Дослідження нового процесу пайки різнорідних металів у алюмінієвому сплаві 6063/червониймідне з'єднання
Анотація: Розроблено новий процес пайки різнорідним металом для з’єднання алюмінієвого сплаву 6063/червоної міді. Цей метод використовує цинк-алюмінієвий порошковий дріт як зварювальний матеріал, поєднує в собі характеристики зварювання TIG і пайки та має переваги зручності роботи та високої ефективності. Змочуваність, міцність на зсув і мікроструктуру з’єднання аналізували шляхом порівняння з традиційним паянням у печі. Результати показують, що новий процес пайки може ефективно здійснити зварювання алюмінієвого сплаву 6063/червоної міді та отримати вищу міцність з’єднання на зсув до 70,2 Н/мм2.
Ключові слова: алюмінієво-мідне з'єднання; пайка; порошковий паяльний дріт; цинковий алюмінієвий присадний метал.
Алюміній і мідь широко використовуються в таких галузях, як передача електроенергії, теплообмін і повсякденні потреби завдяки їх хорошій електро- і теплопровідності. Порівняно з цими двома, електро- та теплопровідність алюмінію не такі хороші, як мідь.
Ринкова ціна алюмінію становить 1/3 міді, а щільність алюмінію становить лише 1/3 міді.
Без урахування механічних властивостей і електротермічних властивостей вартість алюмінієвих матеріалів для тих же компонентів становить 1/9 мідних матеріалів. Тому люди використовують технологію «заміни алюмінію на мідь» у багатьох галузях промисловості, щоб зменшити витрати на виробництво, наприклад, підготовка мікроелектронних пристроїв, енергетичного обладнання, гібридних автомобільних акумуляторів та енергетичних батарей.» Є багато способів з’єднати алюміній з міддю, починаючи з різних аспектів, таких як матеріали, можна використовувати зварювання плавленням і паяння. Серед них зварювання плавленням алюмінієвих/мідних з’єднань має високу продуктивність і красиву форму, але з’єднання крихкі, мають низьку міцність і схильні до пошкоджень. тріщини; за умов покращення складу пайки та пайки можна отримати відмінні характеристики з’єднання мідь-алюміній традиційних методів пайки є великою проблемою.
У цьому експерименті використовується новий процес пайки, який використовує порошковий дріт як зварювальний матеріал, полум’я як джерело тепла та метод аргонодугового зварювання з вольфрамом, щоб досягти ефективного з’єднання алюмінієвого сплаву 6063/червоної міді.
Тестові матеріали та методи:
Матеріали випробувальної пластини, використані в цьому випробуванні, — це алюмінієвий сплав 6063 і червона мідь. Матеріали для припою: Zn75Al25 і Zn92AI8, дві цинк-алюмінієві порошкові паяльні дроти та цинк-алюмінієвий суцільний припій з відповідними компонентами. Усі флюси є CsF-AlF, що є середньотемпературним некорозійним флюсом.
Згідно з аналізом результатів випробування, змочуваність припою порошкового дроту на алюмінієвому сплаві 6063 і міді не сильно відрізняється від змочуваності припою, що покриває флюс. Це пояснюється нижчою температурою плавлення цинк-алюмінієвого сплаву. Після швидкого плавлення при високій температурі флюс з часом розріджується та ефективно видаляє поверхневі оксиди основного металу, забезпечуючи здатність припою змочувати основний метал. Порівняно з Zn92Al8, Zn75Al25 має кращу змочуваність пластини з алюмінієвого сплаву 6063 або мідної пластини. Обидва можуть добре розтікатися на алюмінієвому сплаві 6063. Однак змочуваність червоної міді середня. Площа розповсюдження Zn75Al25 становить близько 50 мм, що є прийнятним, тоді як у Zn92Al8 лише близько 30 мм, що може легко спричинити дефекти під час пайки. Видно, що зі збільшенням вмісту цинку змочуваність припою на міді погіршується. Це пов’язано з тим, що крім поверхневого натягу, факторами, які впливають на змочуваність між рідким припоєм і основним металом, є важливіше співвідношення між припоєм і основним металом. Алюмінієві та цинкові елементи припою будуть взаємодіяти один з одним. Основний метал міді реагує з утворенням інтерметалічних сполук. Розтікання цинк-алюмінієвого припою на міді пов’язане з формою та кількістю утворених інтерметалічних сполук. Коли вміст алюмінію низький, утворюватимуться мідно-цинкові інтерметалічні сполуки, які мають високу температуру плавлення. Коли вони утворяться, вони будуть рости в дендритах і відростках, що перешкоджатиме поширенню рідкого припою.
