1. Tổng quan
Lý do hàn đồng nhôm là để giảm chi phí và giảm trọng lượng, vì khối lượng riêng của nhôm chỉ bằng khoảng 1/3 khối lượng riêng của đồng, giá thành cũng chỉ bằng khoảng 1/5 khối lượng riêng của đồng nên trong nhiều trường hợp người ta dùng nhôm thay cho đồng, đặc biệt là ngành điện, hàn đồng nhôm cũng đã xuất hiện.
Tuy nhiên, bề mặt đồng và nhôm rất dễ bị oxy hóa, đặc biệt là lớp màng oxit của nhôm rất cứng, chịu được nhiệt độ cao (nhiệt độ nóng chảy lên tới 2050 độ C), và có điện trở lớn. Nếu máy được kết nối, tiếp điểm tiếp xúc không ổn định trong quá trình vận hành nguồn điện và thường xảy ra hiện tượng khói, nổ, dễ gây ra hậu quả nghiêm trọng như hỏa hoạn.
Nhìn chung, hàn đồng-nhôm có thể là hàn nóng chảy, hàn áp lực và hàn bằng đồng.
2, những khó khăn khi hàn đồng nhôm
1. Hàn đồng và nhôm thuộc loại hàn kim loại không đồng nhất (không chứa sắt), khó hơn nhiều so với hàn đồng-đồng và nhôm-nhôm.
2. Cả đồng và nhôm đều dễ bị oxy hóa và trong quá trình hàn, các oxit có nhiệt độ nóng chảy cao được hình thành, khiến kim loại hàn khó có thể nóng chảy hoàn toàn, gây khó khăn cho việc hàn.
3. Mối hàn đồng nhôm giòn, dễ nứt. Trong quá trình hàn nóng chảy đồng nhôm, dễ hình thành eutectic như CuAl2 trong mối hàn gần mặt đồng, phân bố gần ranh giới hạt, dễ nứt liên hạt.
4. Điểm nóng chảy của đồng và nhôm rất khác nhau. Trong hàn nóng chảy, đồng vẫn ở trạng thái rắn khi nhôm nóng chảy. Khi đồng nóng chảy, nhôm đã nóng chảy rất nhiều, làm tăng độ khó của quá trình hàn.
5. Đường hàn dễ bị rỗ khí. Do đồng và nhôm có tính dẫn nhiệt tốt nên kim loại trong hồ nóng chảy kết tinh nhanh trong quá trình hàn, khí phản ứng luyện kim ở nhiệt độ cao không kịp thoát ra nên tạo thành lỗ rỗng.
3. Giới thiệu phương pháp hàn đồng và nhôm
1). Hàn TIG
① Chuẩn bị trước khi hàn: a Làm sạch bề mặt mối hàn đồng và nhôm. b. Vát các bộ phận hàn, và xác định hình dạng rãnh theo nguyên tắc tăng diện tích mối hàn của mặt đồng và hàm lượng đồng trong mối hàn càng nhiều càng tốt. Nói chung, rãnh hình chữ U được sử dụng và mặt nhôm có thể không có rãnh. c vật liệu hàn là Ag65Cu20Zn15, Q203, ER4043. d Một bộ máy hàn WES315 và thiết bị oxy-axetilen.
②Hoạt động hàn: a. Lắp ráp và cố định các mối hàn đồng và nhôm để tránh biến dạng và dịch chuyển trong quá trình gia nhiệt và hàn. b Đầu tiên, hàn một lớp hàn bạc cao (khoảng 1mm) trên mặt đồng bằng ngọn lửa oxy-axetilen.
c Sử dụng dây hàn nhôm-silicon để hàn hồ quang argon khi hồ quang còn nóng; trong quá trình hàn, tâm hồ quang vonfram lệch về phía mối hàn nhôm (điều này khác với hồ quang vonfram argon trực tiếp của đồng và nhôm!);
Nguyên lý chỉ đạo của quy trình hàn: một là giảm thiểu hàm lượng đồng trong mối hàn, hai là cố gắng hàn đồng ở mặt đồng và hàn nhôm ở mặt nhôm.
d Góc nghiêng giữa mỏ hàn và vật hàn thường là 75~85º, khi bắt đầu hồ quang là 90º, sau đó duy trì góc nghiêng bình thường (nghiêng về phía nhôm).
