75zn25al焊丝铝合金黄铜焊接接头组织与性能(附件)
研究了75Zn-25Al焊丝的显微组织和铺展性能，以及焊接3003铝合金与H62黄铜的异种金属焊接接头的力学性能和显微组织。75Zn-25Al焊丝显微组织是由铝基固溶体和锌基固溶体组成。铺展性能试验表明75Zn-25Al钎料在3003铝合金表面的铺展面积为190.85mm2。75Zn-25Al钎料在H62黄铜表面的铺展面积为68.81mm2。75Zn-25Al钎料在3003铝合金表面的铺展性能明显优于75Zn-25Al钎料在黄铜表面的铺展性能，当钎料与母材的成分越相似则铺展性能越好。75Zn-25Al焊丝炉中钎焊3003铝合金和黄铜，在580oC时，试件的力学性能较好，抗剪切强度为69.86MPa。75Zn-25Al焊丝焊接3003铝合金和黄铜的接头显微组织可以看到钎料和黄铜接触侧有一层呈透明状的CuAl2的金属间化合物层，因此在拉伸过程中，钎料与黄铜接触一侧容易产生应力集中，萌生裂纹，最后断裂。关键词 75Zn-25Al焊丝，炉中钎焊，铺展性能，力学性能，显微组织
目录
1 引言 3
1.1 铝/铜钎焊的研究背景及研究意义 3
1.2 铝/铜钎焊的焊接性能 3
1.3 铝/铜熔化焊 4
1.4 铝/铜压焊 5
1.5 铝/铜钎焊 6
1.5.1铝/铜真空钎焊 6
1.5.2 铝/铜超声波钎焊 7
2研究方法及实验过程 7
2.1 研究路线图 7
2.2 75Zn25Al钎料合金的制备 7
2.2.1 75Zn25Al钎料的选择 7
2.2.2 原材料的选择 8
2.2.3 钎料的制备 8
2.3 钎料铺展性能试验 9
2.3.1 润湿性能的特征 9
2.3.2 钎料润湿性能的测试方法 9
2.4 钎焊接头的力学性能测试 10
2.4.1钎焊接头形式 10
2.4.2 炉中钎焊 11
2.4.3 拉伸试验测试方法 11
2.5钎料及钎焊接头显微组织分析 11
3 钎料显微组织分析 12
4 铺展性能实验 14
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4.1 75Zn25Al钎料在3003铝合金表面的铺展性能 14
4.2 75Zn25Al钎料在黄铜表面的铺展性能 17
5 钎焊接头强度 19
6 75Zn25Al钎料钎焊铝/铜异种金属接头的显微组织 23
7 75Zn25Al钎料钎焊铝/铜接头断口分析 25
结论 26
致谢 27
参考文献 28
1 引言
3003铝合金和H62黄铜由于具有良好的导电性和导热性，在航空业、军工业、汽车制造、电力等领域获得广泛应用。由于铜一直属于世界性稀缺资源，其价格居高不下，并且随着铝铜焊接接头性能的提高和市场竞争优势，以铝合金代替铜是近些年来的行业发展趋势[1]。但是铝铜钎焊难度系数高，有关铝铜钎焊的钎料也鲜有报道，因此研发新型的铝铜钎焊材料亟待解决。
1.1 铝/铜钎焊的研究背景及研究意义
解决铝铜焊接的难题既有助于节约生产成本，也能缓解铜资源短缺的问题。因此铝铜链接已经成为世界性的重点课题之一。Al/Cu的常用的焊接方法不能满足产品的导电、导热及密封性需要。其中，熔化焊焊接Al/Cu接头脆性大、强度低、容易产生裂纹；压力焊包括冷压焊、热压焊等，焊接接头的拉伸强度高、物理性能好，故被广泛应用，然而这些焊接方法所需的焊接设备昂贵庞大，难以广泛投入到生产活动中去[2]。由于Al/Cu的熔点相差较大，焊接时难以同时熔化，易形成大量的硬脆性化合物导致产品强度和性能降低，Al/Cu焊接研究主要集中在压力焊及摩擦焊等连接方式上。但是压力焊与摩擦焊的成本高且维护难度大。
钎焊所需的能量较小，低于母材的熔点不易发生过烧等优点，能够避免产生铝铜脆性化合物，提高焊接质量。但是由于铝铜存在物理及化学性能上的差异，导致铝铜钎焊难度增大，尤其是铝表面易产生致密的Al2O3氧化膜破坏了焊接接头的性能。因此，需要研发新型性能良好的铝铜钎焊材料。
