专利名称：一种改善铝铜异质金属连接强度的搅拌摩擦焊接方法
技术领域：
本发明涉及金属材料，特别提供了一种改善铝铜异质金属连接强度的搅拌摩擦焊
接方法，适用于铝铜异质金属板材的连接。
背景技术：
Cu和Al在电子、制冷和输变电行业具有广泛应用。虽然A1的导热、导电性能略低 于Cu，但Al的质量轻，价格便宜。考虑A1和Cu的导电、导热率、密度和价格等综合因素，在 满足导电、导热性能的前提下，用Al代替Cu至少可节省约50%以上的材料费用，因此用Al 取代Cu可大幅降低材料成本，具有极高的经济效益。 用Al代替部分Cu制造零件，使得Al与Cu之间高质量的连接技术成为实现目标的 关键。然而，由于A1和Cu之间存在很大的化学、物理及力学性能差异，传统熔焊工艺很难 实现A1/Cu的无缺陷连接。此外，焊接过程中生成的Al-Cu脆性金属间化合物不仅降低材 料的导电性能，而且使接头强度和塑性达不到要求，因而传统熔焊工艺无法满足Al/Cu焊 接需求。目前A1/Cu的连接一般采用摩擦焊、闪光焊和冷压焊工艺，虽然可以获得性能良好 的A1/Cu板对接接头，但这些工艺均存在生产成本高、效率低的不足，其中闪光焊还存在噪 音巨大的问题。而且，接头形状与尺寸也由于受焊接工艺自身特点受到较大限制，对于大尺 寸工件无能为力，因而不能完全满足实际生产中的应用需求，限制了 Al/Cu连接件的广泛 应用。 搅拌摩擦焊是英国焊接研究所于1991年发明的一种依靠机械力和摩擦热作用实 现焊接的新型固相连接技术，为异种金属的焊接提供了可能。然而现有的A1/Cu异种金属 的搅拌摩擦焊研究表明，由于Al和Cu硬度和流变性能存在较大差异，采用常规搅拌摩擦 焊工艺焊接的A1/Cu接头常存在隧道型缺陷(Materials Research Innovations, Vol. 2， No. 3 (1998)卯.150-163)，无法得到高质量的Al/Cu接头。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善铝铜异质金属连接强度的搅拌摩擦焊接方法，适 用于大尺寸铝铜异质金属板材的连接。 本发明提供了一种改善铝铜异质金属连接强度的搅拌摩擦焊接方法，可以改善材 料的流动性，提高铝铜结合强度。 本发明提供的改善铝铜异质金属连接强度的搅拌摩擦焊接方法，所述的偏置是指 焊接工具的轴线相对于铝铜板接缝向两侧偏移一定距离。 本发明提供的改善铝铜异质金属连接强度的搅拌摩擦焊接方法，所述的焊接工具 偏置量在焊接工具搅拌针直径的0. 1 0. 5倍以内。 本发明提供的改善铝铜异质金属连接强度的搅拌摩擦焊接方法，所述的焊接工具 偏置方向是在铝板或铜板一侧。 本发明提出了一个新的搅拌摩擦焊接方法，在焊接工具相对于Al/Cu板接缝偏置的条件下进行搅拌摩擦焊接，这样在焊接过程中主要发生流变的金属是Al或Cu，克服了由
于A1和Cu流变性能差异大而导致的塑性变形不均匀性，极大减少了焊接缺陷。 本发明工艺可以明显改善Al/Cu异质金属的可焊性，减少焊接缺陷，提高Al/Cu异
质金属接头的强度。因此，这种新的焊接工艺方案在连接A1/Cu异质金属方面有着广阔的
工业推广前景。
具体实施方式
实施例1 使用直径8mm的搅拌针对Al和Cu板进行搅拌摩擦焊接，焊接工具向Al侧偏置， 偏置量3. 5mm，工具转速800r/min、焊接速度100mm/min。宏观及微观检查表明，焊缝表面比 较平滑、内部致密无缺陷。拉伸实验表明，接头断裂发生在Al侧，Al/Cu结合处拉伸时不发 生开裂。弯曲超过12(T ，接头不发生开裂。
比较例1 使用直径8mm的搅拌针对A1和Cu板进行搅拌摩擦焊接，焊接工具不进行偏置，工 具转速800r/min、焊接速度100mm/min。微观结构检查表明，焊缝表面出现明显沟槽，A1和 Cu没有产生连接。
