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铜与铝的焊接技术技巧

铜与铝焊接（copper and aluminun welding）的原因是为了降低成本、减轻重量，因为铝的密度是铜的1/3左右，价格是铜的1/5左右，所以好多场合以铝代铜，特别是电力行业，也就出现了铜铝焊接。

但铜铝表面都极易氧化，特别是铝的氧化膜十分牢固，耐高温（熔点达2050℃），并且电阻很大，如果机城连接，在电力运行时接点接触不稳定，常会发生冒烟，爆断现象，易造成火灾等严重后果。

总的来说，铜铝焊接可采用熔焊、压焊和钎焊。

2.钳口质量低劣二，铜铝焊接的难点

1，铜与铝的焊接属于异种金属（有色）焊接，这要比铜——铜、铝——铝焊焊困难得多。

2，铜、铝都易被氧化，在焊接过程中生成高熔点的氧化物，使焊缝金属难以完全熔合，给施焊带来困难。

3，铜与铝的焊接接头脆性大，易产生裂纹，在铜与铝的熔焊时，近铜侧的焊缝中很容易形CuAl2等共晶，分布于晶界附近，易产生王浩伟科技团队入围省10大高层次科技人材团队晶间裂纹。

4，铜与铝的熔点相差大，在熔焊中，铝熔化时铜却保持固体状态，当铜熔化时，铝已熔化很多了，增加焊接难度。

5，焊缝易产生气孔，由于铜与铝的导热性都很好，焊接时熔池池金属结晶快，高温时的治金反应气体来不及逸出，故而产生气孔。

三，铜与铝的焊接方法介绍

1，氩弧焊

①焊前准备：a将铜与铝的焊件表面清理干净。b将铜焊件开坡口，按照增加铜侧焊缝面积和焊缝中铜含量尽量少的原则确定坡口形式，一般采U形坡口，铝侧可不开坡口。c焊材有Ag65Cu20Zn15、Q203、ER4043。d焊机WES315、氧——乙炔设备一套。

②施焊操作：a将铜、铝焊件组装固定好，防止加热、焊接过程中变形、移位。b先在铜侧用氧——乙炔火焰钎焊一层高银钎料（约1mm）。c趁热用铝硅焊丝进行氩弧焊；在焊接过程中，钨极电弧中心偏向铝焊件一侧（这点与铜铝直接钨极氩弧不同！）；其焊接工艺操作指导思想：一是尽量减少岳阳铜在焊缝中的含量，二是尽量在铜侧是钎焊而在铝侧是熔焊。d焊枪与工件间的倾角通常为75——85o，起弧时90o，随后保持正常倾角（偏向铝侧）。e钨极电弧长度般为5mm左右，焊件越薄电弧长度越短。f将填充的铝焊丝放在溶池的边沿，与焊件夹角小于15o，丝端不能与熔池接触，但应始终处在氩气保护范围内，切忌将铝焊丝抬得很高或倾角太大。g填充铝焊丝应在电弧侧进行必要预热，然后送入电弧中心与基体熔合，避免铝焊丝的大段熔填。h假如钨极与焊件粘住，这时不要急于提起焊枪，应先放开控制开关，然后轻轻摇动焊枪，使钨极脱离焊件，否则容易把钨极折断。i氩弧焊接头收尾处出现弧坑、裂纹和塌陷等缺陷时，应在收尾时适当增加焊丝的填充量，在平时多练提高氩弧焊技术。

③焊后修磨到技术要求。

2，埋弧焊

①一般铜一侧开坡口（通常U型），铝一侧不开坡口。

②埋弧焊时，电弧应指向铝一侧，最佳偏移距离为5——7mm。

③在焊缝中应适当加入Si、Zn、Ag、Sn等元素。

④焊接参数举例：铜铝板厚10mm；铝焊丝直径 2.5，材质为SAl2时，焊接电流为400——420A，焊接电压为38——39V，焊接速度为0.58cm/s。

3，电子束焊

为避免直接电子束焊，焊后接头形成CuAl2共晶组织的θ相外加大量的η及β相，使得焊缝金属硬而脆，通常采用Ag作中间合金层，由于Ag、Cu、Al均可形成互溶固溶体，所以用1mm左右厚的Ag作中间层进行焊接获得良好的接头。

