基于绿色理论与方法的Cu-Al接头设计研究

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近几年,铜的市场价格飞涨,其在化工、电器和制冷工业中的应用受到了严重的阻碍,而能解决这一问题的一个方法是进行铜铝复合,铜铝复合发挥了这两种金属材料的特点,使铜的优良导电性和铝的重量轻的特点结合在一起,并且价格是纯铜管的三分之一,它作为纯铜制冷管路的替代品已运用于机电产品的制冷系统领域,随着铜铝复合散热器生产量的增加,铜铝接头在报废后再循环中造成大量的资源浪费。生产中所产生的废异种焊接接头的回收利用显得日益重要。但对于Al-Si钎料焊接的铜铝钎焊对接接头可通过机械+热分离剥离或电解分离的方法将铜、铝分离。但对于Al-Si钎料焊接的铜铝搭接接头无法通过机械+热分离剥离或电解分离方法进行分离。由于废异种焊接接头中的两种金属材料无法分离,导致废异种焊接接头的回收价值大大下降,相应地增加了成品的生产成本。因此,为了解决这一问题,可考虑在铜铝接头生产中引进绿色焊接理论与技术,进行基于绿色设计理论与方法的Cu-Al接头设计研究。绿色焊接设计的内涵比较重要的一点是产品要设计成在其使用终结后,可降解为无害产物,或者可以循环再利用,从源头而不是从生产过程的末端解决废物的综合预防策略。绿色焊接设计是机电产品再制造中非常重要的一部分。   本文主要对不同搭接长度(3mm,5mm,7mm,10mm)的Cu-Al钎焊接头进行了研究,从铜铝钎焊接头工艺设计源头来提高Cu-Al钎焊接头的回收率与再制造性,并且对Cu-Al钎焊接头生命周期的能量损耗进行了评价,从而为Cu-Al接头焊接设计提供了合理和可行的能量分析手段和应用方法。   金相分析实验表明,搭接长度为5mm的钎焊接头焊接质量好并且成品率高。Cu-Al钎焊接头力学性能实验表明:Cu-Al钎焊接头剪切强度随着搭接长度的增加而逐渐增大,当搭接长度达到7mm时剪切强度达到最高,当增加到10mm时稍微有所减低,随后钎焊接头剪切强度逐渐降低,7mm时达到最大值为75.64MPa。Cu-Al钎焊接头耐压性测试表明:在标准测试条件下,5mm,7mm,10mm搭接长度的Cu-Al接头都无泄露现象,甚至经过冷热交变实验后再次检测接头的气密性测试也无泄露现象,只有搭接长度为3mm的接头在测试时有部分接头泄露。回收实验表明:随着搭接长度的增加,回收时间逐渐变长,回收成本也在增加。   结果表明对于采用ER4047型Al-Si钎料的Cu-Al钎焊接头当搭接长度为5mm时最符合绿色设计理论。Cu-Al钎焊接头生命周期的能量分析表明:在Cu-Al焊接过程中,采用高效的焊接方法和合理的搭接长度是提高材料再利用率的关键。
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