1.2 铝/铜钎焊的焊接性能
Al/Cu混合结构是降低制冷和电力设备重量和经济成本的前沿的设计。在这些复杂设施中，Al/Cu混合结构通常充当导热或导电组件，而不是承载部件。因此通常使用不能实现高结合强度但具有良好操作柔性的钎焊来制造Al/Cu结合部分。并且证明了ZnAl合金是用于Al/Cu钎焊的最适合的填充金属。但是由于Al/Cu这两个母材的熔点不同，焊缝间产生的金属化合物对焊接接头的强度产生极大的影响[3]。
铝铜物理性能如表1.1所示：
表1.1 铝和铜的物理性能
金属
密度P/(g.cm3)
熔点T/(oC)
比热容C/(J.kg4.K4)
线性膨胀系数q/(10^k4)
热导率＆/(W.m4.K4)
铝
2.7
660.32
917
23.5
238
铁
8.96
1084.62
386
17.0
397
1.3 铝/铜熔化焊
采用88Al12Si焊丝作为填充材料进行5052铝合金和H62黄铜TIG熔钎焊。显微镜下熔钎接头分为3个区域，焊丝在黄铜母材表面润湿性较差，焊缝间形成脆性的金属间化合物和CuAl2金属化合物层严重影响接头的力学性能。焊缝的显微硬度高于母材，拉伸载荷为875N,黄铜侧界面断口为解理断裂[4]。
在利用TIG熔焊实现6061铝合金和H60铜合金的有效连接时，增加焊接电流，则铜合金母材侧的金属化合物反应层逐渐增加，当焊接电流达到110A时，母材连接处会产生明显裂纹。并且随着焊接电流的增加Al/Cu焊接接头的拉伸强度也随之提高，达到最高载荷1.67KN后迅速降低[5]。
对6061铝合金和T2纯铜合金采用冷金属过渡熔钎焊，焊缝光滑平整光亮度高。再次改进后的铝铜焊接接头的最大拉伸强度为154N/mm。焊接时产生硬脆金属间化合物导致在拉伸试验中的焊接件断裂于钎焊界面处[6]。
铝/铜异种焊接采用等离子弧熔钎焊，其接头光滑平整，焊缝表面无气孔、裂纹等现象，焊接接头的抗剪切强度可以达到175.5MPa，在铜与钎料界面处的金属化合物主要是Al2Cu，CuZn2；在铝合金与钎料表面处的金属化合物为AlZn共晶组织，焊缝为黑白相间的条纹组织，黑色区域为富铝区，白色则为富锌区[7]。伴随着尖端科技的应用，类如超声波焊接可以形成稳定的没有脆性金属间化合物的焊缝，并且焊接界面完全连接没有缺陷[8]。
目录
1 引言 3
1.1 铝/铜钎焊的研究背景及研究意义 3
1.2 铝/铜钎焊的焊接性能 3
1.3 铝/铜熔化焊 4
1.4 铝/铜压焊 5
1.5 铝/铜钎焊 6
1.5.1铝/铜真空钎焊 6
1.5.2 铝/铜超声波钎焊 7
2研究方法及实验过程 7
2.1 研究路线图 7
2.2 75Zn25Al钎料合金的制备 7
2.2.1 75Zn25Al钎料的选择 7
2.2.2 原材料的选择 8
2.2.3 钎料的制备 8
2.3 钎料铺展性能试验 9
2.3.1 润湿性能的特征 9
2.3.2 钎料润湿性能的测试方法 9
2.4 钎焊接头的力学性能测试 10
2.4.1钎焊接头形式 10
2.4.2 炉中钎焊 11
2.4.3 拉伸试验测试方法 11
2.5钎料及钎焊接头显微组织分析 11
3 钎料显微组织分析 12
4 铺展性能实验 14
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4.1 75Zn25Al钎料在3003铝合金表面的铺展性能 14
4.2 75Zn25Al钎料在黄铜表面的铺展性能 17
5 钎焊接头强度 19
6 75Zn25Al钎料钎焊铝/铜异种金属接头的显微组织 23
7 75Zn25Al钎料钎焊铝/铜接头断口分析 25
结论 26
致谢 27
参考文献 28
1 引言