Chiều dài của hồ quang vonfram thường khoảng 5mm và mối hàn càng mỏng thì chiều dài hồ quang càng ngắn.
f Đặt dây hàn nhôm đã đổ đầy vào mép hồ nóng chảy, góc giữa vật hàn và mối hàn nhỏ hơn 15º. Đầu dây không được tiếp xúc với hồ nóng chảy, nhưng phải luôn nằm trong phạm vi bảo vệ của argon. Không được nhấc dây hàn nhôm lên quá cao hoặc nghiêng quá lớn.
g Dây hàn nhôm cần được làm nóng trước cần thiết ở phía hồ quang, sau đó đưa vào tâm hồ quang để hợp nhất với ma trận nhằm tránh các đoạn dây hàn nhôm lớn.
h Nếu điện cực vonfram dính vào mối hàn, lúc này không được vội nhấc mỏ hàn lên, trước tiên bạn phải nhả công tắc điều khiển, sau đó lắc nhẹ mỏ hàn để điện cực vonfram tách khỏi mối hàn, nếu không điện cực vonfram sẽ dễ bị gãy.
i Khi đầu hàn hồ quang argon có khuyết tật như hố, vết nứt, sụp đổ thì cần tăng lượng dây hàn vào đầu hàn hồ quang argon một cách thích hợp, cải tiến công nghệ hàn hồ quang argon trong thời bình.
③ Mài theo yêu cầu kỹ thuật sau khi hàn.
2). Hàn hồ quang chìm
① Nhìn chung, mặt đồng được vát (thường là hình chữ U), còn mặt nhôm thì không vát.
② Trong quá trình hàn hồ quang chìm, hồ quang phải hướng về phía nhôm và khoảng cách bù tối ưu là 5~7mm.
③ Cần bổ sung các nguyên tố như Si, Zn, Ag, Sn vào mối hàn một cách thích hợp.
④Ví dụ về thông số hàn: độ dày của tấm đồng và nhôm là 10mm; khi đường kính hàn nhôm thẳng là ø2,5 và vật liệu là SAl2, dòng điện hàn là 400~420A, điện áp hàn là 38~39V và tốc độ hàn là 0,58cm/giây.
3). Hàn nhanh điện tử
Để tránh hàn chùm tia điện tử trực tiếp, pha θ của cấu trúc eutectic CuAl2 được hình thành trong mối hàn sau khi hàn và một lượng lớn pha η được thêm vào để làm cho kim loại mối hàn cứng và giòn. Ag thường được sử dụng làm lớp hợp kim trung gian. Một dung dịch rắn hòa tan lẫn nhau được hình thành, do đó, mối hàn tốt thu được bằng cách hàn với độ dày khoảng 1 mm Ag làm lớp trung gian.
4). Hàn nối nhanh đồng và nhôm
①Chuẩn bị trước khi hàn: a. Gia công mối hàn đồng-nhôm phải chính xác và thẳng về hình dạng. b Làm sạch bụi bẩn và oxit trên bề mặt. c. Xử lý ủ các chi tiết hàn đồng và nhôm (chi tiết đồng ở nhiệt độ 600~650 độ, giữ nhiệt trong 40~60 phút, làm nguội trong nước. Chi tiết nhôm ở nhiệt độ 400~450 độ, giữ nhiệt trong 40~60 phút, làm nguội bằng không khí) để giảm độ cứng, tăng độ dẻo và cải thiện chất lượng mối hàn.
②Hàn giáp mối chớp nhoáng có thể đẩy các hợp chất liên kim giòn ra khỏi mối hàn, gây ra biến dạng dẻo lớn ở bề mặt tiếp xúc và thu được mối hàn tốt hơn, đây là một trong những phương pháp quan trọng của hàn đồng-nhôm.
