摘 要

Cu管具有良好的导电性和机械性能，广泛应用在空调冷凝器、冰箱散热器、电脑散热器等。由于Cu价居高不下，而Al价相对适宜，同时Al具有优秀的耐腐性，良好的塑性，密度小的优势。使用Al管代替部分的Cu管，降低成本且不影响其使用功能，可以为企业创造良好的经济效益。目前工业上Cu/Al管的连接方法主要为插入式电阻焊，但这种方法工艺复杂，设备要求较高。基于此，本课题探究了超声波-感应复合钎焊Cu/Al管的工艺，通过表征接头的显微结构分析了接头的连接机理，并研究了钎焊接头的机械性能、耐腐蚀性能和密封性能。

本课题以Zn-3Al为钎料，采用超声波辅助钎焊技术研究Cu/Al管材的钎焊连接工艺，实现了Cu/Al管材之间的连接。显微结构分析表明，在超声波-感应复合钎焊条件下，铜铝管之间发生了良好的冶金结合；在不同的焊接工艺下，Cu界面层存在两种不同的相组成，一种为CuZn₅相，另一种为Al_4.2Cu_3.2Zn_0.7相；钎焊接头的腐蚀主要发生在钎料层中，并随着腐蚀时间增加，腐蚀程度增大。研究结果为钎焊接头抗拉强度接近200MPa，盐水浸泡腐蚀500h后，接头强度为177.7MPa，表明钎焊接头具有良好的机械性能、耐腐蚀性能和密封性能，接头失效主要发生在Al母材处。

关键词：超声波；钎焊；锌铝钎料；Cu/Al管；工艺性能

Abstract

Cu pipe has good conductivity and mechanical properties. It is widely used in air conditioning, refrigerator condenser radiator, computer radiator, etc. Due to the high price of Cu, Al price is relatively appropriate. Al has good properties such as excellent corrosion resistance, good plasticity and small density. Using Al pipe instead of part of the Cu can reduce cost and does not affect its use function; it can also create good economic benefits for the enterprise. At present, Cu/Al pipe connections on the industry mainly use the plug-in electric resistance welding, but the equipment is complex, and the efficiency is low, it is strict in welding technology, so the adaptability is poor. Based on this, this topic is going to explore the ultrasound-induction composite brazing technology of Cu/Al tube, analyzing the microstructure of the joint, studying the mechanical properties, corrosion resistance and sealing performance of the joint.

We use the Zn-3Al as the mesosphere, studying ultrasonic brazing of Cu/Al pipe connection technology, realizing the connection between the Cu/Al tubes. Microstructure analysis shows that under the condition of ultrasonic-induction composite brazing, Cu/Al tube has a good combination; under the different welding technology, the interface layer of Cu has two different phase composition, one is the CuZn₅ phase, another is Al_4.2 Cu_3.2 Zn_0.7 phase. The corrosion of brazing welding joint occurs mainly in the solder layer, and with the increase of corrosion time, corrosion degree increased. The results for the tensile strength of braze welding joint is close to 200 MPa. After brine immersion corrosion 500h, the joint tensile strength is 177.7 MPa, show that braze welding joint has good mechanical properties, corrosion resistance and sealing performance, the joint failure occurs mainly in Al parent metal.

Key Word: ultrasonic brazing, Zn-Al alloys, Cu/Al tube, processing property

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的目的及意义 1

1.2 铜/铝金属材料的焊接性 2

1.3超声波在钎焊过程中的作用 3

1.3.1超声波的空化效应 3

1.3.2超声波在钎焊过程中反应行为 4

1.4铜铝钎焊钎料 4

1.5铜/铝管连接方法的研究现状 5

1.5.1熔化焊 5

1.5.2 钎焊 6

1.5.3其他连接方法 7

1.6 本课题主要研究内容 9

第2章 实验材料与工艺 10

2.1实验材料及仪器 10

2.1.1实验材料 10

2.1.2 实验设备 11

2.2 实验过程 13

2.2.1 焊前准备 13

2.2.2 焊接过程 15

2.2.4钎焊接头的腐蚀 16

2.2.5 钎焊接头的气密性测试 16

2.2.6 钎焊接头的力学性能测试 16

2.2.7 显微组织的观察 17

第3章 结果与讨论 18

3.1 铜铝管钎焊接头显微结构分析 18

3.2 铜铝管钎焊接头腐蚀显微结构分析 19

3.3 铜铝管接头的性能分析 21

3.3.1 铜铝管接头的力学性能 21

3.3.2铜铝管接头的密封性能 23

3.3.3 铜铝管接头的耐腐蚀性能 23

第4章 实验总结与展望 24

4.1 实验结论 24

4.2 研究展望 24

参考文献 25

致 谢 26

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

随着现代技术的进步，航天、汽车、电子等行业的飞速发展，铜铝材料应用日益广泛。Cu比Al的强度、导电性等性能优越，但Cu的价格较高限制了Cu的应用。Al具有密度低，耐腐蚀性能强等特点，且价格相对适宜。因此，将Cu和Al连接形成复合结构来发挥二者各自的优势，在工业应用中可以为企业创造更大的经济效益。

本次研究选题为超声-感应复合钎焊Cu/Al管材工艺及接头性能研究，是在现有研究的基础上来探索Cu/Al管材的钎焊工艺，并对钎焊接头的性能进行研究。Cu/Al管材钎焊接头的研究可以使Al管代替工业应用中的部分Cu管，例如空调冰箱的冷凝管，电脑散热装置等，部分结构上甚至可以代替90%的铜管。目前，工业上在Cu/Al管连接方面需求的日益增大，要求铜铝接头具有高焊合率、强耐腐蚀性、气密性好等特点。国内外均对此有深入的研究。