[发明专利]一种铝和铜异质金属材料的焊接方法

说明书

本发明涉及一种铝和铜异质金属材料的焊接方法，主要针对5～8mm厚T0态下2024铝合金和紫铜异质金属材料由于导热率的不同所引起的变形和接头组织不均匀等问题。主要步骤包括：(1)分别对2024铝合金和紫铜母材进行坡口加工和焊接组对；(2)对紫铜母材进行预焊，参数为电压15‑50V，电流60‑150A，速度1‑10m/min；(3)对2024铝合金和紫铜异质金属材料母材进行钎焊，钎剂成分为AlCu₂，焊接参数为电压20‑60V，电流60‑200A，速度1‑10m/min。在本发明中，通过对不同材料坡口尺寸、预焊和钎焊参数的选取和控制，能够实现对2024铝合金和紫铜两种异质金属的焊接，并且获得焊接性能优良的焊接接头。

技术领域

本发明涉及一种铝和铜异质金属材料的焊接方法，属于焊接技术领域。

背景技术

近年来，随着新材料不但涌现，异种材料的复合连接得到了快速的发展和应用，尤其是在航空航天、电子机械和国防工业。铝铜复合件由于兼顾铝合金的优良机械性能和铜的良好导电、导热性能，其应用越来越广泛。因此，铝铜异质金属材料的焊接问题一直是研究的焦点。

铜铝异种金属材料的焊接方法主要有熔化焊、固态焊接、钎焊三类。对于熔化焊，焊缝中极易产生杂质和气孔等缺陷，且由于铝与铜的熔点相差较大，焊接过程中往往铝已经熔化了而铜还处于固态，易导致未熔合或夹杂等缺陷，使焊缝的力学性能显著下降。固态焊接虽能克服上述缺点，但需要专门的设备，投资大，且无法进行现场焊接，只能预制铝铜接头，实际应用存在很大的局限性。钎焊是使母材金属不熔化，而靠钎料熔化后填满间隙，并与母材金属发生溶解、扩散等冶金作用的焊接方法，因此特别适合异种材料的焊接。此外，钎焊还具有工件变形小，设备简单，操作简便，可在现场进行焊接等优点。

采用钎焊工艺进行铝铜异质金属材料的焊接时常常也会出现由于导热率的不同所引起的热变形不均匀和接头残余应力较大等问题；此外，由于焊缝附近母材受热不均也会导致组织不均、成分偏析、孔洞和形成大量低熔点的共晶化合物Al₂Cu等缺陷。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种既能保证焊缝的力学性能又较为容易实现的用于铝和铜两种异质金属材料的钎焊方法。

为此,本发明提供一种适用于铝和铜异质金属材料的焊接方法，至少包括以下步骤：

步骤1：分别对2024铝合金和紫铜母材进行坡口加工和焊接组对；

步骤2：对紫铜母材进行预焊；

步骤3：对2024铝合金和紫铜异质金属材料母材进行钎焊，焊后无需进行热处理。

在所述步骤1中形成的所述焊接组对为2024铝合金和紫铜两种异质金属材料的焊接面对接；

在所述步骤1中形成的所述焊接组对为2024铝合金和紫铜两种异质金属材料的焊接面水平搭接；

在所述步骤1中对2024铝合金和紫铜开坡口时应根据母材的厚度不同所开坡口角度(θ₁和θ₂)、中部对接厚度方向尺寸(h₁和h₂)和对接距离(d)也应不同。

在所述步骤1中，2024铝合金开坡口时所开坡口角度为θ₁＝30°～60°，紫铜开坡口时所开坡口角度为θ₂＝45°～75°，并将两种材料的坡口角度关系设置为θ₂≥1.25θ₁。

在所述步骤1中，2024铝合金开坡口后剩余中部对接厚度方向尺寸为h₁＝2～5mm，紫铜开坡口后剩余中部对接厚度方向尺寸为h₂＝3～7mm，并将两种材料开坡口后剩余中部对接厚度方向尺寸关系设置为h₂≥1.35h₁。