鎢銅合金與鉻青銅的慣性摩擦可焊性淺析

丁珂

摘 要：隨著國內各零部件產業的不斷發展，可靠、耐用、高性能、低成本已經成為部分組件產品批量生產的重要條件。而接線端子作為傳遞電信號的重要媒介，一直受到廣泛關注。為了保證良好的導電性，傳統接線端子多以銅為原材料就行制作，但是鉻青銅其不耐高溫的特性，會讓其在某些情況下發生失效。

關鍵詞：接線端子 鉻青銅 鎢銅合金 慣性摩擦焊 可焊性

本文以此為背景，對端子整體結構進行改進，將鎢銅合金作為端子一部分，將鉻青銅作為端子另一部分，用慣性摩擦焊對這兩端的結合，并對焊接的可行性進行簡要分析。

1.焊接材料

由于鉻青銅（QCr0.5）導電性較好，所以常將其用來制作接線端子。但其不耐高溫，這就導致在出現電壓擊穿的情況下，電弧產生高達2000℃的瞬時溫度，會將銅合金所制端子燒毀。而鎢銅合金（W80Cu20）的耐高溫性能較好，且耐電弧燒灼，但是其導電性相對于銅合金稍弱，所以考慮將鎢銅合金與鉻青銅兩種材料混合使用。為了增加焊接強度，將好焊接試樣制成如圖1所示，接觸面直徑為Φ10mm。

2.采用焊接方式-慣性摩擦焊

河南科技大學的王宇飛，楊蘊林，王長生的研究表明，超塑性焊接形成的接頭，鉻青銅一側焊合區內組織明顯細化，然后逐漸過渡為均勻等軸晶組織，晶粒形狀和尺寸與壓接前相比基本未發生變化。焊合形態較好，無明顯缺陷。鎢銅合金一側組織沒有明顯變化，局部界面處存在有機械結合區、顯微空隙等焊合不良的微觀缺陷[2]。雖然這些缺陷大多出現在距預留倉較遠的界面處，但是后續可能會對接頭的力學性能產生一定的影響。

慣性摩擦焊成本低，環境清潔、安全，且焊接精度高，所以其應用較為廣泛。

在慣性摩擦焊接中將待焊工件分為旋轉端工件和移動端工件，焊接過程中，先利用飛輪為旋轉端工件儲存動能，當飛輪帶動旋轉端工件達到設定的轉速時飛輪與主軸電機脫開，移動端沿水平方向朝旋轉端移動，然后在焊接壓力的作用下，兩端焊件接觸摩擦并牢固的焊接在一起。

相比與其他焊接形式，慣性摩擦焊需要控制的參數相對單一，只需要控制調整主軸轉速、轉動慣量以及摩擦壓力這三個因素，就可以完成焊件的可靠連接，且穩定性高，所以近年來發展迅猛[1]。

試驗要求兩段材料均為回轉體，且其橫截面及長度相同，所以對其放置位置暫無要求。故計劃可采用慣性摩擦焊進行焊接。

3.焊后淺析

為了驗證兩材料焊接后結合面的強度以及可靠性，對焊接接頭進行了拉伸強度試驗，結果如圖2所示。結果顯示，接頭抗拉強度可以達到166MPa，滿足使用要求，但其斷后延伸率極低，所以初步判斷斷裂形式可能為脆性斷裂。為了進一步判斷其斷裂形式，對焊接接頭進行金相實驗。

金相實驗結果如圖3、4所示。圖3左側為鉻青銅，右側為鎢銅合金。不難看出，兩個材料之間出現了清晰的界面，鉻青銅側向鎢銅合金一側出現明顯擴散。但是由于鎢銅合金強度相比鉻青銅要高，所以鎢銅合金一側的組織變化較小。如圖4所示，鎢銅合金一側，晶粒仍多為大小超過2μm的大晶粒。

總結

綜上可得，采用慣性摩擦焊將鎢銅合金和鉻青銅進行結合得到接頭強度滿足使用條件，有望應用到實際生產中。但后續需要對其焊接參數進行進一步研究，以保證產品性能。

參考文獻

[1]雷玉成，陳西章，朱強.金屬材料焊接工藝[M].北京：化學工業出版社，2007.

[2]王宇飛，楊蘊林，王長生.鎢銅合金/鉻青銅復合結構電觸頭的超塑焊接[J].河南科技大學學報，2006，27（1）：1-4