13开题报告铜铝异种金属的搅拌摩擦焊工艺Word文档下载推荐.docx

13开题报告铜铝异种金属的搅拌摩擦焊工艺Word文档下载推荐.docx

《13开题报告铜铝异种金属的搅拌摩擦焊工艺Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《13开题报告铜铝异种金属的搅拌摩擦焊工艺Word文档下载推荐.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

目前铜/铝的焊接方式要紧有钎焊、熔化焊、压力焊。

熔焊时铜/铝两种金属在必然的比例成份下会生硬脆的CuAl2等金属间化合物，这些金属间化合物的生成会极大地降低焊接接头的力学性能[3]。

搅拌摩擦焊（frictonstirwelding，简称FSW）是一种固相连接方式，具有优质、高效、无污染、焊接变形小等特点，在异种材料连接方面有独特优势。

焊接进程中金属不发生熔化．从而能够幸免产动气孔、裂纹等缺点；

通过调剂焊接参数。

能够减少焊缝中金属问化合物的数量，取得持续、致密的接头组织。

开展铜/铝搅拌摩擦焊研究与应用有着重要的理论意义和实际价值。

2、国内外研究概况及进展趋势

铜/铝传统焊接方式焊研现状

铜/铝钎焊研究现状

最近几年来，国内外研究者从工艺参数制定、焊后结合界面组织、接头利用性能评定等方面对铜/铝焊接做了大量研究，各类先进的连接方式得以采纳；

关于铜/铝焊接接头的推行应用，和铜/铝异种金属的焊接理论的研究具有重要的意义[4]。

刘凤美等[5]进行了Cu元素对铝/铜钎焊用Zn-Al钎料性能的阻碍的研究，研究结果说明：

Zn-10Al钎料中添加Cu元素，可提高钎焊接头的强度。

随钎料中Cu含量的增加，其钎焊强度先增后降；

Zn-10Al钎料中添加Cu元素后钎焊接头焊缝中铜侧界面上组织变细小；

当Cu含量达7%时，断裂发生在钎料层基体中；

钎料中Cu含量太高时，在铜界面上生成层状相。

小山等[6]采纳Al-Si-Mg-Bi钎料真空钎焊Cu/Al接头的研究说明：

适合的钎焊温度为520～540℃，接头区有CuAl2、Cu3Al2两种金属间化合物生成。

断裂破坏发生在金属间化合物处，70%发生在CuAl2相上，接头强度要紧由生成的金属间化合物类型决定，焊接条件阻碍较小。

王冠等[7]在Cu在纯铝基体中的扩散行为研究中以为：

在钎焊温度低、保温时刻较短的条件下，Cu元素在基体内部尚未充分扩散，在基体晶界上严峻偏析，生成A1-Cu相中最脆的θ相（CuAl2）。

随着保温时刻的延长有利于Cu元素在A1基体中的扩散成效，但太高的钎焊温度又致使θ相的从头显现。

闫飞等[8]在对铜/铝异种金属钎焊研究说明：

铜/铝异种金属钎焊进程中显现的缺点有：

在焊缝中生成金属间化合物（脆性相）、母材溶蚀、钎缝侵蚀、钎缝不持续、钎缝氧化等。

针对钎焊进程中显现的缺点，要紧从工艺参数方面采取有效方法予以解决，如选用与母材匹配的钎料，制定合理的钎焊温度和冷却速度，适当的保温时刻，Cu元素的进一步扩散也生成金属间化合物。

铜/铝熔化焊研究现状

铜/铝熔化焊要紧包括TIG焊、MIG焊、气焊、埋弧焊、激光焊和电子束焊等方式。

其熔化焊进程中，由于铜和铝的熔点相差较大，往往造成铝熔化了而铜还处于固态，易形成未熔合和夹杂，焊接难度较大。

铜和铝强烈氧化形成氧化膜，氧化膜中含有必然量的吸附水和结晶水，容易在焊缝中产动气孔等缺点。

铜/铝熔焊进程极易产生脆性金属间化合物，接头的强度随着金属间化合物的增加而降低，必需将焊缝中金属间化合物脆性层操纵在1μm以下，且焊缝中Cu质量分数在12%以下时才具有最正确综合性能[9]。

Mai等[10]采纳350WNd：

YAG激光焊成功地对1mm厚的铜和铝进行了焊接。

研究说明：

由于激光输入能量的可控性和能量的高密度性，激光焊能够实现对能量散布的操纵，极大减小连接金属间的彼此作用，幸免脆性金属间化合物的产生，使异种金属的焊接能够取得中意的接头。