③Ví dụ về lựa chọn thông số của máy hàn giáp mối chớp cháy (sử dụng loại LQ{{0}}): bề mặt hàn giáp mối của các chi tiết hàn đồng và nhôm 6×60mm²; chiều dài kéo dài Cu29mm, Al17mm; áp suất cố định 0,44MPa; áp suất định hình 0,29MPa; thời gian nung 4,1 giây; thời gian định hình trực tiếp 1/50 giây; góc cam 270º.
5). Hàn ma sát
①Hàn ma sát nhiệt độ thấp (phương pháp hàn ma sát chính thống hiện nay):
a Là để kiểm soát nhiệt độ của bề mặt ma sát dưới nhiệt độ điểm eutectic đồng-nhôm là 548 độ, tức là hoàn thành hàn ma sát đồng-nhôm trong phạm vi nhiệt độ 460~480 độ. Phạm vi nhiệt độ này là phạm vi tốt nhất và có thể đạt được mối hàn đồng-nhôm đạt yêu cầu. đầu nối. Thuộc về hàn áp suất bán nung, và áp suất đảo ngược cần thiết trên một đơn vị diện tích nhỏ hơn so với hàn áp suất lạnh, nhưng lớn hơn so với hàn đối đầu chớp.
b Ví dụ về lựa chọn thông số kỹ thuật hàn ma sát nhiệt độ thấp: đường kính mối hàn đồng và nhôm ø10; tốc độ 450 vòng/phút; thời gian ma sát 6 giây; áp suất ép 392MPa; thời gian duy trì 2 giây; 12,6cm/phút; áp suất trước khi hàn 490~588N; áp suất ma sát 166~196MPa.
②Hàn ma sát nhiệt độ cao: a Trong quá trình hàn ma sát nhiệt độ cao, tốc độ tuyến tính quay có thể đạt tới 0.58m/s và nhiệt độ của bề mặt tiếp xúc có thể đạt tới điểm nóng chảy của nhôm (660 độ), vượt hoàn toàn so với nhiệt độ eutectic đồng-nhôm (548 độ). Ở nhiệt độ này, các nguyên tử đồng và nhôm trải qua phản ứng khuếch tán với nhau, có thể hình thành mối hàn tốt.
b Chuẩn bị trước khi hàn: Gia công mặt đầu đồng thành góc côn 90º; nung mối hàn đồng và nhôm; làm sạch sau khi ủ.
c. Ví dụ về lựa chọn thông số kỹ thuật hàn ma sát nhiệt độ cao: đường kính mối hàn đồng-nhôm ø10mm; tốc độ quay vòng/phút; tốc độ tuyến tính của vòng ngoài 0,71m/giây; áp suất ma sát hỗ trợ 147MPa; góc trục đồng 60º.
6). Hàn áp suất lạnh
Bản chất của hàn áp lực lạnh là sử dụng phôi hàn ở nhiệt độ phòng để tạo ra biến dạng dẻo, đẩy lớp màng oxit trên bề mặt tiếp xúc của phôi ra khỏi mối hàn, để các nguyên tử kim loại giữa các giao diện đạt đến khoảng cách hấp dẫn giữa các nguyên tử, kèm theo sự khuếch tán giữa các nguyên tử, tạo ra liên kết mạnh giữa các nguyên tử. Chủ yếu phù hợp để hàn đồng và nhôm các tiết diện vừa và nhỏ.
①Hàn đối đầu đồng và nhôm:
Hàn ép nguội đối đầu được thực hiện ở nhiệt độ phòng mà không cần bất kỳ nguồn nhiệt bên ngoài nào, cấu trúc kim loại không trải qua quá trình kết tinh lại và ủ mềm, cường độ của mối hàn không thấp hơn cường độ của kim loại cơ bản và diện tích mặt cắt ngang của mối hàn đối đầu nằm trong khoảng 1~1000mm². Máy biến áp, dây điện trên không, v.v.
b. Ví dụ lựa chọn thông số kỹ thuật cho mối hàn ép nguội đầu đồng-nhôm: ủ trước khi hàn; đường kính thẳng mối hàn đồng-nhôm ø10mm; chiều dài nhô ra của mỗi mối hàn: đồng 10mm, nhôm 10mm; rèn ép 3 lần; áp suất ép 333MPa.
