銅與鋁的焊接技術技巧

一，概述，

銅與鋁焊接（copper and aluminun welding）的原因是為了降低成本、減輕重量，因為鋁的密度是銅的1/3左右，價格是銅的1/5左右，所以好多場合以鋁代銅，特別是電力行業，也就出現了銅鋁焊接。

但銅鋁表面都極易氧化，特別是鋁的氧化膜十分牢固，耐高溫（熔點達2050℃），並且電阻很大，如果機城連接，在電力運行時接點接觸不穩定，常會發生冒煙，爆斷現象，易造成火災等嚴重後果。

總的來說，銅鋁焊接可採用熔焊、壓焊和釺焊。二，銅鋁焊接的難點

1，銅與鋁的焊接屬於異種金屬（有色）焊接，這要比銅－銅、鋁－鋁焊焊困難得多。

2，銅、鋁都易被氧化，在焊接過程中生成高熔點的氧化物，使焊縫金屬難以完全熔合，給施焊帶來困難。

3，銅與鋁的焊接接頭脆性大，易產生裂紋，在銅與鋁的熔焊時，近銅側的焊縫中很容易形CuAl2等共晶，分布於晶界附近，易產生晶間裂紋。

4，銅與鋁的熔點相差大，在熔焊中，鋁熔化時銅卻保持固體狀態，當銅熔化時，鋁已熔化很多了，增加焊接難度。

5，焊縫易產生氣孔，由於銅與鋁的導熱性都很好，焊接時熔池池金屬結晶快，高溫時的治金反應氣體來不及逸出，故而產生氣孔。

三，銅與鋁的焊接方法介紹

1，氬弧焊

①焊前準備：a將銅與鋁的焊件表面清理乾淨。b將銅焊件開坡口，按照增加銅側焊縫面積和焊縫中銅含量盡量少的原則確定坡口形式，一般采U形坡口，鋁側可不開坡口。c焊材有Ag65Cu20Zn15、Q203、ER4043。d焊機WES315、氧－乙炔設備一套。

②施焊操作：a將銅、鋁焊件組裝固定好，防止加熱、焊接過程中變形、移位。b先在銅側用氧－乙炔火焰釺焊一層高銀釺料（約1mm）。c趁熱用鋁硅焊絲進行氬弧焊；在焊接過程中，鎢極電弧中心偏向鋁焊件一側（這點與銅鋁直接鎢極氬弧不同！）；其焊接工藝操作指導思想：一是盡量減少銅在焊縫中的含量，二是盡量在銅側是釺焊而在鋁側是熔焊。d焊槍與工件間的傾角通常為75~85o，起弧時90o，隨後保持正常傾角（偏向鋁側）。e鎢極電弧長度般為5mm左右，焊件越薄電弧長度越短。f將填充的鋁焊絲放在溶池的邊沿，與焊件夾角小於15o，絲端不能與熔池接觸，但應始終處在氬氣保護範圍內，切忌將鋁焊絲抬得很高或傾角太大。g填充鋁焊絲應在電弧側進行必要預熱，然後送入電弧中心與基體熔合，避免鋁焊絲的大段熔填。h假如鎢極與焊件粘住，這時不要急於提起焊槍，應先放開控制開關，然後輕輕搖動焊槍，使鎢極脫離焊件，否則容易把鎢極折斷。i氬弧焊接頭收尾處出現弧坑、裂紋和塌陷等缺陷時，應在收尾時適當增加焊絲的填充量，在平時多練提高氬弧焊技術。

③焊後修磨到技術要求。

2，埋弧焊

①一般銅一側開坡口（通常U型），鋁一側不開坡口。

②埋弧焊時，電弧應指向鋁一側，最佳偏移距離為5~7mm。

③在焊縫中應適當加入Si、Zn、Ag、Sn等元素。

④焊接參數舉例：銅鋁板厚10mm；鋁焊直經?2.5，材質為SAl2時，焊接電流為400~420A，焊接電壓為38~39V，焊接速度為0.58cm/s。

3，電子速焊

為避免直接電子束焊，焊後接頭形成CuAl2共晶組織的θ相外加大量的η及β相，使得焊縫金屬硬而脆，通常採用Ag作中間合金層，由於Ag、Cu、Al均可形成互溶固溶體，所以用1mm左右厚的Ag作中間層進行焊接獲得良好的接頭。

