铜铝异种材料摩擦焊接工艺研究(5)
三种母材成分如表2、表3： 表2 铜母材成分
成分 Cr Zr Cu
BHT铬锆铜
JX铬锆铜 0.61%
0.85% 0.060%
0.062% 平衡平衡 表3 铝母材成分
成分 Si Fe Cu Mg Zn Mn Ti Al
1050A铝 0.25% 0.40% 0.05 % 0.05% 0.07% 0.05 % 0.05 % 99.50%
2.2 焊接设备及参数
本实验采用C-4D-L型连续驱动摩擦焊机完成铜铝导电端子的焊接，焊机参数如表4[21]，焊接过程如下：
（1）铜铝母材焊前热处理；
（2）将铜、铝母材待焊端面车削平，保证摩擦焊接时两端面有效接触，同时也可
除去焊件表面油污；
（3）使铜管和铝管处于同一轴线上，在主轴转速为770 r/min,焊接压力179—215 MPa、焊接时间0.6—0.8s的工艺参数下完成焊接；
（4）焊后削去飞边毛刺。 表4 C-4D-L摩擦焊机参数表
型号 最大顶锻力
主轴最高转速 焊件直径
旋转夹具夹料长度 移动夹具夹料长度 滑台最大行程 总功率
生产率
整机轮廓尺寸 L×W×H 重量
C-4D-L摩擦焊机 40
千牛 600
转/分 8 - 12
毫米
50-
270
毫米 100 - 370
毫米 320
毫米 12
千瓦 100-
180
件/
小时 2540 × 1012 × 1620
毫米 3吨
3 试验流程 3.1 焊前热处理
铜与铝在熔点、强度等方面存在较大的焊接性差异，尤其是强度方面的差异，对于摩擦焊接过程的影响尤为巨大，为了缩小铜、铝之间的强度差异，焊前应对母材进行热处理。其方法如下：
（1）铜母材焊前热处理：向加热炉中通入氮气排除所有空气，使母材处于惰性气体氛围中，缓慢将温度升高到180℃，保温3分钟后，母材随炉自然冷却到室温；
（2）铝母材焊前热处理：将母材置于加热炉中后，缓慢升温到160℃，保温12小时后随炉冷却到室温。
应当注意，此方法中所说的缓慢升温是指每分钟升高10℃。随后进行的拉伸试验显示，退火后的铜的抗拉强度由383MPa降到174MPa，退火后的铝的抗拉强度则由65MPa升高到117MPa，铜和铝的抗拉强度的差异大大的缩小了，焊前热处理有利于焊接过程的顺利进行。
3.2 拉伸试验
为了检测焊缝强度，焊后进行拉伸试验，采用线切割技术将焊接试样制成55x14
x2mm的拉伸试样，使焊缝位于最大长度方向中间，而后按规定操作完成实验，其结果如表5所示。
表5 拉伸试验数据表
试样编号 最大载荷
/N 抗拉强度
/N•mm2 平均值
/N•mm2 断口位置
BHT-01
BHT-02
BHT-03 2370.0
2240.2