4，铜与铝的闪光对焊

①焊前准备：a对铜铝焊件的加工要精确，形状平直。b清理表面污物及氧化物。c对铜及铝焊件进行退火处理（铜件600——650℃，保温40——60min，水中冷却。铝件400——450℃，保温40——60min，空冷）以降低硬度，增加塑性，提高焊接接头质量。

②闪光对焊能将脆性的金属间化合物挤出接头，使接触面发生较大的塑性变形，可获得更好的接头，这是铜铝焊接的重要方法之一。

③闪光对焊机参数选用举例（采用LQ——200型）：铜、铝两焊件的对焊面6×60mm2；伸出长度Cu29mm，Al17mm；夹具压力0.44MPa；顶锻压力0.29MPa；烧化时间4.1s；带电顶锻时间1/50s；凸轮角度270o。

5，摩擦焊

①低温摩擦焊（目前主流摩擦焊接方法）：a它是将摩擦面的电缆接头温度控制在铜铝共晶点温度548℃以下，即在460——480℃温度范围内完成铜铝摩擦焊，该温度范围是最佳范围，能获得满意的铜铝焊接接头。它是属于半加热的压力焊，所需单位面积的顶锻压力比冷压焊小，但比闪光对焊大，主要适用于中等截面（300——800mm2）铜铝接头的摩擦焊接。 b低温摩擦焊技术参数选用举例：铜、铝焊件直径 10；转速450r/min；摩擦时间6s；顶锻压力392MPa；维持时间2s；铜出模量20mm；铝出模量20mm；顶锻速度12.6cm/min；焊前预压力490——588N；摩擦压力166齿轮轴——196MPa。②高温摩擦焊：a高温摩擦焊时，其旋转线速度可达0.58m/s，接触面的温度可达到铝的熔点（660℃），完全超出铜铝共晶的温度（548℃），在这种温度下，铜铝原子相互发生扩散反应，可以形成良好的焊接接头。b焊前准备：将铜端面加工成90o锥角；对铜、铝焊件进行退火；退火后进行清理。c高温摩擦焊技术参数选用举例：铜铝焊件直径 10mm；转速r/min；外圈线速度0.71m/s；摩擦压力147MPa；铜件轴角60o。

6，冷压焊

冷压焊的本质是在室温下利用工件待焊部位产生塑性变形，将工件接触面上的氧化膜挤出焊缝外，使界面间金属原子达到原子间引力的距离，伴随着原子间扩散，产生原子间结合的牢固接头。主要适用于中小截面的铜、铝焊接。

①铜与铝的对接冷压焊：a对接冷压焊是室温下进行的，不用任何外加热源，金属组织不发生再结晶和软化退火现象，接头强度不低于母材，对接接头截面积在1——1000mm2范围内，适用于电机、变压器，架空电线等方面。b铜铝对接冷压焊技术参数选用举例：焊前退火；铜铝焊件直经 10mm；每次焊件伸出长度：铜10mm，铝10mm；顶锻次校3次；顶锻压力333MPa。

②铜与铝的搭接冷压焊：a铜与铝塑性材料的板——板、线——线、线——板、箔——线、箔——板等形式的冷压焊，最好接头集成IC形式是搭接。可用与电阻点焊相似的方式进行点冷焊。焊点压头形状有圆形：d＝（1——2）δ；矩形：a＝（1——2）δ，b＝5——6a。多点焊时，应交错分布，焊点中心距大于2d。b铜与铝塔接冷压焊技术参数选用举例：焊件尺寸40×4mm2；搭接长度70mm；焊点数6个；压点直径Al 7，Cu 8；压头总长Al 30mm，Cu 55mm；压点中心距10mm；压力235MPa。

