1. Огляд
Причиною зварювання міді та алюмінію є зменшення витрат і зменшення ваги, оскільки щільність алюмінію становить приблизно 1/3 щільності міді, а ціна становить приблизно 1/5 щільності міді, тому замість міді використовується алюміній. у багатьох випадках, особливо в електроенергетиці, також з'явилося зварювання міді та алюмінію.
Однак поверхня міді та алюмінію дуже легко окислюється, особливо оксидна плівка алюмінію дуже міцна, стійка до високих температур (температура плавлення до 2050 градусів C) і має великий опір. Якщо машина підключена, контактний контакт нестабільний під час роботи живлення, і часто виникає дим. , явище вибуху, легко спричинити серйозні наслідки, такі як пожежа.
Загалом зварювання мідь-алюміній може бути зварюванням плавленням, зварюванням тиском і паянням.
2, труднощі зварювання міді з алюмінієм
1. Зварювання міді та алюмінію відноситься до зварювання різнорідних (кольорових) металів, яке значно складніше, ніж зварювання мідь-мідь та алюміній-алюміній.
2. Як мідь, так і алюміній легко окислюються, і в процесі зварювання утворюються оксиди з високою температурою плавлення, що ускладнює повне плавлення металу шва, що ускладнює зварювання.
3. Зварне з'єднання міді та алюмінію крихке і схильне до тріщин. Під час зварювання плавленням міді й алюмінію евтектика, така як CuAl2, легко утворюється у зварному шві поблизу мідної сторони, яка розподіляється поблизу межі зерен і схильна до міжзеренних тріщин. .
4. Температура плавлення міді та алюмінію дуже різна. Під час зварювання плавленням мідь залишається твердою, коли алюміній плавиться. Під час плавлення міді алюміній сильно розплавився, що ускладнює зварювання.
5. Зварювальний шов схильний до пористості. Завдяки хорошій теплопровідності міді та алюмінію метал у розплавленій ванні під час зварювання швидко кристалізується, а газ металургійної реакції при високій температурі не встигає вийти, тому утворюються пори.
3. Впровадження методу зварювання міді та алюмінію
1). Зварювання TIG
① Підготовка перед зварюванням: a Очистіть поверхню мідних та алюмінієвих швів. b. Скосіть паяні частини та визначте форму канавки відповідно до принципу збільшення площі зварного шва мідної сторони та вмісту міді у зварному шві, наскільки це можливо. Як правило, використовується U-подібна канавка, а алюмінієва сторона може не мати канавок. з зварювальними матеріалами є Ag65Cu20Zn15, Q203, ER4043. d Комплект зварювального апарату WES315 та киснево-ацетиленового обладнання.
②Зварювальна операція: a. Зберіть і закріпіть мідні та алюмінієві зварні елементи, щоб запобігти деформації та зсуву під час нагрівання та зварювання. b Спочатку нанесіть шар припою з високим вмістом срібла (приблизно 1 мм) на мідну сторону за допомогою киснево-ацетиленового полум’я.
c Використовуйте алюмінієво-кремнієвий зварювальний дріт для аргонодугового зварювання, поки він гарячий; під час процесу зварювання центр вольфрамової дуги відхиляється в бік зварного шва алюмінію (це відмінність від прямої вольфрамової аргонової дуги міді та алюмінію!);
Керівна ідеологія процесу зварювання: одна полягає в тому, щоб мінімізувати вміст міді в зварному шві, а інша полягає в тому, щоб спробувати паяти з боку міді та зварювати з боку алюмінію.
d Кут нахилу між зварювальним пальником і деталлю зазвичай становить 75~85º, 90º під час запуску дуги, а потім зберігайте нормальний кут нахилу (зі зміщенням до сторони алюмінію).
e Довжина вольфрамової дуги зазвичай становить близько 5 мм, і чим тонше зварювання, тим коротша довжина дуги.
f Покладіть наповнений алюмінієвий зварювальний дріт на край ванни з розплавом, щоб кут між зварювальним елементом і зварювальним швом становив менше 15º. Кінець дроту не повинен торкатися розплавленої ванни, але він завжди повинен бути в діапазоні захисту від аргону. Не піднімайте алюмінієвий зварювальний дріт дуже високо або під кутом нахилу. занадто великий.
g Присадковий алюмінієвий зварювальний дріт необхідно попередньо нагріти з боку дуги, а потім подати в центр дуги, щоб сплавитися з матрицею, щоб уникнути великих ділянок алюмінієвого зварювального дроту.
h Якщо вольфрамовий електрод прилип до зварювального виробу, не поспішайте піднімати зварювальний пальник, спочатку відпустіть перемикач, а потім обережно струсіть зварювальний пальник, щоб вольфрамовий електрод відокремився від зварного виробу, інакше вольфрам електрод легко зламається.
i Якщо на кінці аргонодугової зварювальної головки є такі дефекти, як кратери, тріщини та колапси, слід відповідно збільшити кількість заправки зварювального дроту на кінці аргонодугової зварювальної головки, а технологія аргонодугового зварювання повинна вдосконалюватися в мирний час.
