一種銅-鋁管異種金屬的連接方法
2023-10-25 07:55:52 2
專利名稱：一種銅-鋁管異種金屬的連接方法
技術領域：
本發明屬於焊接技術領域，涉及異種金屬的連接方法，特別指的是銅-鋁管異種金屬的連接方法。
背景技術：
由於不可再生資源的過度使用，銅及其銅合金的價格不斷上漲，大大增加了生產廠家的製造成本。為使不可再生資源得以合理配置、節省原材料成本，在許多工業領域都提出了以鋁代銅來降低製造成本的要求。但銅及其合金機械壓合時能提供良好的氣密性和電導性，而鋁及其合金則易氧化及變形，導致氣密性和電導性降低。因此，要滿足以鋁代銅的技術需求，必將涉及到銅-鋁異種金屬的連接問題。銅-鋁異種金屬的連接方法，現一般採用摩擦焊、電阻焊及釺焊等連接技術。摩擦焊、電阻焊等固相焊連接方法主要還是用於連接小管徑和有一定壁厚的銅-鋁管接頭，特別是電阻焊小管徑的銅-鋁管(專利號=CN 101274389B和CN200510042495. 5)，現已在製冷行業得以應用。但該方法存在如下的質量不穩定問題1)焊接時的工藝窗口較窄。由於採用銅-鋁界面的接觸電阻作為主要熱源，因此影響界面接觸電阻的因素都將影響加熱工件的熱量，從而影響焊縫質量。如所加壓力的大小；工件的加工尺寸精度；工件表面的加工狀態；焊接面的氧化程度等等。2~)焊縫不能形成明顯的潤溼圓角，易產生應力集中，降低焊縫的力學性能(特別是抗彎曲的性能)。3)採用機械摩擦的方法去除工件表面的氧化膜， 同時氧化膜還停留在焊縫的端部。在擠出不完全的情況下，還會造成焊縫夾渣。現階段人們也在研究銅-鋁管釺焊的可能性。如採用Al-Si系釺料和無腐釺劑，但由於釺焊時間較長，釺料/銅界面的金屬間化合物過度生長，接頭可靠性降低。也有採用Si-Al系合金作為釺料、釺劑為氟鋁酸銫無腐釺劑，可以得到外觀良好的釺縫。但接頭的長期可靠性還是一個未知數(主要涉及接頭的耐腐蝕性)，另外氟鋁酸銫釺劑價格昂貴，增加製造成本。
發明內容
本發明的目的是為了很好地解決電阻焊方法及釺焊方法帶來的缺點，特別是在大管徑的情況下，更顯示其技術優勢，從而提供一種銅-鋁管異種金屬的連接方法。本發明的目的通過以下技術方案實現一種銅-鋁管異種金屬的連接方法，包括如下步驟(1)先把銅管待連接處浸上液態釺劑，鋁管待連接處塗上膏狀無腐釺劑，然後將鋁管插入銅管內搭接成待焊接頭；(2)把搭接好的待焊接頭放入高頻電源的感應器內，採用高頻電源加熱工件，待氟鋁酸鉀釺劑熔化，即刻施加軸向壓力並保持壓力，待銅管端面形成潤溼圓角後，切斷電源， 即完成連接。焊後得到完全無氧化夾渣的高強度、高緻密的搭接接頭。由於選用的釺劑無腐蝕性或腐蝕性較低，採用簡單的水洗就可得到清潔的接頭。所述搭接接頭的間隙採用過渡配合，搭接長度可根據強度及氣密性要求選取，優
3選搭接長度為5 30mm。優選地，所述液體釺劑為硼酸三甲脂型液體釺劑，所述無腐釺劑為氟鋁酸鉀型無腐釺劑。優選地，所述施加的軸向壓力為5 lOMPa，保持壓力的時間為1 3s。優選地，所述高頻電源加熱的溫度為560 600°C。本發明的技術原理是利用了銅、鋁金屬的不同熱膨脹係數特徵及借鑑釺焊時釺劑的去除氧化膜的機理來完成的。首先把接頭設計成鋁管為內管，銅管為外管。由於鋁的膨脹係數大於銅的膨脹係數，同時接頭採用過渡配合裝配，在加熱過程中，可使接頭間隙幾乎為零。這就限制了界面金屬間化合物的生長，即使由於原子的擴散形成金屬間化合物也會被隨後的軸向壓力擠出連接界面。由於添加了釺劑，擠出的液態金屬將很好的潤溼接頭端面，形成良好的潤溼圓角，從而提高接頭的密封性能和抗彎曲性能，此為優點一。本發明的優點二 不僅可以連接小管徑(小於20mm)的銅-鋁管接頭，還可連接大管徑(大於20mm)的銅-鋁管接頭，並且搭接長度可以在大範圍內任意調節，以得到滿足不同可靠性要求的銅-鋁管接頭。本發明的優點三和釺焊相比，由於不使用釺料合金，沒有釺焊時液態釺料的毛細填縫過程，接頭也就不會出現釺焊填縫時的釺焊缺陷(夾渣、氣孔、未潤溼等)；由於不需要等候液態釺料填縫過程所耗費的時間，因此生產效率極高。和電阻焊方法相比，其加熱峰值溫度較低，加熱溫度可控性好，界面金屬間化合物的生長受到抑制，從而提高接頭的氣密性及抗疲勞性能。
圖1是本發明連接方法的示意圖。