4，銅與鋁的閃光對焊

①焊前準備：a對銅鋁焊件的加工要精確，形狀平直。b清理表面污物及氧化物。c對銅及鋁焊件進行退火處理（銅件600~650℃，保溫40~60min，水中冷卻。鋁件400~450℃，保溫40~60min，空冷）以降低硬度，增加塑性，提高焊接接頭質量。

②閃光對焊能將脆性的金屬間化合物擠出接頭，使接觸面發生較大的塑性變形，可獲得更好的接頭，這是銅鋁焊接的重要方法之一。

③閃光對焊機參數選用舉例（採用LQ－200型）：銅、鋁兩焊件的對焊面6×60mm2；伸出長度Cu29mm，Al17mm；夾具壓力0.44MPa；頂鍛壓力0.29MPa；燒化時間4.1s；帶電頂鍛時間1/50s；凸輪角度270o。

5，摩擦焊

①低溫摩擦焊（目前主流摩擦焊接方法）：a它是將摩擦面的溫度控制在銅鋁共晶點溫度548℃以下，即在460~480℃溫度範圍內完成銅鋁摩擦焊，該溫度範圍是最佳範圍，能獲得滿意的銅鋁焊接接頭。它是屬於半加熱的壓力焊，所需單位面積的頂鍛壓力比冷壓焊小，但比閃光對焊大，主要適用於中等截面（300~800mm2）銅鋁接頭的摩擦焊接。 b低溫摩擦焊技術參數選用舉例：銅、鋁焊件直徑?10；轉速450r/min；摩擦時間6s；頂鍛壓力392MPa；維持時間2s；銅出模量20mm；鋁出模量20mm；頂鍛速度12.6cm/min；焊前預壓力490~588N；摩擦壓力166~196MPa。②高溫摩擦焊：a高溫摩擦焊時，其旋轉線速度可達0.58m/s，接觸面的溫度可達到鋁的熔點（660℃），完全超出銅鋁共晶的溫度（548℃），在這種溫度下，銅鋁原子相互發生擴散反應，可以形成良好的焊接接頭。b焊前準備：將銅端面加工成90o錐角；對銅、鋁焊件進行火；退火後進行清理。c高溫摩擦焊技術參數選用舉例：銅鋁焊件直徑?10mm；轉速r/min；外圈線速度0.71m/s；撐擦壓力147MPa；銅件軸角60o。

6，冷壓焊

冷壓焊的本質是在室溫下利用工件待焊部位產生塑性變形，將工件接觸面上的氧化膜擠出焊縫外，使界面間金屬原子達到原子間引力的距離，伴隨著原子間擴散，產生原子間結合的牢固接頭。主要適用於中小截面的銅、鋁焊接。

①銅與鋁的對接冷壓焊：a對接冷壓焊是室溫下進行的，不用任何外加熱源，金屬組織不發生再結晶和軟化退火現象，接頭強度不低於母材，對接接頭截面積在1~1000mm2範圍內，適用於電機、變壓器，架空電線等方面。b銅鋁對接冷壓焊技術參數選用舉例：焊前退火；銅鋁焊件直經?10mm；每次焊件伸出長度：銅10mm，鋁10mm；頂鍛次校3次；頂鍛壓力333MPa。

②銅與鋁的搭接冷壓焊：a銅與鋁塑性材料的板－板、線－線、線－板、箔－線、箔－板等形式的冷壓焊，最好接頭形式是搭接。可用與電阻點焊相似的方式進行點冷焊。焊點壓頭形狀有圓形：d＝（1~2）δ；矩形：a＝（1~2）δ，b＝5~6a。多點焊時，應交錯分布，焊點中心距大於2d。b銅與鋁塔接冷壓焊技術參數選用舉例：焊件尺寸40×4mm2；搭接長度70mm；焊點數6個；壓點直徑Al ?7，Cu ?8；壓頭總長Al 30mm，Cu 55mm；壓點中心距10mm；壓力235MPa。