③ Відшліфувати відповідно до технічних вимог після зварювання.
2). Зварювання під флюсом
① Як правило, мідна сторона скошена (зазвичай U-подібна), а алюмінієва сторона не скошена.
② Під час зварювання під флюсом дуга повинна бути спрямована на сторону алюмінію, а оптимальна відстань зміщення становить 5~7 мм.
③ Такі елементи, як Si, Zn, Ag, Sn, слід належним чином додати до зварного шва.
④Приклад параметрів зварювання: товщина мідної та алюмінієвої пластини становить 1 0 мм; коли алюмінієвий прямий діаметр зварювання становить ø2,5, а матеріал SAl2, зварювальний струм становить 400~420A, зварювальна напруга становить 38~39В, а швидкість зварювання становить 0,58 см/с.
3). Електронне швидке зварювання
Щоб уникнути зварювання прямим електронним променем, θ-фаза евтектичної структури CuAl2 утворюється в з’єднанні після зварювання та додається велика кількість η і фаз, щоб зробити метал шва твердим і крихким. Ag зазвичай використовується як проміжний шар сплаву. Утворюється взаємно розчинний твердий розчин, тому хороше з'єднання виходить за допомогою зварювання товщиною приблизно 1 мм Ag як проміжного шару.
4). Зварювання міді та алюмінію оплавленням
①Попередня підготовка до зварювання: a. Обробка зварних швів мідь-алюміній повинна бути точною і прямою за формою. b Очистіть поверхню від бруду та оксидів. в. Відпал мідних та алюмінієвих зварювальних деталей (мідні частини при 600~650 градусів, збереження тепла протягом 40~60 хвилин, охолодження у воді. Алюмінієві частини при 400~450 градусів, збереження тепла протягом 40~60 хвилин, охолодження повітрям) для зменшення твердості, підвищення пластичності, поліпшення якості зварних з'єднань.
②Стикове зварювання спалахом може видавити крихкі інтерметалічні сполуки зі з’єднання, викликаючи велику пластичну деформацію контактної поверхні та отримуючи краще з’єднання, що є одним із важливих методів зварювання мідь-алюміній.
③Приклад вибору параметрів машини для стикового зварювання (з використанням типу LQ{{0}}): поверхня стикового зварювання мідних та алюмінієвих зварювальних деталей 6×60мм²; подовжена довжина Cu29mm, Al17mm; тиск кріплення 0,44 МПа; тиск висадки 0,29 МПа; час стрільби 4,1с; живий час висадки 1/50 с; кут кулачка 270º.
5). Зварювання тертям
①Зварювання тертям при низькій температурі (поточний основний метод зварювання тертям):
a Необхідно контролювати температуру поверхні тертя нижче температури евтектичної точки міді та алюмінію 548 градусів, тобто завершити зварювання тертям мідь-алюміній у діапазоні температур 460–480 градусів. Цей температурний діапазон є найкращим, і можна досягти задовільного зварювання мідь-алюміній. роз'єм. Це відноситься до напівнагрітого зварювання тиском, і необхідний тиск висадки на одиницю площі менший, ніж при холодному зварюванні тиском, але більший, ніж при стиковому зварюванні.
b Приклад вибору технічних параметрів низькотемпературного зварювання тертям: діаметр шва міді та алюмінію ø10; швидкість 450об/хв; час тертя 6с; тиск висадки 392 МПа; час обслуговування 2с; 12,6 см/хв; попередній тиск перед зварюванням 490~588N; тиск тертя 166~196MPa.
②Високотемпературне зварювання тертям: Під час високотемпературного зварювання тертям лінійна швидкість обертання може досягати 0.58 м/с, а температура контактної поверхні може досягати температури плавлення алюмінію (660 градусів), що повністю перевищує температуру мідно-алюмінієвої евтектики (548 градусів). При цій температурі атоми міді та алюмінію вступають у реакцію дифузії один з одним, що може утворити якісне зварне з’єднання.
b Підготовка перед зварюванням: обробіть торцеву поверхню міді під кутом 90º; зварювання міді та алюмінію; очистити після відпалу.