具體實施例方式實施例1一種銅-鋁管異種金屬的連接方法，如圖1所示，1)採用外徑為Φ 10mm、壁厚為0. 8mm的銅管1、鋁管2各一段，在銅管的待連接面擴口，使擴口處3的內徑為ΦΙΟπιπι，取正公差，擴口深度為8mm(即搭接長度)。鋁管的外徑
取負公差。2)把銅管1的待連接面浸入硼酸三甲脂液體釺劑中，把鋁管2的待連接面(外表面)塗上氟鋁酸鉀膏狀釺劑。然後把鋁管2插入銅管1內。3)把裝配好的接頭放入感應器4內加熱。當氟鋁酸鉀釺劑熔化時(560°C，由溫控器控制)，施加軸向壓力(6MPa)並維持ls，而後卸壓、關斷高頻電源。讓接頭凝固後取出工件，完成連接。4)接頭性能檢測結果氣密性檢驗5MPa無洩漏；拉伸試驗斷鋁管；金相檢驗連接面缺陷率< 2%。實施例2一種銅-鋁管異種金屬的連接方法，如圖1所示，1)採用外徑為Φ30mm、壁厚為1. 2mm的銅管1、鋁管2各一段，在銅管的待連接面擴口，使擴口處3的內徑為Φ 30mm,取正公差，擴口深度為15mm(即搭接長度)。鋁管的外
逕取負公差。2)把銅管1的待連接面浸入硼酸三甲脂液體釺劑中，把鋁管2的待連接面(外表面)塗上氟鋁酸鉀膏狀釺劑。然後把鋁管2插入銅管1內。3)把裝配好的接頭放入感應器4內加熱。當氟鋁酸鉀釺劑熔化時(560°C，由溫控器控制)，施加軸向壓力(SMPa)並維持k，而後卸壓、關斷高頻電源。讓接頭凝固後取出工件，完成連接。4)接頭性能檢驗結果氣密性檢驗5MPa無洩漏；拉伸試驗斷鋁管；金相檢驗連接面缺陷率< 2%。實施例3一種銅-鋁管異種金屬的連接方法，如圖1所示，1)採用外徑為Φ60mm、壁厚為3. Omm的銅管1、鋁管2各一段，在銅管1的待連接面擴口，使擴口處3的內徑為Φ 60mm,取正公差，擴口深度為25mm (即搭接長度)。鋁管的
外逕取負公差。2)把銅管1的待連接面浸入硼酸三甲脂液體釺劑中，把鋁管2的待連接面(外表面)塗上氟鋁酸鉀膏狀釺劑。然後把鋁管2插入銅管1內。3)把裝配好的接頭放入感應器4內加熱。當氟鋁酸鉀釺劑熔化時(560°C，由溫控器控制)，施加軸向壓力(9MPa)並維持3s，而後卸壓、關斷高頻電源。讓接頭凝固後取出工件，完成連接。4)接頭性能檢驗結果氣密性檢驗5MPa無洩漏；拉伸試驗斷鋁管；金相檢驗連接面缺陷率< 2%。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其它的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種銅-鋁管異種金屬的連接方法，其特徵在於，包括如下步驟(1)先把銅管待連接處浸上液態釺劑，鋁管待連接處塗上膏狀無腐釺劑，然後將鋁管插入銅管內搭接成待焊接頭；(2)把搭接好的待焊接頭放入高頻電源的感應器內，採用高頻電源加熱工件，待氟鋁酸鉀釺劑熔化時，即刻施加軸向壓力並保持壓力，待銅管端面形成潤溼圓角後，切斷電源，即完成連接。
2.根據權利要求1所述的連接方法，其特徵在於，所述搭接接頭的間隙採用過渡配合， 搭接長度為5 30mm。
3.根據權利要求1所述的連接方法，其特徵在於，所述液體釺劑為硼酸三甲脂型液體釺劑，所述無腐釺劑為氟鋁酸鉀型無腐釺劑。
4.根據權利要求1或2或3所述的連接方法，其特徵在於，所述施加的軸向壓力為5 lOMPa，保持壓力的時間為1 3s。
5.根據權利要求4所述的連接方法，其特徵在於，所述高頻電源加熱的溫度為560 600 "C。
全文摘要
本發明公開了一種銅-鋁管異種金屬的連接方法，包括如下步驟(1)先把銅管待連接處浸上液態釺劑，鋁管待連接處塗上膏狀無腐釺劑，然後將鋁管插入銅管內搭接成待焊接頭；(2)把搭接好的待焊接頭放入高頻電源的感應器內，採用高頻電源加熱工件，待氟鋁酸鉀釺劑熔化時，即刻施加軸向壓力並保持壓力，待銅管端面形成潤溼圓角後，切斷電源，即完成連接。得到的搭接接頭完全無氧化夾渣，具有高強度和高緻密性，而且接頭的搭接長度可以在大範圍內任意調節。
文檔編號B23K13/01GK102151974SQ201110109539
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月28日 優先權日2011年4月28日
發明者衛國強 申請人:華南理工大學