铜-锌-铝等离子焊接工艺研究(3)
易出现热裂纹和气孔。热裂纹的产生与杂质和合金元素有关。铜易与杂质形成多种低熔点共晶物，如熔点为326℃的（Cu+Pb）共晶、熔点为1064℃的（CuO2+Cu）共晶等。这些低熔点共晶物在熔池结晶过程中分布在树枝晶或晶界处，使接头有明显的热裂倾向。气孔的形成主要与氢、氧和氮在铜中的溶解度有关，熔池凝固时间短也会加剧气孔的形成倾向。由氢引起的气孔称为扩散气孔，氢在铜中的溶解度随温度下降而降低，熔池由液态转变为固态时，氢的溶解度陡降，而后随温度降低，氢在固体铜中的溶解度继续下降。熔池结晶速度过快时，析出的过饱和气体来不及逸出，残留在焊缝中成为气孔。氧容易和氢气发生高温反应生成水形成水气孔。
接头性能和耐蚀性下降。铜及铜合金焊接接头的力学性能有所下降，虽然焊接接头和焊缝的抗拉强度可与母材接近，但是塑性和韧性显著降低，这是由于焊后接头晶粒粗化、加入的脱氧元素（Mn、Sn等）以及晶界上存在脆性共晶组织所致。此外，焊接时合金元素的氧化和蒸发、接头的各种缺陷、晶界上脆性共晶组织的存在，也使接头的抗腐蚀性能下降。
1.4 CuZnA1合金焊接工艺的研究进展
随着科学技术的不断发展，各行各业对弹性合金的需求和性能要求越来越高［ ］。不仅希望形状记忆合金焊接接头的强度韧性不能和母材的相差太远，又需要在保持其良好的弹性、磁性和导电性，还要保证接头又良好的稳定性、耐蚀性、抗氧化和耐高温等性能。
由于CuZnAI形状记忆合金晶粒过于粗大，弹性各向异性较高，记忆性能和力学性能较差，因此没有得到广泛的应用，对于CuZnAl合金焊接的研究，国内外报道的较少，目前仅在点焊、氩弧焊、扩散焊、等离子束流焊等领域进行了初步的探索［ - ］
碳弧焊电流大、电压高，只能用于厚度小于10mm的铜件，热效率不高，已逐渐被淘汰。气焊仅用在厚度小于3mm的不重要结构焊接，焊件易变形，成形不好，接头塑性差。对于中厚板，可采用埋弧焊，其电弧功率大、穿透力强、焊接质量好、焊接时可以降低预热温度。焊条电弧焊的焊接质量不稳定，常出现夹渣、气孔等缺陷，一般较少采用。熔化极氩弧焊电流大、得到的熔深大，焊缝含氧量低，适合厚度大于15mm板的焊接。等离子焊接热源热量集中，板厚3-6mm时可不开坡口，一次焊成，最适合焊3-15mm的铜板，微束等离子弧能焊接铜箔和铜丝网［8］。
根据目前所掌握的文献，按论文发表的先后顺序，最早的是郭立伟［14］等研究了CuZnAl合金的氩弧焊。试验采用与母材同质的焊丝，结果表明，接头的抗拉强度与母材近似，但是高温下Zn、Al的强烈挥发使焊缝成分发生变化，接头相变温度降低，单向形状恢复率只有母材的8l％。陈希章［15］等研究了稀土细化处理的CuZnAl的点焊工艺。结果表明接头的最大抗拉强度为487．3MPa，形状恢复率为56．8％；焊后经820—880℃保温15 min室温油淬+150℃时效150min+ 50℃水保温10 min处理可细化焊缝晶粒，但是对接头的力学性能和形状恢复率作用不大。陈希章［16］等研究了CuZnAl 形状记忆合金与不锈钢的点焊技术，焊后接头成分变化较大，焊点处几乎没有形状记忆效应，且不锈钢一侧出现微裂纹。郭立伟等采用Cu，Ni为中间层，研究了CuZnAI的扩散焊的接头性能。结果表明，采用Ni为中间层比不加中间层或采用Cu为中间层的焊接效果好。在800 K温度、5 MPa压力下保温30 min，接头的抗拉强度为91．24 MPa(约为母材1／3)，形状记忆指数可达母材的91％。国外曾选择Ag作中间层，成功地实现了CuZnAl 的瞬间液相扩散焊。采用10 MPa的Ar气保护，在4 MPa的压力下加热到673 K，保温10min，然后移除压力，加热到998 K，保温20 min，接头的抗拉强度最大为493 MPa，高出母材强度的33％。但是由于焊接过程中的试件受压不均，焊后母材的形状恢复率只有94％，热影响区由于残留Ag的析出物，形状恢复率只有91％。也有人将TiNi 形状记忆合金电阻钎焊技术[ ]引用到Cu-Zn-Al形状记忆合金的焊接。韩海林［1］采用高能量密度等离子束流对Cu-Zn-Al形状记忆合金进行焊接方法、焊接工艺和焊后热处理的力学、记忆性能进行试验研究.。确定了采用高能量密度等离子弧焊接方法的可行性。研究了等离子弧焊接Cu-Zn-Al形状记忆合金丝过程中焊接电流、时间、离子气流量等工艺参数的变化对接头的影响，确定主要参数合理的调节范围。覃鑫等研究了CuZnAl等离子熔焊和等离子熔压焊两种方法得到的接头的性能［17］。得到如下结论：采用等离子熔压焊连接CuZnA1合金丝，其高温固相连接效果最大程度地保证了焊后材料的抗拉强度和记忆功能，从而能获得较好的焊接接头，使得焊后试样的抗拉强度能达到母材的90．1％ ，因此等离子熔压焊是连CuZnA1合金丝的理想方法。Ion Mitelea [ ]等人用电储能焊焊接CuZnA1又是一种新型焊接方法。
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