②Hàn chồng đồng, nhôm:
a) Hàn ép nguội theo dạng tấm-tấm, dây-dây, dây-tấm, lá-lá, lá-tấm, v.v. của vật liệu nhựa đồng và nhôm, dạng mối nối tốt nhất là mối nối chồng. Hàn điểm nguội có thể được thực hiện theo cách tương tự như hàn điểm điện trở.
Hình dạng của đầu dò mối hàn là hình tròn: d=(1~2)δ; hình chữ nhật: a=(1~2)δ, b=5~6a.
Trong hàn nhiều điểm, sự phân bố phải so le và khoảng cách giữa tâm các điểm hàn phải lớn hơn 2d.
b. Ví dụ lựa chọn thông số kỹ thuật hàn áp lực nguội mối nối tháp đồng và nhôm: kích thước mối hàn 40×4mm²; chiều dài chồng mối hàn 70mm; số mối hàn 6; đường kính điểm chịu áp lực Al ø7, Cu ø8; tổng chiều dài đầu ấn Al 30mm, Cu 55mm; Khoảng cách tâm điểm là 10mm; áp suất là 235MPa.
7). Hàn tụ điện lưu trữ năng lượng
①Hàn tích trữ năng lượng điện dung là một dạng hàn điện trở đặc biệt, thuộc về hàn pha rắn. Bản chất của hàn tích trữ năng lượng là tích trữ năng lượng ở một dạng nhất định trước, sau đó giải phóng năng lượng đó qua mối hàn trong thời gian rất ngắn, tạo ra ngay lập tức một lượng lớn năng lượng nhiệt tại mối nối, đồng thời tạo thành mối hàn dưới quá trình đùn nhanh. Độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt của đồng và nhôm rất tốt, khi hàn phải áp dụng thông số kỹ thuật mạnh về dòng điện cao và thời gian ngắn. Hàn tích trữ năng lượng tụ điện đặc biệt thích hợp để hàn dây đồng và nhôm có tiết diện nhỏ. Đây là phương pháp lý tưởng để hàn dây đồng và nhôm hiện nay, nhưng các thông số quy trình của nó có thể được điều chỉnh trong phạm vi hẹp, vì vậy cần tuân thủ nghiêm ngặt các thông số quy trình hàn trước khi hàn. Sản xuất các mối hàn đồng-nhôm chất lượng cao.
②Ví dụ lựa chọn thông số quy trình hàn tích trữ năng lượng tụ điện cho dây mỏng đồng và nhôm: đường kính dây Alø1.81, Cuø1.56; điện dung 8000uF; điện áp hàn 190~210V; chiều dài kéo dài Al2.5mm, Cu2.0mm; áp suất nén 608MPa; Lực kẹp 2650N; Tỷ số biến áp 60:1.
8). Hàn khuếch tán chân không
①Hàn khuếch tán chân không chủ yếu dùng để chế tạo mối nối đồng-nhôm của thiết bị làm lạnh và thiết bị điện, thông số quy trình được kiểm soát rất nghiêm ngặt, chất lượng ổn định hơn hàn nóng chảy, hàn đồng thau và hàn giáp mối.
②Trước khi hàn, bề mặt mối hàn đồng-nhôm phải được thêm vào, mài, đánh bóng lại và làm sạch nghiêm ngặt, để thước kẻ có thể nhẵn và không có tạp chất. Các tấm đồng và nhôm được xếp chồng lên nhau và đưa vào buồng chân không. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hàn khuếch tán chân không của đồng và nhôm là: nhiệt độ gia nhiệt; áp suất hàn; thời gian giữ; độ chân không; chất lượng bề mặt của các bộ phận hàn, v.v.
③Ví dụ về lựa chọn các thông số kỹ thuật của hàn khuếch tán chân không đồng và nhôm: khi tiến hành hàn khuếch tán chân không đồng và hợp kim nhôm cứng ZAl2 có độ dày 0.2~0.5mm, nhiệt độ gia nhiệt là 480~500 độ; thời gian giữ là 10 phút; áp suất là 4,9~9,8MPa; độ chân không 1,33×10－²~1×10－³Pa.
