Діаграма стану алюміній - мідь свідчить, що в цій системі існує ряд стійких при кімнатній температурі хімічних сполук: Θ-фаза (AI2 Cu), η-фаза (AICu), ε2 фаза, δ-фаза (AI2 Cu3), γ2 фаза (AlCu2), γ-фаза (AI4CU9), Вони характеризуються високою твердістю і низькою пластичністю. При кімнатній температурі мідь має порівняно малої розчинність в алюмінії, незважаючи на схожість в кристалічному будові цих металів.
Інші сторінки, по темі
Зварювання алюмінію і міді
У порівнянні з поєднанням алюмінію з іншими металами (наприклад, нікелем, залізом) для взаємодії алюмінію з міддю характерні великі швидкості росту прошарків интерметаллидов і мала тривалість латентного періоду. Температурна залежність останнього має вигляд
Кінетика росту проміжних фаз описується рівнянням
у = 9,1 * 10 5 ехр (100 / RT) τ - 3,46 * 10 2 ехр (30 / RT).
Ця залежність добре узгоджується з експеріментальниміданнимі.
Наявність латентного періоду дозволяє отримувати високоякісне з'єднання безпосередньо алюмінію з міддю, такими методами зварювання тиском, які використовують відносно невисокі температури при малій тривалості впливу. Зазначені закономірності виникнення і зростання інтерметаллідних прошарків ведуть до того, що для кожного способу існує досить вузький діапазон значень технологічних параметрів режимів зварювання і температурновременних умов експлуатації біметалічного з'єднання. Робота биметалла Аl + Cu допускається при температурі, що не перевищує 400 o С, щоб уникнути інтенсивного росту дифузійного шару і різкого погіршення механічних властивостей. При нагріванні вище зазначеної температури в поєднанні алюміній + Л96 в міру її росту і збільшення тривалості витримки зразка йде освіту δ-фази, яка дифундує в латунь, в результаті чого з'являються γ2 фаза і α-твердий розчин. Насичення δ-фази з іншого боку алюмінію веде до утворення Θ-фази.
Схильність до утворення хімічних сполук - основний ускладнює фактор при зварюванні алюмінію з міддю. Особливості поєднання фізичних властивостей міді та алюмінію такі, що в більшості випадків не викликають додаткових ускладнень. Так, різниця в 1,5 рази коефіцієнтів термічного розширення не при водить до небезпеки руйнування з'єднання, так як обидва матеріали високопластичний. При зміні температури обидва матеріали виявляють однакові тенденції до зміни механічних властивостей, при низьких температурах зберігають високу пластичність. Коефіцієнт тепло- і температуропровідності міді з підвищенням температури в діапазоні 0. 600 o С дещо знижується, а для алюмінію зростає майже в 2 рази в діапазоні 150. 600 o С. При 500 o С значення коефіцієнта теплопровідності вирівнюється, а при подальшому зростанні температури значення цього параметра для алюмінію стає вище.
Оксиди міді менш хімічно стійки. Пружність парів дисоціації для Cu2 O при 727 o С становить 1,8. 10 -1 Па, для CuО при 900 o С дорівнює 1,18. 10 -3 Па, для АI2 O3 при 727 o С 1,5. 10 -15 Па. Товщина оксидної плівки на міді в 1,5 - 2 рази більше, ніж на алюмінії. На повітрі при нагріванні СuО прагне перейти в Сu2 O.
Зварювання алюмінію і міді проводиться різними методами зварювання тиском і плавленням.
Сварка тиском здійснюється методами холодної зварювання, прокаткою, тертям, ультразвуком, дифузійної, магнітно-імпульсної, вибухом.
Холодна сваркаалюмінія і міді застосовується головним чином для місцевого плакирования алюмінієвих деталей міддю (струмопровідні елементи трансформаторів, шинопроводи, струмопідведення до електролізерів) точковим зварюванням, отримання стикових з'єднань проводів, шин і інших елементів компактних перетинів. Матеріал заготовок - технічно чиста мідь і алюміній.
Методом холодної прокатки отримують біметалічні листи, смуги (карткова і рулонний прокат). Ступінь обтиснення при зварюванні прокаткою 60. 75%.
У зв'язку з необхідністю створення в зоні з'єднання спрямованого течії металу ця специфіка процесу накладає певні обмеження на співвідношення товщини вихідних заготовок. У зв'язку з цим отримати листовий матеріал при товщині> 4 мм і малій товщині плакуючого шару важко або неможливо. Для електротехнічної промисловості отримують шаруватий матеріал з мінімальною товщиною мідного покриття 0,1. 0,8мм.
При місцевому плакуванням міддю алюмінієвих деталей точкової холодної зварюванням глибина вдавлення пуансона в 2 - 3 рази перевищує товщину плакируют міді. Особливих обмежень на товщину алюмінієвих деталей в цьому випадку немає. Недолік методу наявність вм'ятин від інструменту на поверхні деталі.
Принципових обмежень на розміри перетинів при зварюванні в стик, крім можливостей самого обладнання, немає. Реально зварюють елементи з площею перетину до 1000 мм 2. Техніка підготовки та зварювання не відрізняється від загальних технологічних закономірностей холодної зварювання.
При цьому способі зварювання освіту интерметаллидов виключено, так як процес йде без попереднього нагрівання.
Більш широка номенклатура товщина і матеріалів заготовок для виготовлення шаруватих листів може бути отримана гарячої прокаткою. Заготовки при цьому нагрівають до 450 ° С. Для захисту металу (міді) від окислення використовують двохстадійний процес: попереднє обтиснення при першому проході на 65. 80% від сумарного обтиску для зменшення контакту з повітрям робочої поверхні мідної заготовки; прокатку нагрітого пакета в вакуумі, вакуумованих конвертах, аргоні.
