一種銅鋁面‑面滲溶式連接管的製作方法
2023-06-22 05:52:51 3
本實用新型涉及銅鋁連接技術，尤其是一種銅鋁面-面滲溶式連接管。
背景技術：
銅鋁焊接即是把銅質材料和鋁質材料通過焊接工藝接成一體。因為銅和鋁都屬易氧化金屬，所以銅與鋁的焊接一直是一個國際性的焊接難題。現有的焊接方法有傳統上常用掛錫和熔錫的方法焊接銅鋁，這種方法成型並不理想，沒有較高的強度，由於錫的熔點低又不能焊接在高溫工作下的工件，所以此種工藝只適合低溫條件下的小工件上使用。有採用熔化焊、摩擦焊、冷壓焊、爆炸焊、電子束焊、超聲波焊等焊接方法焊接銅鋁，這些焊接出來的接頭脆性大,易產生裂紋且焊縫易產生氣孔，焊接起來的工件難免出現斷裂，出現斷裂後就可能使導電體斷路、使管道洩露，也達不到實際生產中要求的效果。也有採用較好的釺焊，通常用火焰釺焊、爐中釺焊和高頻釺焊等，把銅和鋁焊接在一起，通過釺焊工藝把釺料作為中間介質把銅和鋁焊接在一起，這些焊接由於三種以上金屬融接，產生的化合物脆性大，熱膨脹係數不一致導致容易使接合面開裂，金屬電化學反應在管路使用過程中增速，降低了管路的使用壽命。
也有如專利公告號為CN100445625C公開的方案來製作薄壁銅鋁管焊接接頭的，即一種無共晶組織的薄壁銅鋁管焊接接頭的製備方法及用該方法生產的焊接接頭，該接頭的特徵是鋁管刻有凸形字，該接頭的焊接方法特徵是在銅管焊接部位的收口端內部預設一個金屬芯棒，在固定電極組的相應位置上安裝有鑲嵌塊，焊接時頂推氣缸將帶有銅管的移動電極組推向鋁管，同時通電對銅鋁結合區進行電阻加熱，銅管在頂推氣缸的作用下不斷向鋁管內部移動，移動過程中，銅管的焊接壓力和焊接電流每隔1-2mm調整一次參數，以控制銅鋁焊接的溫度，斷電冷卻後，將金屬芯棒抽出。這種產品的結果是在銅材與鋁材結合面的微觀組織結構，以化學鍵為主要結合結構組成部分，實際使用時，化合物為主體的結合面在機械性能指標上並達不到理想狀態，在連接面會發生脆化和分層，焊接連接件在使用過程中容易受外力影響而剝落。
技術實現要素：
本實用新型的目的是為了解決現有技術的以下問題：對銅鋁管路銅鋁結合面無法生成連續的牢固結合面，或因加工原理局限，為形成液相態熔融非晶態組織，對基材進行高溫處理，導致基材晶粒變得粗大，嚴重影響基材及結合面的物理特性、機械性能以及電學化學指標等，從而提供一種銅鋁面-面滲溶式連接管。
本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：一種銅鋁面-面滲溶式連接管，包括鋁管、銅管，其特徵是所述的銅管、鋁管連接表面中牢固焊接面的主體連接成分為固相態焊接形成的銅鋁固溶物；在銅管、鋁管連接表面中牢固焊接面的銅鋁固溶物中，鋁側含銅原子數小於13%；在銅管、鋁管連接表面中牢固焊接面的鋁管部分的原子緻密度高於原鋁基材。本技術方案是銅鋁連接件結合面以微觀組織結構為物理製備過程連接生成的固溶物組織為面-面滲溶層，通過固相態鋁材與固相態銅材原子或分子偏離平衡位置作長距離遷移，從而形成物理聯接性質的固相態連接面；對銅鋁基材的原物理形態除了因高壓導致更加緻密之外，不形成粗大的晶體組織及共晶體或化合物。在銅鋁連接表面中的牢固焊接面無融化焊接形態，也無融溶態銅鋁化合物存在，且在牢固焊接面的銅管非焊接面無氧化物存在。本產品可通過磨擦和高壓提供動能，從而完成兩管連接，其過程為物理變化，而固溶物形成和穩定的溫度是由躍遷溫度經空氣常溫冷卻到室溫即可。
作為優選，所述的在鋁管、銅管連接表面中，其牢固焊接面的鋁管部分的晶體優於原鋁基材。