в. Приклад вибору технічних параметрів високотемпературного зварювання тертям: діаметр шва мідь-алюміній ø10мм; швидкість обертання об/хв; лінійна швидкість зовнішнього кільця 0,71 м/с; опорний тиск тертя 147 МПа; кут мідного валу 60º.
6). Зварювання холодним тиском
Суть холодного зварювання тиском полягає у використанні заготовки, яку потрібно зварити при кімнатній температурі, для отримання пластичної деформації, екструзії оксидної плівки на контактній поверхні заготовки за межі зварного шва, так що атоми металу між межами розділу досягають відстані міжатомне тяжіння, що супроводжується міжатомною дифузією, створює міцний зв'язок між атомами. В основному підходить для зварювання міді та алюмінію малих і середніх секцій.
①Стикове зварювання міді та алюмінію:
Зварювання холодним пресом встик проводиться при кімнатній температурі без зовнішнього джерела нагріву, структура металу не піддається рекристалізації і розм'якшувальному відпалу, міцність з'єднання не нижче основного металу, площа поперечного перерізу стикове з'єднання знаходиться в діапазоні 1~1000 мм². Трансформатори, повітряні дроти та ін.
b. Приклад вибору технічних параметрів стикового зварювання мідь-алюміній холодним пресуванням: відпал перед зварюванням; прямий діаметр зварювання мідь-алюміній ø10 мм; довжина виступаючої зварної деталі: мідь 10 мм, алюміній 10 мм; осадна ковка 3 рази; тиск висадки 333 МПа.
②Зварювання внапуск міді та алюмінію:
a) Холодне пресове зварювання у формі пластини-пластини, дроту-дроту, дроту-пластини, фольги-дроту, фольги-пластини тощо мідних та алюмінієвих пластикових матеріалів, найкращою формою з’єднання є з’єднання внапуск. Холодне точкове зварювання можна виконувати подібно до контактного точкового зварювання.
Форма індентора паяного з’єднання кругла: d=(1~2)δ; прямокутник: a=(1~2)δ, b=5~6a.
При багатоточковому зварюванні розподіл має бути в шаховому порядку, а відстань між центрами точок зварювання має бути більше 2d.
b. Приклад вибору технічних параметрів для холодного зварювання тиском мідного та алюмінієвого баштового з'єднання: розмір зварного шва 40×4 мм²; довжина внапуск 70 мм; кількість паяних з'єднань 6; діаметр точки тиску Al ø7, Cu ø8; загальна довжина індентора Al 30 мм, Cu 55 мм; Центральна відстань точки становить 10 мм; тиск 235 МПа.
7). Зварювання накопичувачів енергії конденсаторів
①Зварювання ємнісним накопичувачем енергії є особливою формою зварювання опором, яке належить до твердофазного зварювання. Суть зварювання з накопиченням енергії полягає в тому, щоб накопичити енергію в певній формі заздалегідь, а потім вивільнити її через зварний матеріал за дуже короткий час, миттєво генеруючи велику кількість теплової енергії в місці з’єднання, і в той же час утворюючи зварний шар. з'єднання при швидкому видавлюванні. Електропровідність і теплопровідність міді та алюмінію дуже хороші, і під час зварювання повинні бути прийняті сильні характеристики високого струму та короткого часу. Зварювання конденсаторної енергії особливо підходить для зварювання мідних і алюмінієвих проводів малого поперечного перерізу. На сьогоднішній день це ідеальний метод для зварювання мідних та алюмінієвих проводів, але його технологічні параметри можна регулювати у вузькому діапазоні, тому перед зварюванням необхідно суворо дотримуватися параметрів процесу зварювання. Виготовляємо високоякісні зварні з'єднання мідь-алюміній.
②Приклад вибору параметрів процесу зварювання накопичувачем енергії для мідного та алюмінієвого тонкого дроту: діаметр дроту Alø1,81, Cuø1,56; ємність 8000 мкФ; зварювальна напруга 190~210В; подовжена довжина Al2.5mm, Cu2.0mm; тиск висадки 608 МПа; Сила затиску 2650Н; Коефіцієнт трансформації 60:1.
8). Вакуумне дифузійне зварювання
①Вакуумне дифузійне зварювання в основному використовується для виготовлення мідно-алюмінієвих з'єднань холодильного обладнання та енергетичного обладнання. Його параметри процесу контролюються дуже суворо, а його якість є більш стабільною, ніж зварювання плавленням, паяння твердим припоєм і стикове зварювання.
