【摘 要】
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基于节能环保、资源节约以及轻量化等的需要,Cu/Al管广泛应用于制冷等工业领域,探索一种Cu/Al管间高效可靠的连接技术一直是研究的热点和难点。本文结合磁脉冲成形、半固态成
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基于节能环保、资源节约以及轻量化等的需要,Cu/Al管广泛应用于制冷等工业领域,探索一种Cu/Al管间高效可靠的连接技术一直是研究的热点和难点。本文结合磁脉冲成形、半固态成形以及钎焊的复合优势,提出一种Cu/Al管磁脉冲—半固态复合辅助钎焊新工艺,利用磁脉冲力驱动外管高速挤压半固态钎料,通过半固态钎料中固相颗粒对母材表面径向压缩和轴向剪切作用去除母材表面氧化膜,实现Cu/Al管大气环境下的无钎剂钎焊连接。本文通过数值模拟和试验分析相结合的方法,对Cu/Al管磁脉冲—半固态复合辅助钎焊工艺进行了研究。利用LS-DYNA软件对Cu/Al管磁脉冲—半固态复合辅助钎焊工艺的放电成形过程进行了多物理场耦合分析,探究半固态Zn-Al钎料流变行为和外管内壁界面力变化规律。根据有限元分析结果设计磁脉冲—半固态复合辅助钎焊试验,重点探究半固态Zn-Al钎料组分和固相率对焊接质量的影响。在放电成形中,管端的半固态钎料向管外流动,且速度最大;内侧近外管颈部半固态钎料向内流动,充满外管颈部与内管之间的空隙,流动速度较小;而在中间部分的半固态钎料几乎没有流动。外管内壁所受到的压力幅值随着半固态钎料表观粘度的增大而减小,所受的剪切应力随着半固态钎料表观粘度的增大而增大,当表观粘度大于40Pa·s时压力幅值和剪切应力基本不变。在磁脉冲—半固态复合辅助钎焊工艺中,半固态钎料固相率为0.6时较为合适,能实现Cu/Al管在大气环境下的无钎剂钎焊连接,获得拉伸强度超过Al母材的Cu/Al接头。三种不同钎料制得的接头焊缝区主要由Zn-Al共晶基体和分布其中的粗大α-Al,CuZn5,以及三元相Al4.2Cu3.2Zn0.7组成;接头Al界面处结构基本相似,主体均由笋状α-Al和夹在α-Al中间的CuZn5组成,但Cu/Zn-22Al/Al接头Al界面处生成了Al4.2Cu3.2Zn0.7三元相。三种接头Cu界面处显微结构比较类似,紧贴Cu界面的为一层很薄的扩散层,与其相邻的为颜色相近的锯齿状Al4.2Cu3.2Zn0.7三元相。与Zn-3Al和Zn-22Al相比,Zn-15Al具有合适的固液区间,且Cu/Zn-15Al/Al接头具有更好的显微结构,是较为合适的Cu/Al管磁脉冲—半固态复合辅助钎焊用钎料。
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