Investigación sobre un nuevo proceso de soldadura fuerte de metales diferentes en aleación de aluminio 6063/rojojunta de cobre
Resumen: Se desarrolló un nuevo proceso de soldadura fuerte con metales diferentes para la unión de aleación de aluminio 6063/cobre rojo. Este método utiliza alambre con núcleo fundente de zinc-aluminio como material de soldadura, combina las características de la soldadura TIG y la soldadura fuerte, y tiene las ventajas de una operación conveniente y una alta eficiencia. La humectabilidad, la resistencia al corte y la microestructura de la unión se analizaron comparándolas con la soldadura fuerte tradicional en horno. Los resultados muestran que el nuevo proceso de soldadura fuerte puede realizar de manera efectiva la soldadura de la unión de aleación de aluminio 6063/cobre rojo y obtener una mayor resistencia al corte de la unión, hasta 70,2 N/mm2.
Palabras clave: unión de aluminio y cobre; soldadura fuerte; alambre para soldadura fuerte con núcleo fundente; metal de relleno de aluminio zine.
El aluminio y el cobre se utilizan ampliamente en campos como la transmisión de electricidad, el intercambio de calor y las necesidades diarias debido a su buena conductividad eléctrica y térmica. En comparación con los dos, la conductividad eléctrica y térmica del aluminio no es tan buena como la del cobre.
El precio de mercado del aluminio es 1/3 del cobre, y la densidad del aluminio es sólo 1/3 del cobre.
Sin considerar las propiedades mecánicas y electrotérmicas, el costo de los materiales de aluminio para los mismos componentes es 1/9 del de los materiales de cobre. Por lo tanto, la gente utiliza la tecnología de "sustituir el aluminio por el cobre" en muchas industrias para reducir los costos de producción, como la preparación de dispositivos microelectrónicos, equipos de energía, baterías de vehículos híbridos y baterías de energía. Hay muchas formas de conectar el aluminio al cobre, que van desde el proceso y partiendo de diferentes aspectos como los materiales, se puede utilizar la soldadura por fusión y la soldadura fuerte. Entre ellos, la soldadura por fusión de uniones de aluminio/cobre tiene una alta eficiencia de producción y una forma hermosa, pero las uniones son frágiles, de baja resistencia y propensas a agrietarse; el método de soldadura fuerte está estrictamente controlado. Bajo la premisa de mejorar la composición de la soldadura y el proceso de soldadura fuerte, se pueden obtener uniones de cobre/aluminio con un rendimiento excelente. Por lo tanto, la soldadura fuerte es una tecnología de conexión cobre-aluminio prometedora. Sin embargo, la baja eficiencia de producción de los métodos de soldadura fuerte tradicionales es un obstáculo para su promoción. Gran problema.
Este experimento adopta un nuevo proceso de soldadura fuerte, que utiliza alambre de soldadura fuerte con núcleo fundente como material de soldadura, llama como fuente de calor y método de operación de soldadura por arco de tungsteno y argón, para lograr una conexión eficiente de la unión de aleación de aluminio 6063/cobre rojo.
Materiales y métodos de prueba:
Los materiales de la placa de prueba utilizados en esta prueba son aleación de aluminio 6063 y cobre rojo. Los materiales de soldadura son Zn75Al25 y Zn92AI8, dos alambres de soldadura con núcleo de fundente de zinc-aluminio y soldadura con núcleo sólido de zinc-aluminio con los componentes correspondientes. Los fundentes son todos CsF-AlF, que es un fundente no corrosivo de temperatura media.
Del análisis de los resultados de la prueba, la humectabilidad de la soldadura de alambre de soldadura fuerte con núcleo de fundente sobre aleación de aluminio 6063 y cobre no es muy diferente de la de la soldadura que cubre el fundente. Esto se debe al punto de fusión más bajo de la aleación de zinc-aluminio. Después de fundirse rápidamente a alta temperatura, el fundente se licua con el tiempo y elimina eficazmente los óxidos superficiales del metal base, asegurando la capacidad de humectación de la soldadura al metal base. En comparación con Zn92Al8, Zn75Al25 tiene una mejor humectabilidad ya sea en placa de aleación de aluminio 6063 o placa de cobre. Ambos pueden extenderse bien sobre aleación de aluminio 6063. Sin embargo, la humectabilidad sobre cobre rojo es media. El área de extensión de Zn75Al25 es de aproximadamente 50 mm, lo cual es aceptable, mientras que la de Zn92Al8 es de solo aproximadamente 30 mm, lo que puede causar fácilmente defectos durante la soldadura fuerte. Se puede observar que a medida que aumenta el contenido de zinc, la humectabilidad de la soldadura sobre cobre empeora. Esto se debe a que, además de la tensión superficial, los factores que afectan la humectabilidad entre la soldadura líquida y el metal base son, más importante, la relación entre la soldadura y el metal base. Los elementos de aluminio y zinc en la soldadura interactuarán entre sí. El metal base de cobre reacciona para formar compuestos intermetálicos. La capacidad de propagación de la soldadura de zinc-aluminio sobre cobre está relacionada con la forma y la cantidad de compuestos intermetálicos producidos. Cuando el contenido de aluminio es bajo, se generarán compuestos intermetálicos de cobre-zinc, que tienen un alto punto de fusión. Cuando se generan, crecerán en dendritas y brotes, lo que dificultará la propagación de la soldadura líquida.