②Перед зварюванням поверхня мідно-алюмінієвого зварного шва повинна бути ретельно доповнена, відшліфована, повторно відполірована та очищена, щоб лінійка була гладкою та вільною від будь-яких домішок. Мідні та алюмінієві пластини складаються і поміщаються у вакуумну камеру. Факторами, які впливають на вакуумно-дифузійне зварювання міді та алюмінію, є: температура нагріву; тиск зварювання; час витримки; ступінь вакууму; якість поверхні зварювальних деталей тощо.
③Приклад вибору технічних параметрів вакуумно-дифузійного зварювання міді та алюмінію: при проведенні вакуумно-дифузійного зварювання міді та твердого алюмінієвого сплаву ZAl2 товщиною 0.2~0.5 мм нагрів температура 480 ~ 500 градусів; час витримки 10 хв; тиск 4,9 ~ 9,8 МПа; ступінь вакууму 1,33×10－²~1×10－³Pa.
9). Пайка
①Середньо- та низькотемпературна пайка
A Зварювання подряпинами: виберіть HL501 (Zn58Sn40Cu2), загальна комерційна специфікація — литий брусок 5 × 20 × 350 мм³, метод зварювання дуже простий, зварювання мідь-алюміній нагрівається приблизно до 300 градусів, без будь-якого флюсу, спробуйте поскоблити зварювання, якщо припій не плавиться, продовжуйте нагрівання, поки припій не заповнить шов після зіскрібання.
BM51+M51-F: температура пайки цього типу припою та флюсу дуже низька – 179 градусів. Припій не можна безпосередньо нагрівати під час зварювання. Зварювальний мідно-алюмінієвий з’єднання слід нагрівати, а тепло зварювального з’єднання використовується для розплавлення припою. Нагрівальні інструменти є. : паяльник електричний, фен, пістолет-розпилювач зрідженого газу, пальник гасовий, пальник бензиновий, пальник киснево-ацетиленовий тощо.
C пайка зануренням: пайка припоєм (Zn96~98%Pb2~4%), флюс — каніфоль (C20H30O2) і безводна есенція (співвідношення більше 1), метод зварювання: з’єднання мідь-алюміній, покрите спиртовим розчином каніфолі. Швидко занурити в паяльний матеріал при приблизно 440 градусах для пайки.
D WE CuAl-Q303: цей зварювальний матеріал є порошковим мідно-алюмінієвим зварювальним дротом. Температура пайки близько 400 градусів. Він має власний паяльний порошок і органічний некорозійний флюс. Порошок припою плавиться разом із металевою оболонкою, і він швидко руйнує метал міді та алюмінію. Поверхнева оксидна плівка та поверхневий натяг металу можуть запобігти повторному окисленню. Поверхня металу змочується порошком припою, щоб припій міг заповнити весь зварювальний шов через капілярну дію. Операція проста, і зазвичай не потрібно зачищати після зварювання. .
E Представлення інших зварювальних матеріалів: WE53+WE53-F — зварювальний дріт із суцільним сердечником із флюсом, температура пайки становить близько 400 градусів; XR-FC22, XR-FC0215, ER15, E9802, FR301 і т. д. - це порошкові зварювальні дроти, більш зручні у використанні.
②, високотемпературна вакуумна пайка
припій: AlSi12
b Підготовка перед зварюванням: запресуйте ниткоподібний припой у аркуш зворотної форми 0.5~1 мм товщиною; очистіть мідні, алюмінієві зварювальні деталі та припойні припою.
C Збірка: Використовуйте пластину з нержавіючої сталі для складання та затискання в порядку алюміній-припій-мідь і розміщуйте їх шарами.
D пайка печі: починайте вакуумування після входу в піч; коли ступінь вакууму досягне 10-²Па, запустіть нагрівальний пристрій; Швидкість нагрівання становить 10 ~ 20 градусів / хв, підтримувати 150 градусів протягом 5 хвилин, 350 градусів і 540 градусів протягом 5 хвилин кожна, потім безперервно нагрівати до 624 градусів, підтримувати температуру протягом 6 хвилин, а потім охолоджуватися; охолодіть до температури нижче 600 градусів, вимкніть нагрівальний пристрій, охолодіть до температури нижче 450 градусів, заповніть азотом, щоб прискорити швидкість охолодження, а потім відкрийте дверцята печі після охолодження нижче 100 градусів.
10). Інші способи зварювання
Крім перерахованих вище методів зварювання міді та алюмінію, також можна використовувати зварювання вибухом, ультразвукове зварювання та ін.
