铜铝异种材料摩擦焊接工艺研究(2)
(2)易氧化：铝和氧有着很大的化学亲和力，在空气中铝表面上很快就会覆盖一层牢固的致密的氧化膜，防止其继续氧化。在焊接时，铝生成的Al2O3 阻碍了铝与铜的接合，给焊接带来困难。
(3)易产生裂纹：在焊接时生成低熔点共晶体Al－Al2Cu (548℃)或Cu－Cu2O 共晶体（T 熔点＝1065℃）[6]，使焊缝变脆，再加上铜的膨胀系数大，容易导致焊缝产生裂纹。
(4)易形成气孔：在高温时，铝和铜的液体能够溶解和吸收大量的气体，如氢，冷却时，氢在铝和铜液体的溶解度迅速下降，来不急溢出的氢在焊缝中形成气孔。
(5)强度相差大[7-8]：由于铜的强度远大于铝的强度，所以在进行异种金属焊接时，如何克服材料的强度差异需要给予足够的重视。
从以上铜与铝的焊接性分析中可以看出，采用熔化焊的方法焊接铜与铝时，需要克服铜与铝的熔点差异大、易氧化、易产生裂纹和气孔等难题，才能获得高质量的焊缝接头。而采用固态焊接的连续驱动摩擦焊[9]时，由于铜与铝的结合面不发生熔化，所以将不产生与熔化和凝固相关的焊接缺陷。因此相对来说，连续驱动摩擦焊容易获得质量较高的焊缝接头。故本实验将检测连续驱动摩擦焊焊接铜铝异种金属的接头质量。
1.1.2 铜、铝异种金属的焊接方法
在国内，华南理工大学温立民等人[5]采用冷压焊技术进行了试验，用LHJ3 型冷压焊机焊接直径2.65mm的铜线和铝线，最后金相分析发现，焊缝组织非常致密，焊缝结合面两侧组织均发生滑移和变形。这种滑移和变形是在焊接挤压过程中，金属被挤出形成飞边造成的。抗拉试验中断裂点也在铝线一侧，说明接头强度介于铜铝母材二者之间，符合一般的焊接结构要求。此种焊接方法适用于棒材的焊接，对于管材焊接具有局限性；中国海洋大学材料科学与工程研究院高级工程师赵越[10]及其合作伙伴探索出一套电阻压力焊的方法进行铜铝薄管的焊接。他们在研究中发现，薄壁铜铝管焊接的关键是将铜铝共晶组织从焊缝中清除掉，否则焊缝机械性能差的弱点将暴露无遗，这也是薄壁铜铝管不容易焊接的真正原因。他们最终探索出的电阻压力焊接法，可以在焊接中实现焊缝中无铜铝共晶组织、铜铝原子结合，焊缝非常牢固，经过拉伸、弯曲、压扁等各种机械试验，都没有出现任何缝隙。这种焊接方法对焊接设备的要求较高，无形中增加了生产的成本，一般适应于高精密行业，不利于在中小企业内推广；最近兴起的一种新型焊接技术——搅拌摩擦焊[3]也非常适应于铜铝异种金属的焊接，并且焊接效果良好，接头组织紧密，焊后缺陷的修补技术也有人在研究，但此种方法需要专门制作搅拌头，一般也只适用于块状材料的焊接，同样具有一定的局限性；再早一些探索的方法，如闪光焊、钎焊等，都属于熔化焊，不免出现上文讨论过的熔点相差大、易氧化、易形成裂纹、易形成气孔等缺陷[1]，不符合相关工业应用要求。
在国外，T. J. Lienert等人[11]采用连续驱动摩擦焊焊接8009/SiC/11p合金，然后用超声波检测焊缝的微观结构特征、尺寸和焊缝塑性金属流态，并与光学显微镜和扫描电子显微镜观察的结果进行比较，最终发现，连续驱动摩擦焊过程会重新分布母材中的SiC颗粒，焊缝外热影响区会向轴向、径向和切向三个方向发展，而其强度、尺寸和分布主要受连续施加的轴向应力的影响，此应力也会影响到金属流形态，并最终根据测量到的微观结构尺寸最终用计算机技术绘制出塑性金属流态图。Hartman等人[12]采用声波探测方法对304L不锈钢连续驱动摩擦焊焊接过程进行质量控制，在焊缝周围固定几个声波探测器，探测焊接过程中发出的声波信号，以此来控制焊接质量。结果发现，不同焊接质量过程会发出不同频率的声波范围，一般良好焊缝组织对应着比较稳定的声波发射，而且稳定通过专用设备对此声波信号进行检测便可控制焊接质量。