7，电容储能焊

①电容储能焊是电阻焊的一种特殊形式，属于固相焊接。储能焊的本质是预先把能量以某种形式储存起来，然后在极短时间内通过焊件释放出来，瞬时在接头处产生大量约热能，同时在快速挤压下形成焊接接头。铜与铝的导电性、导热性都非常好，焊接时必须采用大电流短时间的强规范。电容储能焊特别适于焊接小截面的铜、铝导线的焊接，是目前焊接铜、铝导线较理想的方法，但它的工艺参数可调范围较窄，因此必须严格遵照焊接工艺参才能焊出高质量的铜铝焊接接头。

②铜铝细导线的电容储能焊工艺参数选用举例：导线直径 Al 1.81，Cu 1.56；电容量8000uF；焊接电压190——210V；伸出长度 Al2.5mm，Cu2.0mm；顶锻压力608MPa；夹紧力2650N；变压器比值60：1。

8，真空扩散焊

①真空扩散焊主要用于制造冷冻设备及电力设备的铜铝接头，其工艺参数控制十分严格，它比熔焊、钎焊和闪光对焊的质量稳定。

②焊前铜铝焊件表面必须严格进行精细加、磨平及再抛光和清洗，使其尺可能光洁无任何杂质。将铜板铝板叠合好放入真空室，影响铜与铝的真空扩散焊的因素有：加热温度；焊接压力；保温时间；真空度；焊件表面质量等。

③铜与铝真空扩散焊技术参数选用举例：对厚度0.2——0.5mm的铜与ZAl2硬铝合金进行真空扩散焊时，加热温度480——500℃；保温时间10min；压力4.9——9.8MPa；真空度1.33×10——2——1×10——3Pa。

9，钎焊

①中低温钎焊

a，刮擦焊：选HL501（Zn58Sn40Cu2），一般市售规格为铸条5×20×350mm3，焊接方法非常简单，铜铝焊件加热到300℃左右，不用任何钎剂，试着刮擦焊件，如果焊料不熔化，继续加热，直到刮擦后焊料挤满焊缝为止。

b，M51＋操作人员应学会发现问题并能排除现对该问题进行以下分析：M51——F：这种钎料加钎剂的焊接，钎焊温度很低179℃，焊接时不能直接加热钎料，应加热铜铝焊件，利用焊件的热量熔化钎料，加热工具可用：电烙铁，热风枪，液化气喷枪，煤油喷灯，汽油喷灯，氧——乙炔焊枪等。

c，浸渍钎焊：钎料为（Zn96——98％Pb2——4％），钎剂为松香（C20H30O2）与无水洒精（比例大于1），焊接方法：将涂有松香酒精溶液的铜铝接头快速浸入440℃左右的钎料中进行钎焊。

d，WE CuAl——Q303：这种焊接材料是药芯铜铝焊丝，钎焊温度约400℃，自带钎粉有机无腐蚀性钎剂，钎粉随金属包层熔融，它会迅速破除铜铝金属表面氧化膜和金属表面张力，并能防止重新氧化，经钎粉湿润金属表面，使钎料能通过毛细管作用填满整个焊缝，操作简单，焊后一般不清理也可，得到广大焊工的喜爱。

e，其它焊材介绍：WE53＋WE53——F 是实芯焊丝加钎剂，钎焊温度约400℃；XR——FC22、XR——FC0215、ER15、E9802、FR301等是药芯焊丝，使用更方便。

②，高温真空钎焊

a，钎料：AlSi12

b，焊前准备：将丝状钎料压成0.5——1mm厚的回形片状；将铜、铝焊件及钎料清理干净。

c，装配：用不锈钢板按铝——钎料——铜的次序组装夹紧，分层叠放。

d，装炉钎焊：入炉后开始抽真空；当真空度达到10——2Pa以后，启动加热装置；升温速度10——20℃/min，在150℃保温5min，350℃和540℃各保温5min，然后连续升温到624℃，保温6min后冷却；冷却到600℃以下，关闭加热装置，冷却到450℃以下，填充氮气加快冷却速度，冷却到100℃以下即可开炉门。

10，其它焊接方法

除了以上铜与铝的焊接方法，还可以使用爆专用机的种类很多炸焊、超声波焊等。