铜和铝金属材料具有良好的导电性、导热性和延展性，以及优良的理化和加工性能; 广泛应用于电气、机械制造、汽车、新能源等领域[1]。 能否实现铜铝异种材料的有效连接[2]直接决定了铜铝金属的应用范围。 大量研究证明，传统的熔焊无法实现铜铝异种金属之间的良好连接[3]，因为铜铝金属的熔点、导热系数、线膨胀系数等物理性质相差很大，两种金属在凝固过程中会产生大量的金属间化合物， 金属间化合物属于硬脆相，不仅会降低焊缝的强度，还会增加金属电阻值。前苏联学者里亚博夫[4]对铜和铝异种金属材料进行了一系列熔焊研究。 通过在铜侧开一定角度的坡口，采用埋弧焊和非熔化惰性气体保护气体焊（TIG）焊接铜铝，所得接头综合力学性能较差。 如果通过预先在铜表面镀上复合金属（AG、ZN、SN、NI）大大提高焊接接头的力学性能，则基本可以满足设计要求。 例如，当涂层厚度为60 m时，铜面斜面为75°，得到比较理想的焊接接头，分析为涂层减少了金属间化合物的形成，减小了金属间层的厚度，从而提高了焊缝的力学性能。 但由于镀层金属成本高，制造难度和成本增加，该工艺方法的应用存在很大的局限性，尚未得到大规模应用和推广。
固态焊接由于母材不熔化，需要较少的焊接热输入，比传统熔焊更适合连接异种金属。 因此，固态焊接技术在铜铝异种金属的焊接中具有很大的优势，并且与传统的熔焊相比，所得到的焊接接头的综合力学性能也大大提高。 搅拌摩擦焊、超声波焊接、电磁脉冲焊接等固相连接方法已成为国内外学者研究铜铝异种焊的热点，并取得了丰硕的成果。 钎焊作为一种古老的连接技术，更适合于异种金属之间的焊接，使用熔点低于母材的金属作为钎焊金属，将焊件和钎焊金属加热到低于母材熔点的温度，液体钎焊金属会润湿母材， 将接头间隙填充并用母材扩散形成焊缝，从而实现铜铝焊接。近年来，随着激光技术的成熟和进步，激光焊接逐渐应用于铜铝焊接，特别是在高品质和新能源动力电池领域。
Lee[5]等[5]采用传统的搅拌摩擦焊方法将纯铜和1050铝合金焊接并退火，分析了焊缝中金属间化合物的生长规律对焊接接头电阻率和综合力学性能的影响。 结果表明，当金属间化合物的宽度为21 m时，电阻率为45 cm。 当金属间化合物的宽度增加到 107 时在5 m处，电阻率变为85 cm，抗拉强度随金属间化合物的增加而降低，断裂位置从铝侧的热影响区向整个金属间层转变。 欧阳等[6]采用搅拌摩擦焊（FSW）研究了铜与6061铝合金的对接，发现焊接接头的机械混合区域主要由CUL2、CUAL和CU9AL4组成。 该区域的显微硬度范围为 HV02 136~760。由于脆性金属间化合物的形成，铜铝异种金属的搅拌摩擦焊接困难。 南昌航空大学的柯黎明等[7]也利用搅拌摩擦焊（FSW）研究了工业纯铜T1与防锈铝LF6的对接接头，结果表明，搅拌头转速与焊接速度之比直接影响焊缝的致密度和显微组织。 当板材较薄时，焊接工艺参数窗口大，焊缝成型良好，因为接头内部有很强的塑性流动，减少了金属间化合物的形成。
电磁脉冲焊接起源于上世纪70年代初，属于固相键合的一种，非常适合异种材料之间的焊接，因为它可以实现性能相似或不相近的金属之间的良好连接。 张杰[8]尝试采用电磁脉冲焊将T3纯铜与LF21防锈铝焊接在一起，分析了焊缝的显微组织，并测试了焊缝的表面硬度值和接头的力学性能。 结果表明，焊接接头的抗拉强度为137 MPa，分别为母材LF21防锈铝的110%和T3纯铜的51%。 接头屈服强度为60MPa，达到LF21防锈铝的102%和T3纯铜的88%，在接头的综合力学性能方面获得了高质量的焊接接头。 两个金属电磁脉冲焊接接头的最大硬度出现在LF12防锈铝的侧面，最大值为HV 118，这主要是由于T3纯铜和LF21防锈铝在焊接过程中扩散，在焊缝周围产生剧烈的位移反应，生成-Al固溶相和Cual2化合物。 此外，焊缝的主要成分是-Al固溶相、Cual2相和Cu相。
