却装置；将TIG焊枪的喷嘴距离铜表面一定距离，TIG电弧直接对铜加热；将焊丝与铝呈一定夹角侧向接触在铜铝的接头处，待加热适当时间，焊丝熔化并形成熔池，再开始匀速送进焊丝，最终形成连续的钎缝。本发明通过在铜/铝异种金属钎焊接头部位形成适当的温度场，在高熔点和低熔点金属之间形成合适的温度梯度，既保证焊丝熔化并顺利填缝，又避免铜和铝出现熔化或严重溶解，从而从根本上解决了因异种金属产生化合反应生成硬脆化合物而导致钎焊接头性能下降的问题。

Description

一种铜铝异种金属TIG钎焊工艺
技术领域
本发明属于金属焊接技术领域，涉及到异种金属的焊接工艺，具体涉及一种铜铝异种金属TIG钎焊工艺。
背景技术
铜和铝广泛应用于电力电子、能源化工以及热管理系统，铜/铝异种金属的钎焊工艺一直是金属焊接领域的研究和开发重点。但目前应用广泛的铜/铝异种金属钎焊工艺以炉中钎焊和火焰钎焊为主，不仅生产效率低，制造成本高，金属受热影响也十分严重，钎缝两侧的铜和铝发生溶解，钎缝中生成硬脆的金属间化合物，从而大大降低了异种金属钎焊接头的性能。为了规避以上问题，一般的处理方式是在铜、铝异种金属中间增加第三种过渡金属，或采用双加热装置对铜、铝分别加热至不同温度。
如公开号为“CN1522820”、公开日为“2004.08.25”、发明创造名称为“一种铜、铝、不锈钢复合钎焊的方法”的中国专利，报道了一种将不锈钢片作为中间过渡层实现铜/铝异种金属钎焊的方法；公开号为“CN101074130”、公开日为“2007.11.21”、发明创造名称为“铝铜异种金属焊接方法”的中国专利，报道了一种将铝和铜分别焊接在银镁镍复合金属两端的方法；公开号为“CN101391347”、公开日为“2009.03.25”、发明创造名称为“铜铝焊接的方法”的中国专利，报道了一种利用双加热装置对铜和铝加热至不同温度，从而规避界面反应的方法。
以上方法的接头结构和焊接工艺复杂，且未充分考虑接头的导电性等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种铜铝异种金属TIG钎焊工艺，通过在铜/铝异种金属钎焊接头部位形成适当的温度场，在高熔点和低熔点金属之间形成合适的温度梯度，既保证焊丝熔化并顺利填缝，又避免铜和铝出现熔化或严重溶解，从而从根本上解决了因异种金属产生化合反应生成硬脆化合物而导致钎焊接头性能下降的问题。
为此，本发明采用了以下技术方案：
一种铜铝异种金属TIG钎焊工艺，包括以下步骤：
步骤一，采用细砂纸打磨铜和铝的搭接部位，并进行清洁；将铜搭于铝之上，固定接头，铝的位置设有冷却装置；
步骤二，将TIG焊枪的喷嘴距离铜表面一定距离，根据材料的厚度驱动TIG电弧距钎缝的距离，TIG电弧直接对铜加热；
步骤三，将焊丝与铝呈一定夹角侧向接触在铜铝的接头处，待加热适当时间，焊丝熔化并形成熔池，再开始匀速送进焊丝，最终形成连续的钎缝。
优选地，所述TIG焊枪喷嘴距铜表面的距离为5-8mm，所述TIG电弧距钎缝的距离为5-10mm。
优选地，所述铜和铝同为板材或管材。
优选地，所述铜铝为板材时，将铝置于水冷工装上；所述铝不受TIG电弧的直接加热，且铝的下表面受水冷工装的实时冷却。
进一步地，板材钎焊时TIG焊枪喷嘴和焊丝保持同步匀速移动。
优选地，所述铜铝为管材时，将铝接通循环冷却水；所述铝不受TIG电弧的直接加热，且铝的下表面受循环冷却水的实时冷却。
进一步地，管材钎焊时TIG焊枪喷嘴和焊丝的位置保持不动而管材匀速转动。
优选地，焊丝与铝的夹角为30-50°；所述焊丝为中间包裹有活性钎剂药粉的Zn-Al药芯焊丝。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)只需一种热源(TIG电弧)，无需在铜、铝中间增加过渡金属，操作简单、铜/铝异种金属接头导电性、力学性能好，接头强度达到铝材的75％以上。
(2)生产成本低，便于工业自动化生产。
(3)既保证了焊丝熔化并顺利填缝，又避免了铜和铝出现熔化或严重溶解，从根本上解决了因异种金属产生化合反应生成硬脆化合物而导致钎焊接头性能下降的问题。
附图说明
图1是本发明所提供的一种铜铝异种金属TIG钎焊工艺的示意图，其中铜铝均为板材。
图2是本发明所提供的一种铜铝异种金属TIG钎焊工艺的示意图，其中铜铝均为管材。
图3是铜铝异种金属TIG钎焊的钎缝的宏观形貌。
图4是铜铝异种金属TIG钎焊的钎缝的微观形貌。
图5是铜铝异种金属TIG钎焊接头力学试验后的试样形貌及断裂部位。
附图标记说明：1、TIG焊枪喷嘴；2、TIG电弧；3、铜(铜板或铜管)；4、铝(铝板或铝管)；5、焊丝；6、熔池；7、钎缝。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1和图2所示，本发明公开了一种铜铝异种金属TIG钎焊工艺，包括以下步骤：