铜/铝电阻焊研究现状

刘忠翔等[11]通过量次实验证明铜/铝能够用点焊焊接的。

关键是解除铝的氧化层的阻碍，而交流焊时的焊接压力，电磁搅拌力可使氧化层破碎分解及清除。

他提出了铜/铝过渡接头的点焊新方式：

即铝的电极电位为，铜的电极电为+v，存在着明显的电位，当大电流流经接触处时往往在接触处将铝线烧断（像刀切的一样整齐），这就提出了排除接头处电位差的铜/铝过渡接头问题。

但在铜/铝的点焊进程中，铝、铜、钨三种金属接触时，存在着电位差，通电后易产生热活化能。

同时铜、铝均属于面心立方晶格，点阵数又相互接近，因此能无穷固溶。

在压力、热活化和电磁搅拌力的作用下，产生间隙固溶、置换固溶和扩散、实现异种金属的焊接。

由于铝、铜接触处铝液面的变更和铜的再结晶温度低，在锻压力作用下能够取得排除接触电位差的牢固的靠得住的焊接头，而取得良好铜/铝过渡接头，因此具有普遍的应用价值。

刘英才等[12]对1060铝管和紫铜（T2）进行了点焊，焊后利用SEM、EDS等技术对铜/铝管焊接界面进行了研究，并结合Cu-Al二元相图进行界面分析，研究结果说明：

铜/铝连接管的焊接界面处，铜与铝进行了原子的彼此扩散，且铜原子向铝侧扩散的深度比铝原子向铜侧扩散的深度要大；

背散射电子照片显示出铜/铝连接管的焊接界面由白色柱状和灰白相间的层片组织组成。

柱状晶为CuAl2相，而灰白相间的层片组织为a-Al与CuAl2的共晶；

界面处的柱状晶十分细小，提高了接头的强度，而生成的共晶组织由于层间距很小，也能提高材料的力学性能，但过量的共晶组织会增大材料的脆性，致使接头性能下降，因此要寻觅更佳的工艺参数来减少共晶组织的形成，提高铜/铝接头的性能。

铜/铝搅拌摩擦焊研究现状

搅拌摩擦焊（frict1onstriwelding，简称FSW）是一种基于摩擦焊的固相连接技术，是英国焊接研究所（TWI）于1991年发明的一种新型固相焊接工艺。

搅拌摩擦焊在焊接进程中不需要添加爱惜气体和焊丝，而且还具有无烟尘、无气孔、无飞溅、焊后接头晶粒细小、残余应力小和变形小等优势。

由于其焊接特点的专门性及优越性，这种新型的连接技术自问世以来，就受到焊接界的普遍关注，各类材料的搅拌摩擦焊焊接性能研究也成为这种焊接方式基础研究的一个重点。

到目前为止，对搅拌摩擦焊的研究已经从铝合金的焊接向其它金属的焊接如铜、钛、镁、不锈钢及碳钢等方面进展。

拌摩擦焊焊接进程是将一个带有搅拌针和轴肩的特殊形式的搅拌头伸入工件的接缝处，轴肩紧靠工件上表面，通过搅拌头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化达到热塑性状态，同时对材料进行搅拌驱动，热塑性金属向后方流动来完成焊接的。

