在自然界中，銅的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性僅次于銀而居第二位，銅與人的親和性僅次于鈦。鋁銅釬焊爐正因如此，銅在電的傳輸、熱量交換和生活用品領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。但是，銅是人類利用的金屬，銅的過早、過度開發(fā)應(yīng)用造成了銅的資源性短缺。

銅的資源性短缺和近幾年銅價(jià)的居高不下，促使科技工作者尋求銅的替代品。在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的金屬中，鋁的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性僅次于銀、銅、金，而居于第四位。另一方面，銅在地殼中的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.01%，鋁的含量高達(dá)8%。因此，以鋁代銅的研究和應(yīng)用具有廣泛的前景和深遠(yuǎn)的意義。

在以鋁代銅的應(yīng)用中，鋁銅的連接是必由之路。近幾年，鋁銅釬焊爐在電力電器器件和熱交換器器件的生產(chǎn)中衍生了鋁銅異種金屬的焊接技術(shù)，摩擦焊、爆炸焊等壓力焊是可行的技術(shù)方案，但是設(shè)備投資較大、工藝繁雜，其成本和生產(chǎn)效率都不如使用鋁銅釬焊爐釬焊。

目前，鋁銅釬焊爐釬焊中的疑難問題是鋁銅電極電位差值大和釬料溫度過高易引起鋁的溶蝕。鋅基釬料能較好地解決這些問題，但釬焊過程中用到的反應(yīng)釬劑添加困難，尤其是釬劑對(duì)水的禁忌使鋅鋁釬料不便應(yīng)用。曾經(jīng)，鋅鎘釬料較好地解決了鋁銅的釬焊，但鎘的公害不符合環(huán)保要求；鋅錫銅釬料解決了環(huán)保問題，但工藝性差，并且釬縫不耐高溫。

本文研究的鋁銅釬焊爐藥芯鋅鋁焊絲較好地解決了上述問題。

1．藥芯鋅鋁焊絲及其制造工藝選擇

藥芯鋅鋁焊絲的制造工藝可以借鑒藥芯鋁焊絲的制造方法，藥芯鋁焊絲的制造工藝常見的有鋁帶軋制、盤元填粉和管狀焊絲等。其中，只有管狀焊絲法獲得的是無縫藥芯焊絲，其原材料為成盤的鋁管、金屬粉和焊劑。

管狀焊絲法制造藥芯焊絲是先把藥芯粉末混勻，燒結(jié)成燒結(jié)焊劑形態(tài)，然后填入管中（直徑為16～25m m ），通過振動(dòng)使藥芯填實(shí)，再經(jīng)軋、粗拔、退火、細(xì)拔、層繞等工序制出成品。研究過程中曾經(jīng)試驗(yàn)過這種方法，將釬劑粉裝入鋅鋁合金管中，經(jīng)過軋制、拉拔和擴(kuò)散退火，zui終形成管狀焊條。其主要問題是生產(chǎn)效率低，藥粉填充系數(shù)不穩(wěn)定。

其他藥芯焊絲制造方法獲得的焊絲都是有縫的，不適于制造藥芯鋅鋁焊絲。

本文研究的層流擠壓法是利用等溫?cái)D壓技術(shù)制造藥芯鋅鋁焊絲，等溫?cái)D壓技術(shù)可以獲得填充系數(shù)穩(wěn)定的藥芯焊絲毛坯。

2．無縫藥芯鋅鋁焊絲成分設(shè)計(jì)

無縫藥芯鋅鋁焊絲的基體材料選用鋅鋁或鋅鋁銀合金。為改善釬料的綜合性能，還添加了鎳、錳、硅、銅、鎂和稀土。

無縫藥芯鋅鋁焊絲的藥芯填充物必須滿足兩個(gè)條件：焊絲在存放過程中藥芯與焊絲基體不發(fā)生反應(yīng)，焊后殘留物易于清除。

3．藥芯鋅鋁焊絲橫截面設(shè)計(jì)

在藥芯焊絲的發(fā)展歷程中，為了提高藥芯焊絲的使用性能，發(fā)明了各種各樣橫截面的焊絲。試驗(yàn)中試制了6芯到單芯的藥芯焊絲，以尋求理想的截面形狀。

下圖是研究中擠壓的藥芯鋁焊料的橫斷面，從左到右藥芯數(shù)分別為6、4、3、2、1、0。

研究過程中，從制造技術(shù)難度和使用性能兩方面進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比。在制造方面研究了熔鑄方式、鑄錠形狀、擠壓工藝等技術(shù)環(huán)節(jié)的可行性和可靠性。在使用方面考察了藥芯鋅鋁焊絲的釬焊工藝性和接頭力學(xué)性能。

從焊劑填充可行性方面看單孔和兩孔zui優(yōu)，從使用可靠性方面看孔越多可靠性越好。綜合各方面的試驗(yàn)結(jié)果，三孔的橫截面形式綜合性能zui優(yōu)。

4．無縫藥芯焊絲的技術(shù)特點(diǎn)

無縫藥芯焊絲是鋁銅釬焊連接的技術(shù)成果，是鋁銅釬焊用料的升級(jí)換代產(chǎn)品。其主要成分由鋅鋁銅和無腐蝕性氟鋁銫鹽組成，其釬焊工藝性、接頭力學(xué)性能和接頭導(dǎo)電性均優(yōu)于鋅鎘、鋅錫銅釬料。

