薄壁銅鋁管連接界面顯微組織及力學性能研究.pdf

1、中國海洋大學與青島海青機械廠共同研發(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，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用。本文依托此技術，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構以及力學性能。用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡對焊接界面組織進行了觀察和分析，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，并結合銅鋁二元相圖、金屬結晶學理論以及焊接工藝學方面的

2、知識分析焊接接頭界面各種顯微組織生成的原理。利用萬能拉力試驗設備，測試不同直徑和壁厚的銅鋁焊接管的剝離強度和拉伸強度，分析界面微觀結構對宏觀力學性能的影響，探索薄壁銅鋁管焊接的相關標準。研究結果如下：
　　 1、薄壁銅鋁管的連接界面處，銅與鋁進行了原子的互擴散，且銅原子向鋁側擴散比鋁原子向銅側擴散明顯。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晶有關。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。在負的溫度梯度下，界面突起嚴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是由包晶反應及相變生成的，CuAl2是由包晶反應生成的，而共晶組織(α+θ)是由共晶反應生成的。
　　 3、提出電阻壓力焊薄壁銅鋁管界面的連接機理：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點間產(chǎn)生原子鍵或金屬鍵結合；隨后通過擴散或結晶生成

5、各種顯微組織，使點結合轉變?yōu)槊娼Y合，并形成具有一定擴散深度的界面層。即由銅鋁表面的物理接觸階段、接觸表面的激活階段和擴散階段組成。
　　 4、對大量試樣進行了力學性能測試，由剝離試驗得出：相同直徑的試樣的剝離強度范圍基本上符合正態(tài)分布；隨著壁厚的增加，剝離強度總體上有增大的趨勢；結合壁厚統(tǒng)計分析大量數(shù)據(jù)得出剝離強度的合格標準為：σ=38.347(?)-12.561;剝離強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