De los resultados de las pruebas se desprende que, al soldar juntas de aleación de aluminio 6063/cobre rojo con diferentes soldaduras, la resistencia al corte de las juntas obtenidas mediante el nuevo proceso de soldadura es mayor que la obtenida mediante el método tradicional de soldadura a la llama. La resistencia al corte de la junta obtenida mediante el uso de alambre de soldadura con núcleo fundente Zn75Al25 es la más alta, con 70,20 N/mm2.
A partir de un análisis de proceso, cuando se utiliza el proceso de soldadura fuerte tradicional para la soldadura fuerte en horno, el metal de aporte de soldadura fuerte y el fundente se colocan sobre la placa de prueba con antelación. Después de que el metal de aporte de soldadura fuerte se funde a alta temperatura, depende de su humectabilidad con el metal base para fluir espontáneamente hacia la costura de soldadura fuerte para completar la conexión de soldadura fuerte. Durante este proceso, factores como la calidad de la superficie del metal base, el nivel de colocación de la placa de prueba y el espacio de la costura de soldadura fuerte afectarán la calidad de la soldadura. Debido a la baja humectabilidad de Zn92Al8 sobre el cobre, la resistencia al corte de la unión es de solo 26,96 N/mm y es propenso a ocurrir defectos como la falta parcial de fusión de la unión. El nuevo proceso de soldadura fuerte utiliza el relleno de alambre manual, que es fácil de operar y es similar a la operación de soldadura por arco de argón en el método de soldadura por fusión. Por lo tanto, puede evitar eficazmente los efectos de los espacios de costura de soldadura fuerte y otros efectos, y formar una soldadura regordeta y hermosa. Dado que el relleno de alambre y la adición de fundente se realizan simultáneamente, la proporción de soldadura y fundente se fija científicamente, lo que también reduce los defectos de soldadura causados por una operación incorrecta. Por lo tanto, en términos de métodos de proceso, el nuevo proceso de soldadura fuerte tiene mejor flexibilidad, estabilidad y confiabilidad que la soldadura fuerte tradicional en horno.
Del análisis de los materiales de soldadura fuerte, la resistencia al corte de las uniones que utilizan soldadura Zn75Al25 es mayor que la de la soldadura Zn92Al8. Por un lado, esto se debe a que el rendimiento de humectación de Zn75A125 en la aleación de aluminio 6063 y el cobre es mejor que el de Zn92Al8. Durante la soldadura, la soldadura es más fácil de fluir y humedecer en la costura de soldadura fuerte; por otro lado, la resistencia al corte de la unión es la manifestación macroscópica de la microestructura de la costura de soldadura fuerte, y se requiere una mayor observación y análisis de la microestructura de la unión.
Conclusión:
Para materiales de soldadura de la misma composición, la unión de aleación de aluminio 6063/cobre obtenida mediante el nuevo proceso de soldadura fuerte tiene una estructura más fina y densa y una mayor resistencia al corte que la unión soldada en un horno tradicional; material de soldadura Zn78A122 sobre cobre y aluminio La humectabilidad y la resistencia al corte de la unión son mayores que las de la unión de soldadura Zn92AI8.
La estructura de la unión de aleación de aluminio 6063/cobre que utiliza el nuevo proceso de soldadura fuerte Zn75Al25 en el lado de aluminio de la costura de soldadura fuerte es una distribución de red blanca de precipitado envuelto con eutéctico negro (ax+ zm); la estructura en el lado de cobre es un compuesto de interfaz de solución sólida de cobre-zinc y aluminio, estructura z masiva blanca y estructura dendrítica, y el resto son una gran cantidad de eutéctico negro (ax1+ zm).
El nuevo proceso de soldadura fuerte puede realizar de manera efectiva la soldadura de juntas de aleación de aluminio 6063/cobre rojo, con fácil operación, alta eficiencia de soldadura y alta resistencia al corte de la junta, hasta 70,2 N/mm2.
