銅的攪拌摩擦焊接

　　采用自主研制的攪拌摩擦焊設(shè)備成功實現(xiàn)了3mm的紫銅板對接(如圖1所示)。

　　攪拌摩擦焊為固相連接方法，采用該方法實現(xiàn)銅連接避免了熔焊方法的諸多缺陷和不足。焊縫外觀均勻光滑，無缺陷，相對于熔焊焊接變形極小(如圖2所示)。焊接操作簡單，焊前只需丙酮等有機溶劑去除結(jié)合面油脂，無需開坡口去除氧化膜;焊后無需去除余高，提高了生產(chǎn)效率。焊接過程能耗小，無需填充材料，焊接成本低。

圖1 焊接過程

圖2 攪拌摩擦焊焊接紫銅板全貌

　　采用攪拌摩擦焊技術(shù)焊接紫銅接頭的變形程度、殘余應(yīng)力和接頭強度均優(yōu)于熔焊方法。

　　此外，還成功實現(xiàn)了黃銅板的攪拌摩擦焊對接，如圖3所示。

圖3 攪拌摩擦焊焊接黃銅板全貌

　　眾所周知，銅是與人類關(guān)系非常密切的有色金屬，廣泛地應(yīng)用于電氣、輕工、機械制造、建筑工業(yè)、國防工業(yè)等 領(lǐng)域，在我國有色金屬材料的消費量排名中僅次于鋁。如化學(xué)工業(yè)中用于制造真空器、蒸餾鍋、釀造鍋等，在國防工業(yè)中用以制造炮彈、槍炮零件等。由于銅具有良好的耐蝕性，在石化工業(yè)中大量用于制造接觸腐蝕性介質(zhì)的各種容器、管道系統(tǒng)、過濾器、泵和閥門等器件。

　　此外，還利用它的導(dǎo)熱性，制造各種蒸發(fā)器、熱交換器 和冷凝器。亞里安那5號火箭的燃燒室內(nèi)襯用的也是銅銀合金，在這個襯筒內(nèi)加工出360個冷卻通道，火箭發(fā)射時通入液態(tài)氫進(jìn)行冷卻。在電機制造中同樣存在大 量的紫銅-紫銅的接頭，如端環(huán)與導(dǎo)條的接頭、阻尼環(huán)與阻尼桿的接頭。

　　銅的廣泛應(yīng)用必然涉及到銅的焊接問題，銅及其合金在古代以釬焊和鍛焊較多，現(xiàn)在則是熔焊占據(jù)主要地位。但是，銅的焊接存在許多問題。

　　由于銅的熔點高，且導(dǎo)熱性能優(yōu)異，熔焊時母材金屬很難熔化，填充金屬與母材也難以很好的融合，易產(chǎn)生未焊透現(xiàn)象;且焊后晶粒嚴(yán)重長大，使接頭的強 度和塑性大大降低;雜質(zhì)元素的摻入也使接頭的導(dǎo)電性下降;由于銅的線膨脹系數(shù)和收縮率比較大，焊后變形嚴(yán)重、外觀成型很差，殘余應(yīng)力較大。

　　此外，雜質(zhì)的存 在很容易在焊縫中生成低熔共晶，接頭的熱裂傾向也較大;由于銅的導(dǎo)熱性能優(yōu)異，焊縫的冷卻速度較快，所以氣孔也是銅的熔化焊接中存在的主要困難之一�？� 之，采用熔化焊接不僅能耗大，且工藝要求非常苛刻，不易得到綜合性能優(yōu)異的焊縫。

　　采用電阻點焊和縫焊加工時，也同樣會因為銅的熔點較高，且導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)異，會遇到一些類似困難。此外，目前應(yīng)用廣泛的電機紫銅接頭的連接均采 用傳統(tǒng)的銀基釬料釬焊工藝，為此每年要消耗大量的白銀，一個大、中型電機制造企業(yè)每年用于采購釬料的費用在數(shù)十萬元至數(shù)百萬元之間。同時，采用釬焊工藝， 不僅釬焊接頭的制備要求高，還難以保證最佳釬焊間隙，而且時常因釬縫缺陷導(dǎo)致接頭脫焊，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

　　為解決上述問題，多年來業(yè)內(nèi)人士一直在探索銅及銅合金連接的新技術(shù)。攪拌摩擦焊作為一種新型固相連接技術(shù)，具有高效、節(jié)能、無污染、接頭性能優(yōu)良 等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于航天、航空、船舶、車輛、電器等行業(yè)。采用攪拌摩擦焊接方法焊接銅及其合金，不需要釬料，也不需要其他的焊接材料就能得到性能優(yōu)良的接頭。

　　采用攪拌摩擦焊實現(xiàn)銅連接應(yīng)用前景廣闊，在國外，對銅接頭質(zhì)量要求苛刻的領(lǐng)域，均采已用攪拌摩擦焊方法。對焊接隨著銅及其合金攪拌摩擦焊設(shè)備和工藝的進(jìn)一步完善，攪拌摩擦焊技術(shù)將成為銅及其合金連接的首選方案在該領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，有望產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。