9). Hàn
① Hàn ở nhiệt độ trung bình và thấp
Hàn xước: chọn HL501 (Zn58Sn40Cu2), thông số kỹ thuật thương mại chung là thanh đúc 5×20×350mm³, phương pháp hàn rất đơn giản, mối hàn đồng-nhôm được nung nóng đến khoảng 300 độ, không có bất kỳ chất trợ dung nào, hãy thử cạo mối hàn, nếu chất hàn không tan chảy, hãy tiếp tục nung nóng cho đến khi chất hàn lấp đầy mối hàn sau khi cạo.
BM51+M51-F: Nhiệt độ hàn của loại hàn và chất trợ dung này rất thấp ở mức 179 độ. Không thể nung nóng trực tiếp chất hàn trong quá trình hàn. Mối hàn đồng-nhôm phải được nung nóng, và nhiệt của mối hàn được sử dụng để làm tan chảy chất hàn. Có sẵn các dụng cụ gia nhiệt. : Mỏ hàn điện, súng khí nóng, súng phun khí hóa lỏng, đèn khò dầu hỏa, đèn khò xăng, đèn khò oxy-axetilen, v.v.
Hàn nhúng C: kim loại hàn phụ (Zn96~98%Pb2~4%), thuốc hàn là nhựa thông (C20H30O2) và tinh chất rắc khan (tỷ lệ lớn hơn 1), phương pháp hàn: mối hàn đồng-nhôm phủ dung dịch cồn nhựa thông Nhúng nhanh vào vật liệu hàn ở nhiệt độ khoảng 440 độ để hàn.
D WE CuAl-Q303: Vật liệu hàn này là dây hàn đồng-nhôm lõi thuốc. Nhiệt độ hàn khoảng 400 độ. Nó có bột hàn riêng và thuốc hàn hữu cơ không ăn mòn. Bột hàn tan chảy với lớp phủ kim loại và sẽ nhanh chóng phá vỡ kim loại đồng và nhôm. Lớp màng oxit bề mặt và sức căng bề mặt kim loại có thể ngăn ngừa quá trình oxy hóa trở lại. Bề mặt kim loại được làm ướt bằng bột hàn, do đó, chất hàn có thể lấp đầy toàn bộ đường hàn thông qua tác động mao dẫn. Thao tác đơn giản và thường không cần phải vệ sinh sau khi hàn.
E Giới thiệu các vật liệu hàn khác: WE53+WE53-F là dây hàn lõi đặc có thuốc hàn, nhiệt độ hàn khoảng 400 độ; XR-FC22, XR-FC0215, ER15, E9802, FR301, v.v. là dây hàn lõi thuốc hàn, thuận tiện hơn khi sử dụng.
②, hàn chân không nhiệt độ cao
chất hàn: AlSi12
b Chuẩn bị trước khi hàn: Ép kim loại hàn sợi thành tấm định hình có độ dày 0,5~1mm; làm sạch các bộ phận hàn đồng, nhôm và kim loại hàn.
C Lắp ráp: Sử dụng tấm thép không gỉ để lắp ráp và kẹp theo thứ tự nhôm-hàn-đồng, và xếp chúng thành từng lớp.
D lò hàn: bắt đầu hút chân không sau khi vào lò; khi độ chân không đạt 10-²Pa, khởi động thiết bị gia nhiệt; tốc độ gia nhiệt là 10~20 độ/phút, giữ ở mức 150 độ trong 5 phút, 350 độ và 540 độ trong 5 phút, sau đó liên tục làm nóng đến 624 độ, giữ nhiệt độ trong 6 phút rồi làm nguội; làm nguội xuống dưới 600 độ, tắt thiết bị gia nhiệt, làm nguội xuống dưới 450 độ, nạp nitơ để tăng tốc độ làm nguội, sau đó mở cửa lò sau khi làm nguội xuống dưới 100 độ.
10). Các phương pháp hàn khác
Ngoài các phương pháp hàn đồng, nhôm nêu trên, còn có thể sử dụng phương pháp hàn nổ, hàn siêu âm,...