Поширений спосіб гарячої про катки, коли нагрівання піддається тільки алюмінієва заготівля, а холодні плакируют мідні листи накладаються безпосередньо перед операцією обтиску. Такий прийом знижує ступінь окислення. Обтиснення ведеться двостадійна: на першому проході 40. 45%. Сумарне обтиснення 75%.
Гарячої прокаткою отримують плакований алюміній при товщині мідного шару 1,5. 2,5 мм. Для поліпшення механічних властивостей (підвищення межі міцності> 100 МПа і кута загину до 110. 180 °) багатошарові листи піддаються термічній обробці при температурі 250. 270 о С протягом 2. 8 ч.
Позитивні результати дає використання бар'єрного шару з аустенітної сталі (12Х18Н10Т), що дозволяє уникнути охрупчивание і зберегти міцність алюмомедная листа навіть після нагрівання до 500 о С.
При зварюванні тертям і ультразвукової номенклатура зварювальних алюмінієвих і мідних сплавів ширше. Основна особливість, притаманна цим методам, полягає в тому, що в силу їх специфіки із зони з'єднання безперервно йде евакуація небажаних продуктів взаємодії матеріалів (интерметаллидов). При зварюванні тертям міді зі сплавом АМц на шліфах спостерігається переривчаста вузька (1,5 мкм) зона интерметаллидов.
Зварювання тертям накладає обмеження на конфігурацію перетину заготовок.
Для отримання високоякісного з'єднання необхідними умовами є перпендикулярність поверхні торця до осі заготовки та попередньо знімає наклепу шляхом відпалу, видалення окалини і знежирення поверхонь, що труться. Алюмінієву заготовку розміщують в осадової матриці, що дозволяє компенсувати різницю в пластичних властивостях зварювальних матеріалів. Цикл тиску - ступінчастий. Проковування дає додаткові можливості руйнування і часткової евакуації з площини стику інтерметаллідним прошарку. Для діаметрів заготовок 20. 30 мм тиск при нагріванні і осаді відповідно 30. 40 і 110. 200 МПа. Сумарна осаду 14. 20 мм. Одержана підключення при випробуваннях руйнується по алюмінію.
При ультразвукової зварюванні з'єднання виконується внахлестку точками або безперервним швом. В силу специфіки процесу товщина заготовки, з боку якої підводяться коливання, обмежена величиною порядку 1,2. 1,5 мм через гістерезисних втрат в товщі матеріалу.
Дифузійне зварювання міді з алюмінієм і деякими його сплавами дає доброякісні з'єднання при максимально можливе обмеження температури нагріву, часу зварювання і при використанні бар'єрних підшарів і покриттів. Як матеріал таких шарів можна використовувати цинк, срібло, нікель.
При зварюванні вибухом через короткочасність взаємодії матеріалів при високих температурах інтерметалліді не встигають утворитися або їх кількість незначна. Зварні шви мають високі механічні властивості. Міцність з'єднання при цьому вище міцності основного матеріалу в результаті наклепу і більшої протяжності поверхні зчеплення через її волнистости. Процес дозволяє отримувати нахлесточного поєднана в різних варіантах по практично будь-якої площі. Обмеження накладаються на максимальну товщину метану заготовки через небезпеку її руйнування при утворенні другого перегину в процесі деформування під впливом продуктів розкладання вибухових речовин (ВВ). Обмеження на мінімальну товщину заготовки пов'язане з появою нестабільності процесу детонації при надмірному зменшенні товщини шару ВВ.
Магнітно-імпульсна зварка алюмінію і міді має схожу зі зварюванням вибухом при роду утворення з'єднання, що дозволяє отримувати доброякісні з'єднання з мінімальною кількістю інтерметаллідним фази. Найбільш просто зварюються телескопічні поєднана. Товщина і диметр заготовок обмежені можливостями обладнання (головним чином ємністю конденсаторних батарей, довговічністю індуктора). Реально зварюють трубні заготовки діаметром до 40 мм при товщині стінки порядку 1,0. 0,2 мм.
Електролітичне нанесення на мідну кромку шару олова або цинку при зварюванні металу малої товщини (3. 8 мм) дозволяє отримувати хороші з'єднання, так як шар покриття, що виконує роль бар'єру, крім того створює перед рухається хвилею рідкого металу прошарок, що полегшує змочування поверхні розплавом алюмінію.
Є досвід створення більш складних покриттів: нанесення електролітичним шляхом на мідну заготовку шару нікелю товщиною близько 50 мкм і потім алитирование в розплаві алюмінію (Т = 810. 820 о С, час 10. 20 с). Можливо покриття поверхні міді оловом або свинцево-олов'янистим припоєм методом лудіння.
Легування шва кремнієм при аргонодугового зварюванні проводять через присадний метал (дріт типу АК5).
Застосування більш жорстких режимів зварювання, ніж необхідно для зварювання алюмінію, сприяє отриманню задовільної якості з'єднання. Зі зменшенням швидкості зварювання збільшується перехід міді в шов, зростає час перебування зони контакту матеріалів при температурі інтенсивного росту інтерметалідів. Рекомендується вибирати погонну енергію зі співвідношення: q / V = (18,8. 20,9) δ, де δ - товщина зварюваного матеріалу.
Зсув електрода в сторону більш теплопровідної міді має становити (0,5 - 0,6) δ.