該釬料適宜火焰釬焊、感應(yīng)釬焊、電阻釬焊和爐中釬焊等多種釬焊工藝，尤其適宜非乙炔火焰釬焊。使用過程無需另加釬劑，自帶焊劑環(huán)保、無腐蝕，焊后殘留釬劑無需去除。

藥芯焊絲在使用時(shí)無需手工添加釬劑，簡(jiǎn)化工藝、提高工效；焊絲是無縫的，釬劑永不遺漏，工人和設(shè)備不受粉塵污染；無縫焊絲便于長(zhǎng)期保存而不變質(zhì)，可以制環(huán)而不漏粉。藥芯填充系數(shù)穩(wěn)定、釬劑釬料比例準(zhǔn)確，即確保焊接質(zhì)量又杜絕浪費(fèi)。

鋁銅釬焊爐廣泛用于電力電器、信息電子、不銹鋼制品、制冷行業(yè)、電熱電器和五金制品等行業(yè)。不需專用焊接設(shè)備和特殊生產(chǎn)場(chǎng)地，即可實(shí)現(xiàn)環(huán)保、便捷、安全的鋁銅連接。其中銅包含常見的銅合金，鋁主要指1系列、3系列和6系列和部分4系列。

5．藥芯鋅鋁焊絲釬焊的接頭性能

無縫藥芯鋅鋁焊絲主要用于鋁銅接頭的釬焊，與同種類的實(shí)芯釬料相比，焊絲熔敷效率高、焊劑配比穩(wěn)定，與同規(guī)范的實(shí)芯焊絲相比，焊絲的塑性略差、潤(rùn)濕性相當(dāng)，具有操作方便、釬焊效率高、焊接穩(wěn)定及焊縫可靠性高的特點(diǎn)。

無縫藥芯鋅鋁焊絲的熔化溫度范圍為648～661K。釬焊鋁鋁接頭時(shí)連接抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到62MPa，釬焊鋁銅接頭時(shí)連接抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到78MPa。

6．應(yīng)用特點(diǎn)

（1）接頭設(shè)計(jì) 接頭間隙（單邊）應(yīng)控制在0.08～0.2mm。由于鋅鋁極易互溶，藥芯焊絲對(duì)鋁的填縫能力較強(qiáng)，但在鋁表面的流鋪長(zhǎng)度有限，焊縫接頭長(zhǎng)度一般不要大于30mm。

（2）焊前處理 釬焊前接頭處應(yīng)清洗干凈，可以采用堿液、金屬清洗劑。特別提醒：將接頭拋光的做法是不可取的，尤其是對(duì)銅的拋光，這樣做是不利于焊接的。

（3）焊槍及焊嘴 優(yōu)先選用兩面加熱的雙頭焊槍和多孔焊嘴。有多噴孔的焊嘴會(huì)噴出較寬的火焰帶，從而能對(duì)部件進(jìn)行更柔和均勻的加熱，不容易燒穿工件。

（4）燃?xì)膺x擇常用的氣體為氧氣/丙烷、氧氣/甲烷、氧氣/天然氣以及氧氣/乙炔。不推薦使用氧乙炔火焰，但是氧乙炔火焰不是不能使用。

（5）特殊現(xiàn)象 與常規(guī)釬焊過程中釬劑先于釬料熔化不同，藥芯焊絲是釬料先熔化釬劑后熔化，這是由于釬劑熔化溫度略高于釬料，這就要求在釬焊起始階段先把工件預(yù)熱到450℃以上。

（6）加熱施焊 火焰必須不斷地在焊縫前后來回地移動(dòng)，應(yīng)避免長(zhǎng)時(shí)間對(duì)準(zhǔn)某一點(diǎn)以使整個(gè)焊縫部位同步達(dá)到釬焊溫度。由于銅的熱焓大、導(dǎo)熱性好，加熱時(shí)應(yīng)將熱源偏向銅側(cè)，或者優(yōu)先提高銅側(cè)的溫度。當(dāng)鋁表面出現(xiàn)黃色火焰時(shí)則表明出現(xiàn)過熱/過燒現(xiàn)象，藥芯焊絲的添加時(shí)機(jī)應(yīng)在溫度接近焊絲熔點(diǎn)且黃色火焰出現(xiàn)之前。添加方式應(yīng)避免焊絲與焊縫垂直接觸，而應(yīng)保持一定的傾角，以增加接觸面積，并且應(yīng)盡量避免火焰直接對(duì)準(zhǔn)焊絲加熱，可以用火焰余熱和母材熱傳遞來熔化焊絲。

（7）焊后處理 冷卻后不需進(jìn)一步處理，釬劑殘余物雖可見但無腐蝕性，不吸潮且附著牢固。如確有需要?jiǎng)t建議采用物理方法清除，如浸泡后采用金屬絲刷去除。

7．結(jié)論

（1）鋅鋁釬料適于鋁銅連接的釬焊，加入銀、錳、硅等元素可以提高接頭強(qiáng)度，增加接頭的耐腐蝕性。

（2）無縫藥芯鋅鋁焊絲的綜合性能優(yōu)于有縫藥芯焊絲，主要表現(xiàn)在存放和釬焊工藝穩(wěn)定性方面。

（3）在藥芯鋅鋁焊絲的生產(chǎn)中，采用基于層流流變條件下的等溫?cái)D壓技術(shù)是制造藥芯鋅鋁焊絲的有效途徑

（4）采用無藥芯鋅鋁焊絲釬焊鋁銅器件，可以大大提高生產(chǎn)效率，穩(wěn)定焊接質(zhì)量。