焊前先將銅件前端加工成錐角,銅、鋁焊接表面用銼刀清理干凈。在摩擦焊機焊接過程中為了防止鋁在接頭處變形流失,以及鋁、銅試件由于受壓失去穩(wěn)定而產(chǎn)生彎曲變形,采用模子對銅、鋁進行封閉加壓。
摩擦焊機采用工藝規(guī)范焊接的接頭,在靜載拉伸時大多數(shù)都斷于鋁母材,并可以彎曲成180°角。這種接頭成功地用于變電站戶外多股設備銅端子和鋁導線的連接。大型高溫電爐的銅母線的面積為250×20=5000 mm2,鋁母線的面積為250×30=7500 mm2。采用8個直徑為30mm的銅-鋁摩擦焊接頭并聯(lián),做為過渡段,再用碳弧焊連接兩頭的銅-銅和鋁-鋁接頭。這種摩擦焊-碳弧焊的大型銅-鋁母線接頭,在高溫及冷卻水的噴澆和腐蝕性物質(zhì)的作用下,使用壽命超過了十年,比原來銅-鋁碳弧焊接頭的壽命(三個月)提高了四十多倍。
銅-鋁高溫摩擦焊接頭,經(jīng)得起靜載的彎曲、拉伸試驗和生產(chǎn)運行的考驗。但是,在摩擦焊接機生產(chǎn)實踐中,還要求銅-鋁接頭能經(jīng)得起反復彎曲、沖壓和鍛壓試驗。摩擦焊機為了擴大銅-鋁摩擦焊的應用,常常要求把圓斷面接頭鍛壓成各種所需要的形狀和尺寸,因此接頭的鍛壓性能是非常重要的。可是在進行新的試驗時,發(fā)現(xiàn)有接頭脆斷。
由銅-鋁系平衡圖指出,當銅中含鋁量超過9.4%,和鋁中含銅量超過5.9%時,由于其中含有大量的金屬化合物(Cu9Al4,CuAl2等)而使合金變脆。銅-鋁接頭的脆斷,摩擦焊機主要是由于加熱溫度過高和加熱時間過長,在接頭中產(chǎn)生銅-鋁脆性合金層所引起的。
按銅-鋁摩擦焊接頭脆斷的特點,其原因分析如下:
摩擦焊機在銅-鋁摩接頭的摩擦加熱過程中,高速摩擦塑性變形層最初在銅-鋁摩擦表面,以后過渡到鋁材的內(nèi)部,形成鋁-鋁的摩擦。表1中所用的焊接工藝規(guī)范,都可能使摩擦焊接表面的溫度超過銅-鋁共晶點548℃,達到鋁的熔點660℃。這樣的高溫使接頭中形成了大量的脆性組織,使接頭產(chǎn)生脆斷。