铜与铝的焊接
出处：按学科分类—工业技术 河北科学技术出版社《实用焊接技术手册》第622页（2615字）
(一)铜与铝的焊接性
铜与铝的焊接主要存在以下问题：
(1)铝、铜易被氧化。
(2)铝－铜接头脆性大，易产生裂纹。
(3)对气孔十分敏感。
铜与铝的焊接可以采用压焊、熔焊和钎焊，目前主要是用压焊。熔焊的主要困难是铝和铜的熔点相差很大。
熔焊时，应以铝为主组成焊缝，铜的含量应控制在12%～13%以下，否则在晶界上形成固溶体和CuAl2的脆性共晶体，使接头的强度和塑性降低。焊接时，电弧中心要偏向铜板一侧。线能量比焊同种铝时为大，但比焊同种铜时为小。
用钎焊－熔焊能获得良好接头。焊前在铜的待焊面上用钎料(如银50%，铜15．5%，锌16．5%，镉15%)钎焊一层约1mm厚的金属层，然后与铝合金进行氩弧焊，用加硅10%的铝焊丝。
(二)铜与铝的熔焊
1．氩弧焊
采用钨极氩弧焊直接焊接铜与铝的接头时，电流为150A，电压为15V，焊接速度为6m／h，铜可开坡口，一般为45°～75°，填丝选用L6铝，直径为2～3mm。操作时，电弧主要熔化铝一侧，而对铜一侧不可使之熔化太多。即使这样，焊缝中含铜量也很高(超过13%以上)，最终获得的接头强度和塑性都是很低的。如果焊前在铜一侧的坡口镀一层0．6～0．8mm的银钎料，然后用Al－Si合金焊丝与铝进行焊接，可获得良好的接头质量。
施焊过程中，钨极电弧中心要偏离坡口中心一定距离，使电弧不直接指向铜一侧，而指向铝的一侧，尽量减少焊缝金属中的含铜量，至少控制在10%以下。
铜－铝对接时，为了减少焊缝金属的含铜量，增加铝的成分，可将铜端加工成V形或K形坡口，坡口表面镀一层厚度约60μm锌，然后按表2－6－39的工艺焊接。
表2－6－39 氩弧焊工艺参数［3］
2．埋弧自动焊
埋弧自动焊时也必须尽量减少铜在焊缝中的熔入量，它主要取决于焊接工艺和接头的坡口形式与尺寸以及电弧距坡口中心的距离等。
从坡口形式来看，坡口尺寸较大时，铜的含量较低，其中半U形坡口最好，接头强度最佳。
电弧应指向铝，但又不能偏移坡口中心太远，5～7mm的偏移距离为最佳。焊缝中加入Si、Zn、Ag、Sn等元素，可使接头强度大幅地提高。表2－6－40为埋弧自动焊工艺参数。
表2－6－40 埋弧自动焊工艺参数［2］
(三)铜与铝的闪光对焊
1．焊件准备
(1)铜、铝件的尺寸要精确，形状要平直。
(2)清理表面污物及氧化物。
(3)对铜及铝件退火处理，以降低硬度，增加焊件的塑性，提高接头质量，其退火工艺参数见表2－6－41所示。
表2－6－41 铜－铝退火处理工艺参数［3］
2．工艺参数
我国生产的LQ－150、LQ－200和LQ－300等型的闪光对焊机均可进行大截面铜－铝闪光对焊，表2－6－42为LQ－200型对焊机的焊接工艺参数。
表2－6－42 LQ－200型对焊机的焊接工艺参数
(四)铜与铝的摩擦焊
摩擦焊有高温摩擦焊和低温摩擦焊两种。
高温摩擦焊时，高速旋转(可达0．58m·s－1以上)的接触面的温度可达铝的熔点(660℃)，完全超出了铜铝共晶点的温度(548℃)。在这种高温下，铜铝原子发生扩散结合。
高温摩擦焊方法是事先将铜端面加工成90°锥角，并对铜与铝件进行退火处理，退火工艺参数见表2－6－43。
表2－6－43 铜－铝的退火工艺参数
退火处理后的铜－铝件表面一定要清理干净，特别是焊件的接触端头，形状要规整，尺寸要符合要求。
表2－6－44为铜－铝高温摩擦焊的工艺参数，采用这些工艺参数焊成的接头性能较差，易断裂。这种摩擦焊方法适于接头质量要求不高的结构。
表2－6－44 铜与铝高温摩擦焊工艺参数［3］
目前，为了克服高温摩擦焊存在的问题，都在推行低温摩擦焊。低温摩擦焊接头的温度能控制在铜－铝共晶点温度以下(即548℃以下)，在460～480℃温度范围内完成铜－铝摩擦焊接。接头不产生脆性金属层，使其不产生脆断。
460～480℃温度是低温摩擦焊接的最佳温度范围，该温度范围能获得最令人满意的铜－铝接头。表2－6－45列出了不同直径焊件的工艺参数。
表2－6－45 摩擦焊接工艺参数［3］
