薄壁銅鋁管連接界面顯微組織及力學(xué)性能研究.pdf

1、中國海洋大學(xué)與青島海青機(jī)械廠共同研發(fā)的薄壁銅鋁管插接式電阻壓力焊焊接工藝，采用多種創(chuàng)新技術(shù)，有效地解決了薄壁銅鋁管焊接過程中出現(xiàn)的接頭脆性、密封性差等問題，獲得了較為廣泛的應(yīng)用。本文依托此技術(shù)，研究了薄壁銅鋁管插接式電阻壓力焊焊接接頭界面組織的顯微結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性能。用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡對焊接界面組織進(jìn)行了觀察和分析，著重從微觀上研究銅鋁焊接接頭的各種顯微組織的形貌、成分特點(diǎn)，并結(jié)合銅鋁二元相圖、金屬結(jié)晶學(xué)理論以及焊接工藝學(xué)方面的

2、知識分析焊接接頭界面各種顯微組織生成的原理。利用萬能拉力試驗(yàn)設(shè)備，測試不同直徑和壁厚的銅鋁焊接管的剝離強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，分析界面微觀結(jié)構(gòu)對宏觀力學(xué)性能的影響，探索薄壁銅鋁管焊接的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。研究結(jié)果如下：
　　 1、薄壁銅鋁管的連接界面處，銅與鋁進(jìn)行了原子的互擴(kuò)散，且銅原子向鋁側(cè)擴(kuò)散比鋁原子向銅側(cè)擴(kuò)散明顯。焊接界面層寬度約為1～10μm，由層片狀共晶、柱狀晶和胞狀晶等組織生成，較寬的焊接界面處有氣孔、擴(kuò)散孔洞等缺陷存在。界面處鋁銅原

3、子平均比例為3比2，推測生成了(α+θ)兩相交替生長的片狀共晶組織以及CuAl2、CuAl金屬間化合物。
　　 2、界面處形成的層狀組織、柱狀組織和胞狀組織與溫度梯度、成分過冷、焊接工藝參數(shù)以及焊縫的不平衡結(jié)晶有關(guān)。在正溫度梯度下，界面成平面狀生長，容易產(chǎn)生層狀組織。正溫度梯度下存在較小的成分過冷時，界面平面易被打破生成胞狀組織。在負(fù)的溫度梯度下，界面突起嚴(yán)重易生成樹枝狀組織（柱狀組織）。隨著電流提高或焊接時間的延長，焊縫的寬度

4、增加，形成的相的數(shù)量越多，連接界面層數(shù)越多，焊接性越差。推測金屬間化合物CuAl是由包晶反應(yīng)及相變生成的，CuAl2是由包晶反應(yīng)生成的，而共晶組織(α+θ)是由共晶反應(yīng)生成的。
　　 3、提出電阻壓力焊薄壁銅鋁管界面的連接機(jī)理：在壓力的作用下，銅和鋁界面硬化層被撕裂，于是較軟的鋁被擠入較硬的銅的裂縫中去，形成銅鋁的相互接觸；在電阻熱的條件下，表面原子被激活，形成激活中心而使新鮮質(zhì)點(diǎn)間產(chǎn)生原子鍵或金屬鍵結(jié)合；隨后通過擴(kuò)散或結(jié)晶生成

5、各種顯微組織，使點(diǎn)結(jié)合轉(zhuǎn)變?yōu)槊娼Y(jié)合，并形成具有一定擴(kuò)散深度的界面層。即由銅鋁表面的物理接觸階段、接觸表面的激活階段和擴(kuò)散階段組成。
　　 4、對大量試樣進(jìn)行了力學(xué)性能測試，由剝離試驗(yàn)得出：相同直徑的試樣的剝離強(qiáng)度范圍基本上符合正態(tài)分布；隨著壁厚的增加，剝離強(qiáng)度總體上有增大的趨勢；結(jié)合壁厚統(tǒng)計分析大量數(shù)據(jù)得出剝離強(qiáng)度的合格標(biāo)準(zhǔn)為：σ=38.347(?)-12.561;剝離強(qiáng)度與剩余未剝離寬度和鋁管直徑成正比；從試樣斷裂后宏觀形貌上