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最近几年铜的市场交易价格居高不下,为了降低工业生产成本,电器元件的某些部位可以用铝来代替。但是铜/铝异种金属之间的焊接存在种种困难,为了实现铜/铝异种金属的大面积搭接,本课题选用自行改制的数控交流焊机来进行铜/铝电阻钎焊工艺。 本试验采用焊接尺寸为50mm×25mm×8mm的焊接试板,母材为紫铜T2和工业纯铝L5。对比使用市场上常见的两种钎料(Ag基和Zn基)焊接后的焊接接头发现,Ag基钎料的熔化温度过高,当钎料熔化时母材也有熔化的迹象,不能满足生产的需要;使用Zn基钎料焊接后的焊接接头成形良好、力学性能优异,所以本课题选用Zn基钎料来实现铜/铝电阻钎焊工艺。 结合正交优化试验分析,铜/铝异种金属电阻钎焊的最优工艺参数为焊接电流9KA、焊接时间55Cycle、焊接压力0.4MPa,在此焊接参数下接头抗剪强度可达到62MPa。利用专业测温仪器检测焊接过程中焊缝的温度变化,发现在最佳工艺参数下熔融钎料的温度维持在450℃~520℃,在这个温度区间钎料能够充分熔化而没有达到母材的熔化温度。对焊接接头截面显微硬度分析得知,焊缝处的显微硬度呈不对称分布;铝侧钎缝处硬度明显低于铜侧钎缝;在母材与钎料层相结合的界面处硬度曲线发生突变,此处为力学性能薄弱处。 通过电子探针、扫描电子显微镜等多种检测手段对焊缝微观形貌和元素扩散行为分析研究发现,焊接接头的不同位置元素扩散情况不同,出现了明显的元素偏析现象。铝侧钎缝处母材与钎料层的连接主要依靠母材中的铝元素与钎料中的铝元素互相扩散形成的扩散层;而铜侧钎缝的连接机理为母材中的Cu与钎料中的Al、Zn元素发生冶金反应生成金属化合物。进一步对接头进行XRD扫描分析发现,钎缝中金属间化合物的主要成分是AlCu4、CuZn、Cu5Zn8、CuAl2、CuO,这个结果与能谱分析得到的结果相互吻合。最后对接头的断口进行电子扫描分析,发现拉伸接头断裂是韧性断裂和解理断裂互相作用的结果。