为了研究电脉冲焊接与异种金属焊接的区别，Raoelison等[9,11]采用不同的方案研究了这个问题。 在相同的环境条件下，对Cu Al和Al Al应用相同的焊接参数和设备，结果表明，Cu Al异种金属产生金属间化合物，而AlAl产生连续的金属键合。 因此，Cu Al接头的综合力学性能较低，焊缝容易发生脆性断裂，而Al A一般具有良好的力学性能，韧性断裂往往是由于拉伸过程中的塑性变形造成的。
由于母材不熔化，而是依靠钎焊金属将两种金属连接起来，因此更适合于异种金属之间的焊接。 Sun等[12]研究了铜和铝的直接钎焊，分析了钎焊金属、助焊剂和工艺参数对铜铝钎焊的影响。 结果表明，在选择正确的钎焊金属和助焊剂的前提下，通过降低钎焊温度、减少钎焊时间、调整焊缝间隙和母材表面光洁度、进行焊后处理等方式，可以得到理想的钎焊接头。 南京航空航天大学的薛松柏等[13]采用火焰钎焊方法在中温钎焊中实现了铜和铝的良好连接，并选择了改进的无腐蚀助焊剂和中温钎焊金属，大大减少了铜和铝之间金属间化合物的形成。
日本广岛大学Koyama等[14]对Cu Al进行了真空钎焊研究，使用的钎焊金属为Alsimgbbi合金，结果表明，钎焊温度在520-580 °C之间最合适，焊缝中存在Cual2和Cu3Al2两种金属间化合物， 焊件拉伸试验的断裂发生在金属间化合物处，接头强度与金属间化合物的种类有关。李亚江在山东大学的研究课题组也研究了铜铝异种金属的真空钎焊工艺和接头微观结构[15]。 结果表明，通过控制加热温度、保温时间和真空度等工艺参数，可以获得优良的铜铝焊接接头，接头界面面积主要由铜侧过渡区、钎焊缝和铝侧过渡区组成，并产生少量金属间化合物， 对焊接性能有重要影响。
激光焊接作为一种新型焊接方法，与传统焊接相比，具有能量密度高、热影响区窄、长宽比大、热输入低等特点。 薛志清等[16]研究了铜铝板的激光焊接，分析了接头的组织和力学性能。 结果表明：节理的微观结构由板条状共晶区、层状共晶组织和枝晶亚共晶区组成，获得了力学性能优良的焊接接头;
在提高铜铝异种金属接头抗拉强度方面，研究人员提出了不同的优化方法，如增加铜铝合金焊缝中铝的比例，充分发挥激光焊接功率的能量调节作用。 特别是近年来，复合激光技术的应用可以精确调节焊接过程中激光的功率密度和分布，提高焊接稳定性，减少焊接飞溅。
来自通用汽车公司和德克萨斯州南卫理公会大学的学者[17]对铜铝异种金属的激光焊接进行了深入研究。 他们使用光纤激光器和圆盘激光器对铜和铝进行研磨焊接，并分析了焊缝微观结构的显微硬度和剪切强度。 此外，还采用四点试验法研究了焊缝电阻率的变化规律。 结果表明，影响焊缝质量和外观的主要因素是上面的母材类型，当铝在顶部时，焊缝表面会明显凸起，铜和铝的熔深较浅。 当采用铜-铝-铜或铝-铜-铝“三明治”结构搭接焊接时，由于焊缝中形成金属间化合物，接头的显微硬度和电阻率很大。 他们认为，通过调整焊接工艺参数可以优化焊缝质量，但还需要进一步的研究来证明这一点，特别是焊缝中金属间化合物的形成机理需要大量的探索性研究工作。
铜和铝本身的一些特性决定了传统的熔焊方法很难实现良好的连接，而搅拌摩擦焊、电磁脉冲焊等固相连接方法更适合铜铝之间的焊接，国内外研究人员也对此做了大量的实验研究，并取得了丰硕的成果。 此外，只要选择合适的钎焊金属和助焊剂，也可以获得理想的钎焊接头。 最后，激光焊接技术极大地推动了铜铝连接的应用，特别是在高品质和新能源动力电池领域。 复合激光焊接技术和环形点焊是近年来的新型激光焊接，在提高焊接稳定性和减少焊接飞溅方面具有很大的优势，其焊接机理和应用结果有待进一步研究和完善。
引用。 1.陆旭. 抓住火灾的真正罪魁祸首 - 过流。 金属世界。 2023(03): 25-28 .
2.涂佳喜， 吴洪艳， 刘冠鹏， 陈玉华. 微丝和异质材料多股线平行电极电阻钎焊装置的设计与焊接工艺. 精密成型工程。 2023(08): 211-219 .
文章** — 金属世界。