З результатів випробувань видно, що під час пайки з’єднань алюмінієвого сплаву 6063/червоної міді різними припоями міцність на зсув з’єднань, отримана за допомогою нового процесу пайки, вища, ніж міцність, отримана традиційним методом полум’яної пайки. Міцність на зсув з’єднання, отриманого з використанням порошкового дроту Zn75Al25, є найбільшим і становить 70,20 Н/мм2.
Згідно з аналізом процесу, коли для пайки в печі використовується традиційний процес пайки, присадний метал і флюс заздалегідь наносять на випробувальну пластину. Після того, як припойний метал розплавляється при високій температурі, він покладається на свою змочуваність основним металом, щоб спонтанно втікати в паяльний шов для завершення паяного з’єднання. Під час цього процесу на якість зварювання впливатимуть такі фактори, як якість поверхні основного металу, рівень розміщення випробувальної пластини та зазор між швами пайки. Через погану змочуваність Zn92Al8 на міді міцність на зсув з’єднання становить лише 26,96 Н/мм, і можуть виникати такі дефекти, як часткова відсутність з’єднання. Новий процес пайки використовує ручне заправлення дроту, який простий у експлуатації та схожий на операцію аргонодугового зварювання в методі зварювання плавленням. Таким чином, він може ефективно уникнути наслідків паяння швів та інших ефектів, а також утворити пухкий і красивий зварний шов. Оскільки заповнення дроту та додавання флюсу виконуються одночасно, співвідношення припою та флюсу є науково фіксованим, що також зменшує дефекти зварювання, викликані неправильною експлуатацією. Таким чином, з точки зору методів процесу, новий процес пайки має кращу гнучкість, стабільність і надійність, ніж традиційна пайка в печі.
Згідно з аналізом паяльних матеріалів, міцність на зсув з’єднань з використанням припою Zn75Al25 вища, ніж у припою Zn92Al8. З одного боку, це тому, що змочуваність Zn75A125 на алюмінієвому сплаві 6063 і міді краща, ніж у Zn92Al8. Під час зварювання припій легше розтікається і змочується в паяному шві; з іншого боку, міцність з’єднання на зсув є макроскопічним проявом мікроструктури паяного шва, тому необхідні подальші спостереження та аналіз мікроструктури з’єднання.
Висновок:
Для матеріалів припою такого ж складу з’єднання алюмінієвого сплаву/міді 6063, отримане за допомогою нового процесу пайки, має тоншу та щільнішу структуру та вищу міцність на зсув, ніж з’єднання, паяне в традиційній печі; Матеріал припою Zn78A122 на міді та алюмінії Змочуваність і міцність на зсув з’єднання вищі, ніж у паяного з’єднання Zn92AI8.
Структура з’єднання алюмінієвого сплаву/міді 6063 за допомогою нового процесу пайки Zn75Al25 на алюмінієвій стороні паяльного шва являє собою білу мережу розподілу виділень, обгорнутих чорною (ax+ zm) евтектикою; структура на стороні міді - це мідно-цинкова сполука твердого розчину алюмінію, біла масивна z-структура та дендритна структура, а решта - велика кількість чорної (ax1+ zm) евтектики.
Новий процес пайки дозволяє ефективно зварювати з’єднання алюмінієвого сплаву 6063/червоної міді з простотою експлуатації, високою ефективністю зварювання та високою міцністю на зсув до 70,2 Н/мм2.