作為優選，所述的鋁管和銅管中，其中一種管子連接端具有錐形內孔，另一管子連接端設有與錐形內孔配合的外表錐形體。有利於兩管之間在高壓溶接狀態下的導向配合連接，保證同軸度。
作為優選，所述的在鋁管、銅管連接表面中，牢固焊接面沿管路方向的焊接長度≥3mm，是採用衝針沿管子軸向定位擠壓獲得的連接體，所述的衝針具有與鋁管或銅管內徑配合的工作衝頭。
作為優選，所述的鋁管、銅管連接表面的牢固焊接面是指經機械性破壞手段進行撕裂破壞後，鋁材固溶物仍完整保留在銅管連接部位的面積部分。
作為優選，所述的經機械式手段進行撕裂破壞後，鋁材固溶物仍完整保留在銅管連接部位的面積部分≥整個連接錐面的60%。
本實用新型的有益效果是：本產品由於不會改變基材的物理性質，無過多的晶粒粗大現象產生，在結合面中避免了晶態化合物、銅鋁混和物以及氧化物的存在，使原基材的機械特性基本保留且高於自身母材材質物理性能的特點，其緻密度高於母材，機械強度也比母材更高，長期洩漏率穩定且趨近於零，耐電化學反應能力強於現有銅鋁連接管路，管內通過流量及焊接面管阻、噪音基本與母材銅管相當。
附圖說明
圖1是本實用新型的一種管-管連接結構示意圖。
圖2是本實用新型的一種溶接過程結構示意圖。
圖3是本實用新型圖1的M局部放大結構示意圖。
圖4是本實用新型的一種微觀牢固結合面金相分析圖。
圖5是本實用新型的一種非牢固結合面金相分析圖。
圖中：1. 鋁管，2. 銅管，3. 溢出質，4. 面-面滲溶層。
具體實施方式
下面通過實施例，並結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。
參見圖1、圖3，一種銅鋁面-面滲溶式連接管，由鋁管1和銅管2組成，鋁管1與銅管2連接的一端具有錐形內孔，銅管2連接的一端設有與錐形內孔過盈配合的外表錐形體。在軸向高壓P、徑向高壓Q的共同作用下，如圖2所示，銅管2、鋁管1連接表面中形成一個牢固焊接面，即面-面滲溶層4，該牢固焊接面在試驗指標上要求是經機械性破壞手段進行撕裂破壞後，鋁材固溶物仍完整保留在銅管連接部位的面積部分≥整個連接錐面的60%。
牢固焊接面的主體連接成分是固相態焊接形成的銅鋁固溶物，在銅管2、鋁管1連接表面的銅鋁固溶物中，鋁側含銅原子數為12%，在銅管2、鋁管1連接表面中牢固焊接面的鋁管部分的原子緻密度優於原鋁基材，且其牢固焊接面的鋁管部分的晶體也優於原鋁基材。在銅管2、鋁管1連接製備過程中，根據材質和焊接長度可選擇多種高壓、定位方式。
實施例一：採用1060號鋁材，紫銅，在鋁管1、銅管2連接表面中，其牢固焊接面沿管路方向的焊接長度≥5mm時，以採用衝針沿管子軸向定位擠壓獲得連接體，其衝針具有與鋁管或銅管內徑配合的工作衝頭（下同）。
實施例二：採用1060號鋁材，紫銅，在鋁管1、銅管2連接表面中，牢固焊接面沿管路方向的焊接長度≤2mm，不使用衝針直接高壓對接。
實施例三：採用3003號鋁材，紫銅，在鋁管1、銅管2連接表面中，牢固焊接面沿管路方向的焊接長度≥3mm時，使用衝針定徑。
本實施例所獲得的產品，銅鋁結合面基本無共晶組織存在，也無銅鋁混和物存在，且基本無銅鋁化合物存在，銅鋁結合面的抗拉、抗撕裂強度均高於基材中的鋁材，滲溶接合面周圍可分離結合面部分相交位置無片層狀的溢出質存在。參見圖4、圖5，經實驗和檢測，銅鋁牢固結合面部位掃描電鏡圖：中間形成固相態連接面。
上述實施例是對本實用新型的說明，不是對本實用新型的限定，任何對本實用新型的簡單變換後的結構均屬於本實用新型的保護範圍。