焊接进程如下图

刘会杰等[13]以为：

铜/铝搅拌摩擦焊接参数范围较窄，在对接进程中，通过调整材料的相对位置，搅拌针相对配合面的偏移量和对铜侧进行预热等工艺方法能够提高接头的质量。

另铜/铝搅拌摩擦焊接头中由于缺点和硬脆金属间化合物的存在，致使强度、断后伸长率均与母材有较大差距。

同时，金属间化合物的存在也加大了接头硬度散布的波动，但接头硬度的最低值仍然出此刻热阻碍区中。

而且由于两种材料流动特性的不同，焊核双侧呈现不同的结构。

焊核中存在Al2Cu、AlCu、Al4Cu9等多种金属间化合物，其散布形态、尺寸和数量对接头性能有较大阻碍。

柯黎明等[14]进行了铝合金与工业纯铜、铝合金与低碳钢的搅拌摩擦焊接实验，实验结果说明：

该实验条件下，选用适当的焊接工艺参数能实现铝合金/纯铜、铝合金/钢等异种金属的搅拌摩擦焊连接，且接头的组织、性能优良；

焊接工艺参数w/v的匹配是保证接头致密性和决定组织、性能的关键因素，在高的搅拌头旋转速度w下能实现高速焊接；

异种金属搅拌摩擦焊接头的涡流状交迭区，反映了搅拌摩擦焊进程中接头金属发生了塑性流动，接头局部点硬度的突变说明有新物质生成。

对铝合金/纯铜接头进行X射线物相分析说明其为形金属间化合物；

用搅拌摩擦焊方式焊接容易形成金属间化合物的异种材料时，关于薄板，形成良好焊缝成型的标准参数范围较宽，关于厚板，形成良好焊缝成型的标准参数范围较窄。

据S等[15]的报导，在相同的参数下，选择与铝、铜摩擦系数大的搅拌头材料能够增大焊接进程中的热输入量，提高被焊材料的塑性变形。

但也容易发生被焊材料与搅拌头的粘连，造成焊缝表面成型质量低下，乃至显现沟槽型缺点。

在对接搅拌摩擦焊进程中，板厚也对焊接参数的选取有阻碍。

柯黎明[14]发觉。

关于2mm厚的焊件，工艺参数范围为转速375～1180r/min，焊速30-150mm/min：

而关于3mm厚的焊件工艺参数范围相应变窄。

而且搅拌头易发生堵塞现象。

严铿等[16]对4mm厚的5A05铝合金/T2紫铜薄板的搅拌摩擦焊接头组织结构进行了研究，结果说明：

在纯铜与铝合金的搅拌摩擦焊时，把纯铜放在前进侧，铝合金放在后退侧，搅拌工具的特形指棒偏铝合金侧，工件预热至200℃，当前进速度为40mm/min，转速为1250r/min时，搅拌摩擦焊的焊缝成型良好；

在焊核区形成了一层精细的薄层间混结构，而且有明显的塑性流线特点。

显微组织观看说明，在焊核区和双侧的塑性转变区晶粒均发生了动态再结晶；

铝合金在纯铜侧的扩散程度比纯铜在铝合金侧的扩散程度大1倍。

其中，纯铜在铝合金侧扩散的质量分数大约为%，而铝合金向纯铜侧扩散较多，质量分数约为%。

等[17]研究了紫铜与6061铝合金的搅拌摩擦焊。

焊缝的显微组织分析显示焊核组织是由动态再结晶晶粒和致密的层叠状微观组织组成，具有明显的晶粒细化的特点，其形状为漩涡状或类漩涡状。

当铜放在前进边时，可取得了良好的接头。

动态再结晶使得焊核层叠组织中铜的晶粒小于母材的晶粒。

其他异种材料的搅拌摩擦焊研究现状

异种铝合金的搅拌摩擦焊研究现状

刘小文等[18]研究了纯铝L6与铝合金LY12异种材料搅拌摩擦焊接工艺参数对焊接接头成型及力学性能的阻碍。

发觉焊接工艺参数对接头强度阻碍的显著性顺序为压力、焊接速度、搅拌头旋转速度。

关于5mm厚L6/LY12板材，最优工艺参数为焊接压力为2500N、焊接速度min及搅拌头旋转速度950r/min。

在此焊接参数下，接头的抗拉强度为115Mpa。

刘鸽平等[19]用搅拌摩擦焊方式进行了LF6/LD31异种铝合金锁底接头焊接，研究了搅拌头轴肩下压量对焊缝成型的阻碍，分析了接头的截面型貌及力学性能。

结果说明：

搅拌头轴肩下压量对焊缝成型有重要的阻碍。

组织分析说明，在焊缝横截面，LF6铝合金与LD31铝合金在焊核区被充分混合，并在焊核下部形成条带状的组织焊核区，由于受到搅拌头搅拌针的强烈搅拌作用，组织发生动态再结晶，由母材原始的板条状组织转变成细小的等轴再结晶组织。

热力阻碍区晶粒随着向焊核靠近而慢慢变小且发生了明显的变形。

当焊接工艺适合时接头抗拉强度可达316MPa，达到母材强度，断裂部位多位于焊核与LD31铝合金的交壤面。

于勇征等[20]对LF6/LD10铝合金搅拌摩擦焊的工艺实验进行了研究，分析了工艺参数对其接头性能的阻碍。

当搅拌头的旋转速度值较低时，提高焊接速度有利于提高接头的抗拉强度值。

当旋转速度值较高时，提高焊接速度对接头性能的阻碍不大。

焊接速度较低时，改变旋转速度关于接头的力学性能阻碍不大；

焊接速度较高时，提高旋转速度将会降低接头的力学性能。

其它参数相同的条件下，材料所处的位置对接头拉伸性能的阻碍不大。

其它条件相同，在焊接速度和旋转速度都较低时，利用无螺纹的搅拌头所取得的接头性能要优于带有螺纹的搅拌头施焊所得接