步骤一，采用细砂纸打磨铜3和铝4的搭接部位，并进行清洁；将铜3搭于铝4之上，固定接头，铝4的位置设有冷却装置；
步骤二，将TIG焊枪的喷嘴1距离铜表面一定距离，根据材料的厚度驱动TIG电弧2距钎缝7的距离，TIG电弧2直接对铜3加热；
步骤三，将焊丝5与铝4呈一定夹角侧向接触在铜铝的接头处，待加热适当时间，焊丝5熔化并形成熔池6，再开始匀速送进焊丝5，最终形成连续的钎缝7。
具体地，所述TIG焊枪喷嘴1距铜3表面的距离为5-8mm，所述TIG电弧2距钎缝7的距离为5-10mm。
具体地，所述铜3和铝4同为板材或管材。
具体地，所述铜铝为板材时，将铝4置于水冷工装上；所述铝4不受TIG电弧2的直接加热，且铝4的下表面受水冷工装的实时冷却。
具体地，板材钎焊时TIG焊枪喷嘴1和焊丝5保持同步匀速移动。
具体地，所述铜铝为管材时，将铝4接通循环冷却水；所述铝4不受TIG电弧2的直接加热，且铝4的下表面受循环冷却水的实时冷却。
具体地，管材钎焊时TIG焊枪喷嘴1和焊丝5的位置保持不动而管材匀速转动。
具体地，焊丝5与铝4的夹角为30-50°；所述焊丝5为中间包裹有活性钎剂药粉的Zn-Al药芯焊丝。
实施例
一种铜铝异种金属TIG钎焊工艺，步骤如下：
(一)预备工作：先用细砂纸打磨铜3和铝4的搭接部位，并用毛刷清洁；将铝4固定在水冷工装上；将铜3搭接在铝4上，搭接量可根据需要调节(如10mm)；将TIG焊机的正极线缆与工装相连，TIG焊枪喷嘴1距离铜3表面5-8mm垂直于铜3。
(二)工艺参数调试：根据铜3和铝4的尺寸和厚度，调节TIG焊枪喷嘴1到铜3(板材或管材)搭接边的距离和TIG电流。引燃TIG电弧2固定加热3-5秒，此时往铜3侧边待焊区以一定角度(与铝4平面呈30°-50°)送进焊丝5，如果焊丝5立即熔化铺展并与铜3和铝4均形成30°左右的润湿角，则表明调节的距离和热输入合适，润湿角过大或过小均不适宜。启动焊接小车或变位机等运动装置，保持TIG焊枪喷嘴1到搭接边的距离恒定，调节钎焊速度，保证形成的熔池6的尺寸能够全面覆盖铜3的厚度，即覆盖满待焊区为宜。
(三)TIG钎焊过程：以上参数调节完毕，引燃TIG电弧2固定加热3-5秒，启动焊接小车或变位机等运动装置，同时启动焊丝5的送丝机构，形成连续稳定的钎缝7。钎缝的形貌如图3和图4所示。
具体实施案例及工艺参数如表1所示。
表1实施案例及工艺参数表
所用设备为WSME-315逆变式TIG焊机，焊丝是直径2.0mm的Zn-Al药芯焊丝，保护气为高纯氩气，铜金属强度约300MPa，铝金属强度约120MPa；其中实施案例1的热输入不足，钎焊接头不良，如图5所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铜铝异种金属TIG钎焊工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，采用细砂纸打磨铜和铝的搭接部位，并进行清洁；将铜搭于铝之上，固定接头，铝的位置设有冷却装置；
步骤二，将TIG焊枪的喷嘴距离铜表面一定距离，根据材料的厚度驱动TIG电弧距钎缝的距离，TIG电弧直接对铜加热；
步骤三，将焊丝与铝呈一定夹角侧向接触在铜铝的接头处，待加热适当时间，焊丝熔化并形成熔池，再开始匀速送进焊丝，最终形成连续的钎缝。
2.根据权利要求1所述的一种铜铝异种金属TIG钎焊工艺，其特征在于：所述TIG焊枪喷嘴距铜表面的距离为5-8mm，所述TIG电弧距钎缝的距离为5-10mm。
3.根据权利要求2所述的一种铜铝异种金属TIG钎焊工艺，其特征在于：所述铜和铝同为板材或管材。
4.根据权利要求3所述的一种铜铝异种金属TIG钎焊工艺，其特征在于：所述铜铝为板材时，将铝置于水冷工装上；所述铝不受TIG电弧的直接加热，且铝的下表面受水冷工装的实时冷却。
5.根据权利要求4所述的一种铜铝异种金属TIG钎焊工艺，其特征在于：板材钎焊时TIG焊枪喷嘴和焊丝保持同步匀速移动。
6.根据权利要求3所述的一种铜铝异种金属TIG钎焊工艺，其特征在于：所述铜铝为管材时，将铝接通循环冷却水；所述铝不受TIG电弧的直接加热，且铝的下表面受循环冷却水的实时冷却。
7.根据权利要求6所述的一种铜铝异种金属TIG钎焊工艺，其特征在于：管材钎焊时TIG焊枪喷嘴和焊丝的位置保持不动而管材匀速转动。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的一种铜铝异种金属TIG钎焊工艺，其特征在于：焊丝与铝的夹角为30-50°；所述焊丝为中间包裹有活性钎剂药粉的Zn-Al药芯焊丝。
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