3003铝合金和H62黄铜由于具有良好的导电性和导热性，在航空业、军工业、汽车制造、电力等领域获得广泛应用。由于铜一直属于世界性稀缺资源，其价格居高不下，并且随着铝铜焊接接头性能的提高和市场竞争优势，以铝合金代替铜是近些年来的行业发展趋势[1]。但是铝铜钎焊难度系数高，有关铝铜钎焊的钎料也鲜有报道，因此研发新型的铝铜钎焊材料亟待解决。
1.1 铝/铜钎焊的研究背景及研究意义
解决铝铜焊接的难题既有助于节约生产成本，也能缓解铜资源短缺的问题。因此铝铜链接已经成为世界性的重点课题之一。Al/Cu的常用的焊接方法不能满足产品的导电、导热及密封性需要。其中，熔化焊焊接Al/Cu接头脆性大、强度低、容易产生裂纹；压力焊包括冷压焊、热压焊等，焊接接头的拉伸强度高、物理性能好，故被广泛应用，然而这些焊接方法所需的焊接设备昂贵庞大，难以广泛投入到生产活动中去[2]。由于Al/Cu的熔点相差较大，焊接时难以同时熔化，易形成大量的硬脆性化合物导致产品强度和性能降低，Al/Cu焊接研究主要集中在压力焊及摩擦焊等连接方式上。但是压力焊与摩擦焊的成本高且维护难度大。
钎焊所需的能量较小，低于母材的熔点不易发生过烧等优点，能够避免产生铝铜脆性化合物，提高焊接质量。但是由于铝铜存在物理及化学性能上的差异，导致铝铜钎焊难度增大，尤其是铝表面易产生致密的Al2O3氧化膜破坏了焊接接头的性能。因此，需要研发新型性能良好的铝铜钎焊材料。
1.2 铝/铜钎焊的焊接性能
Al/Cu混合结构是降低制冷和电力设备重量和经济成本的前沿的设计。在这些复杂设施中，Al/Cu混合结构通常充当导热或导电组件，而不是承载部件。因此通常使用不能实现高结合强度但具有良好操作柔性的钎焊来制造Al/Cu结合部分。并且证明了ZnAl合金是用于Al/Cu钎焊的最适合的填充金属。但是由于Al/Cu这两个母材的熔点不同，焊缝间产生的金属化合物对焊接接头的强度产生极大的影响[3]。
铝铜物理性能如表1.1所示：
表1.1 铝和铜的物理性能
金属
密度P/(g.cm3)
熔点T/(oC)
比热容C/(J.kg4.K4)
线性膨胀系数q/(10^k4)
热导率＆/(W.m4.K4)
铝
2.7
660.32
917
23.5
238
铁
8.96
1084.62
386
17.0
397
1.3 铝/铜熔化焊
采用88Al12Si焊丝作为填充材料进行5052铝合金和H62黄铜TIG熔钎焊。显微镜下熔钎接头分为3个区域，焊丝在黄铜母材表面润湿性较差，焊缝间形成脆性的金属间化合物和CuAl2金属化合物层严重影响接头的力学性能。焊缝的显微硬度高于母材，拉伸载荷为875N,黄铜侧界面断口为解理断裂[4]。
在利用TIG熔焊实现6061铝合金和H60铜合金的有效连接时，增加焊接电流，则铜合金母材侧的金属化合物反应层逐渐增加，当焊接电流达到110A时，母材连接处会产生明显裂纹。并且随着焊接电流的增加Al/Cu焊接接头的拉伸强度也随之提高，达到最高载荷1.67KN后迅速降低[5]。
对6061铝合金和T2纯铜合金采用冷金属过渡熔钎焊，焊缝光滑平整光亮度高。再次改进后的铝铜焊接接头的最大拉伸强度为154N/mm。焊接时产生硬脆金属间化合物导致在拉伸试验中的焊接件断裂于钎焊界面处[6]。
铝/铜异种焊接采用等离子弧熔钎焊，其接头光滑平整，焊缝表面无气孔、裂纹等现象，焊接接头的抗剪切强度可以达到175.5MPa，在铜与钎料界面处的金属化合物主要是Al2Cu，CuZn2；在铝合金与钎料表面处的金属化合物为AlZn共晶组织，焊缝为黑白相间的条纹组织，黑色区域为富铝区，白色则为富锌区[7]。伴随着尖端科技的应用，类如超声波焊接可以形成稳定的没有脆性金属间化合物的焊缝，并且焊接界面完全连接没有缺陷[8]。
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