7，電容儲能焊

①電容儲能焊是電阻焊的一種特殊形式，屬於固相焊接。儲能焊的本質是預先把能量以某種形式儲存起來，然後在極短時間內通過焊件釋放出來，瞬時在接頭處產生大量約熱能，同時在快速擠壓下形成焊接接頭。銅與鋁的導電性、導熱性都非常好，焊接時必須採用大電流短時間的強規範。電容儲能焊特別適於焊接小截面的銅、鋁導線的焊接，是目前焊接銅、鋁導線較理想的方法，但它的工藝參數可調範圍較窄，因此必須嚴格遵照焊接工藝參才能焊出高質量的銅鋁焊接接頭。

②銅鋁細導線的電容儲能焊工藝參數選用舉例：導線直徑 Al?1.81，Cu?1.56；電容量8000uF；焊接電壓190~210V；伸出長度 Al2.5mm，Cu2.0mm；頂鍛壓力608MPa；夾緊力2650N；變壓器比值60：1。

8，真空擴散焊

①真空擴散焊主要用於製造冷凍設備及電力設備的銅鋁接頭，其工藝參數控制十分嚴格，它比熔焊、釺焊和閃光對焊的質量穩定。

②焊前銅鋁焊件表面必須嚴格進行精細加、磨平及再拋光和清洗，使其尺可能光潔無任何雜質。將銅板鋁板疊合好放入真空室，影響銅與鋁的真空擴散焊的因素有：加熱溫度；焊接壓力；保溫時間；真空度；焊件表面質量等。

③銅與鋁真空擴散焊技術參數選用舉例：對厚度0.2~0.5mm的銅與ZAl2硬鋁合金進行真空擴散焊時，加熱溫度480~500℃；保溫時間10min；壓力4.9~9.8MPa；真空度1.33×10－2~1×10－3Pa。

9，釺焊

①中低溫釺焊

a，刮擦焊：選HL501（Zn58Sn40Cu2），一般市售規格為鑄條5×20×350mm3，焊接方法非常簡單，銅鋁焊件加熱到300℃左右，不用任何釺劑，試著刮擦焊件，如果焊料不熔化，繼續加熱，直到刮擦後焊料擠滿焊縫為止。

b，M51＋M51－F：這種釺料加釺劑的焊接，釺焊溫度很低179℃，焊接時不能直接加熱釺料，應加熱銅鋁焊件，利用焊件的熱量熔化釺料，加熱工具可用：電烙鐵，熱風槍，液化氣噴槍，煤油噴燈，汽油噴燈，氧－乙炔焊槍等。

c，浸漬釺焊：釺料為（Zn96~98％Pb2~4％），釺劑為松香（C20H30O2）與無水灑精（比例大於1），焊接方法：將塗有松香酒精溶液的銅鋁接頭快速浸入440℃左右的釺料中進行釺焊。

d，WE CuAl－Q303：這種焊接材料是葯芯銅鋁焊絲，釺焊溫度約400℃，自帶釺粉有機無腐蝕性釺劑，釺粉隨金屬包層熔融，它會迅速破除銅鋁金屬表面氧化膜和金屬表面張力，並能防止重新氧化，經釺粉濕潤金屬表面，使釺料能通過毛細管作用填滿整個焊縫，操作簡單，焊後一般不清理也可，得到廣大焊工的喜愛。

e，其它焊材介紹：WE53＋WE53－F 是實芯焊絲加釺劑，釺焊溫度約400℃；XR－FC22、XR－FC0215、ER15、E9802、FR301等是葯芯焊絲，使用更方便。

②，高溫真空釺焊

a，釺料：AlSi12

b，焊前準備：將絲狀釺料壓成0.5~1mm厚的回形片狀；將銅、鋁焊件及釺料清理乾淨。

c，裝配：用不鏽鋼板按鋁－釺料－銅的次序組裝夾緊，分層疊放。

d，裝爐釺焊：入爐後開始抽真空；當真空度達到10－2Pa以後，啟動加熱裝置；升溫速度10~20℃/min，在150℃保溫5min，350℃和540℃各保溫5min，然後連續升溫到624℃，保溫6min後冷卻；冷卻到600℃以下，關閉加熱裝置，冷卻到450℃以下，填充氮氣加快冷卻速度，冷卻到100℃以下即可開爐門。

10，其它焊接方法

除了以上銅與鋁的焊接方法，還可以使用爆炸焊、超聲波焊等。

本文為「威爾鼎王」原創，特此聲明。