实施例2 使用直径5mm的搅拌针对Al和Cu板进行搅拌摩擦焊接，焊接工具向Cu侧偏置， 偏置量2. 5mm，工具转速1000r/min、焊接速度100mm/min。微观结构检查表明，焊缝表面比 较平滑、内部致密无缺陷。拉伸实验表明，断裂发生在Al侧，Al/Cu结合处拉伸时不发生开 裂。 比较例2 使用直径5mm的搅拌针对A1和Cu板进行搅拌摩擦焊接，焊接工具不进行偏置，工 具转速1000r/min、焊接速度100mm/min。微观结构检查表明，焊缝表面出现明显沟槽，A1和 Cu没有产生连接。
实施例3 使用直径8mm的搅拌针对Al和Cu板进行搅拌摩擦焊接，焊接工具向Al侧偏置， 偏置量lmm，工具转速1000r/min、焊接速度100mm/min。微观结构检查表明，焊缝表面比较 平滑、内部致密无缺陷。拉伸实验表明，断裂发生在A1侧，A1/Cu结合处拉伸时不发生开裂。
比较例3 使用直径8mm的搅拌针对A1和Cu板进行搅拌摩擦焊接，焊接工具不进行偏置，工 具转速1000r/min、焊接速度100mm/min。微观结构检查表明，焊缝内部出现隧道型缺陷，拉 伸实验表明，Al和Cu没有连接强度。
实施例4 使用直径5mm的搅拌针对Al和Cu板进行搅拌摩擦焊接，焊接工具向Cu侧偏置， 偏置量O. 5mm，工具转速600r/min、焊接速度100mm/min。微观结构检查表明，焊缝表面比 较平滑、内部致密无缺陷。拉伸实验表明，断裂发生在A1侧，A1/Cu结合处拉伸时不发生开裂。 比较例4
4
使用直径5mm的搅拌针对Al和Cu板进行搅拌摩擦焊接，焊接工具不进行偏置，工具转速600r/min、焊接速度100mm/min。微观结构检查表明，焊缝内部有微孔隙，A1和Cu的连接处开裂且强度低。
实施例5 使用直径3mm的搅拌针对Al和Cu板进行搅拌摩擦焊接，焊接工具向Al侧偏置，偏置量O. 3mm，工具转速1000r/min、焊接速度100mm/min。焊缝表面质量好。微观结构检查表明，内部致密无缺陷。拉伸实验表明，断裂发生在Al侧，A1/Cu结合处拉伸时不发生开裂。可弯曲约16(T结合处不开裂
比较例5 使用直径3mm的搅拌针对A1和Cu板进行搅拌摩擦焊接，焊接工具不进行偏置，工具转速1200r/min、焊接速度100mm/min。微观结构表明，焊缝内部有隧道型缺陷，拉伸实验表明，A1和Cu结合强度极低。
实施例6 使用直径3mm的搅拌针对Al和Cu板进行搅拌摩擦焊接，焊接工具向Cu侧偏置，偏置量1. 5mm，工具转速1200r/min、焊接速度100mm/min。焊缝表面质量好。微观结构检查表明，内部致密无缺陷。拉伸实验表明，断裂发生在Al侧，A1/Cu结合处拉伸时不发生开裂。可弯曲约16(T结合处不开裂。
比较例6 使用直径3mm的搅拌针对Al和Cu板进行搅拌摩擦焊接，焊接工具不进行偏置，工具转速1000r/min、焊接速度100mm/min。焊缝表面出现沟槽。Al和Cu没有实现连接。
权利要求
一种改善铝铜异质金属连接强度的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于在焊接工具偏置条件下对铝铜异质合金板进行搅拌摩擦焊接。
2. 如权利要求1所述的一种改善铝铜异质金属连接强度的搅拌摩擦焊接方法，其特征 在于所述的焊接工具偏置距离为搅拌针轴线与铝铜接缝距离，其值为焊接工具搅拌针直径的0. 1 0. 5倍。
3. 如权利要求1所述的一种改善铝铜异质金属连接强度的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于所述的焊接工具偏置方向是在铝板或铜板一侧。
全文摘要
本发明提供了一种改善铝铜异质金属连接强度的搅拌摩擦焊接方法，在焊接工具偏置条件下对铝铜异质金属板进行搅拌摩擦焊接，可以改善材料的流动性，提高铝铜连接强度。
文档编号B23K20/12GK101758329SQ200810230080
公开日2010年6月30日 申请日期2008年12月24日 优先权日2008年12月24日
发明者倪丁瑞, 王东, 肖伯律, 薛鹏, 马宗义 申请人:中国科学院金属研究所