冷压焊和热压焊

发布者:admin 发布时间:2019-10-27 14:19 浏览次数:

  冷压焊和热压焊_物理_自然科学_专业资料。第7章 冷压焊和热压焊 1 冷压焊的特点和工艺 2 冷压焊的应用 3 热压焊的特点和工艺 4 热压焊的应用焊 §7.1 冷压焊的特点及工艺 一 冷压焊的特点 cold pressure weldi

  第7章 冷压焊和热压焊 1 冷压焊的特点和工艺 2 冷压焊的应用 3 热压焊的特点和工艺 4 热压焊的应用焊 §7.1 冷压焊的特点及工艺 一 冷压焊的特点 cold pressure welding 在室温条件下,借助压力使待焊金属产生塑性变形而实现 固态焊接的方法冷压焊是在常温下只靠外加压力使金属产生强 烈塑性变形而形成接头的焊接方法。加压变形时,工件接触面 的氧化膜被破坏并被挤出,能净化焊接接头。所加压力一般要 高于材料的屈服强度,以产生60~90%的变形量。加压方式可 以缓慢挤压、滚压或加冲击力,也可以分几次加压达到所需的 变形。 ?结合机理:国内主要观点:无扩散理论,属晶间结 合 国外:薄膜理论,位错学说 ,扩散理论 ,再结 晶理论,能量学说 等 1 焊接在允许的形变速度之下不会引起接头升温,也不存在界面 原子的扩散,固没有软化区、热影响区和脆性金属中间相。 2 结合面呈现复杂的峰谷和犬牙交错的空间形态,接触面大,同 种金属接头强度不低于母材。异种金属接头强度不低于金属强度 3 结合界面大,又无中间相,所以接头的导电性、抗腐蚀性能优 良。 4 压力是唯一的外加能量。单位压力通常要比被焊材料的屈服强 度大许多倍。 5不需加热、填料,设备简单,节省能源。 6易于操作和自动化,焊接质量稳定,生产率高,成本低。 7 在大截面工件的焊接时设备较庞大,搭接焊后工件表面有较 深的压坑 8 不用焊剂,无污染 9 焊接头不会腐蚀,温度不升高,材料结晶状态不变 10 通过冷焊机飞边后,容易去除,表面光洁 11 金属组织部发生再结晶和软化、退火现象,机械强度不会 降低 12 对焊接材料的性能、厚度以及焊接压力、以及对焊时的顶 锻压力都有个比较严格的约束 13 焊接质量稳定,不受电压波动影响 14 适合不允许升温的产品,有些金属焊接时会因升温而母相 软化,冷压焊是不错的选择 二、冷压焊的分类 1 搭接冷压焊:接主要用于箔材、板材的连接。将工件分别夹 紧在左右钳口中,并伸出一定长度,施加足够的顶锻压力,使伸 出部分产生经向塑性变形,将被焊界面上的杂质挤出,形成金属 飞边,紧密接触的纯洁金属形成焊缝,完成焊接过程。一般需要 2~4次才能使金属边界完全焊合。 2 对接冷压焊 钳口分固定和活动两组,各由两个相互对称的半模组成, 各夹持一个工件,向中间挤压结合。主要用于同种或异种金 属线材、棒材和管材的焊接。 三 冷压焊工艺及影响因素 1 焊接件的表面状态 (1)待焊表面的清洁度 油膜、水膜和其他杂质会严重影响冷压焊的质量,。金属氧 化膜也会影响冷压焊的质量。对接冷压焊时,结合面处的的氧 化物等有害杂质可在多次顶锻过程中被作为飞边挤出,因此对 接冷压焊时待焊部位的表面清理只需清除油污、水等有害杂质。 (2)待焊表面的粗糙度 冷压焊结合过程一般对工件待连接表面的粗糙度没有很高的 要求,经过轧制、剪切或车削的表面都可以应用。只有当塑性 变形量小于20%时,才要求表面有较低的粗糙度。 2 塑性变形程度 塑性变形程度是指实现冷压焊所需要的最小塑性变形量, 是判断材料冷压焊接性和控制焊接质量的关键参数。 (1)搭接冷压焊压缩率 (2) 对接冷压焊的塑性变形程度 用总压缩量L表示,它等于工件伸出长度与顶锻次数的乘积。 总缩进量有一个最佳值,过高和过低都会使拉压强度降低。 顶锻次数 对接冷压焊时,获得合格接头的关键因素是要有足够的压缩量,对于塑性好, 变形硬化不强烈的金属工件的压缩量通常小于或等于直径或厚度,焊接时使构 建的伸出长度等于压缩长度可一次顶锻焊成,对于硬度较大形变较强的金属, 压缩量通常大于或等于焊件的直径或厚度,需要多次顶锻才能焊成,对于大多 数材料顶锻数一般不能大于三次。 3 焊接压力 冷压焊的能量是依靠压力而获得的,搭接冷压焊时压力 通过压头传递到待焊部位;对接冷压焊时压力通过夹头 夹紧传递到待焊工件的界面上。 焊接压力既与被焊材料的强度和工件断面有关,又与焊 接模具的结构尺寸有关。冷压焊过程中。由于塑性变形 产生硬化和模具对金属的约束力,工件上单位压力增大。 对接冷压焊时,工件随变形的进行而被墩粗,工件的名 义断面积不断增大。结果使得焊接末期所需的焊接压力 比焊接初始时的焊接压力要大的多。因此选择焊接压力 应该以焊接末期时最大的焊接压力为准。一般锌合金冷 压对接焊时,单位面积的焊接压力大于2100MPa。 F ? pS F焊接压力,N p单位压力,MPa S焊接件的横截面积, mm2 四、冷压焊模具 1 搭接冷压焊模具 (1)搭接点焊压头 冷压点焊分单点点焊和多点点焊,单点焊又分双面点焊和单面点焊 。点焊用的压头形状有圆形(实心或空心)、矩形、菱形、或环形 等。 压头尺寸按工件厚度t确定。 圆形压头直径d(矩形压头的宽度b) d=(1~1.5)t,或b=(1~1.5)t. 矩形压头的长边取(5~6)b。 如果属不等厚点焊,则 压头尺寸d=2t1或b=2t1, t1为薄件厚度。 ? 冷压点焊的压缩率是由压头压入深度来控制,通常是设计带轴 肩的压头,见图。从压头端头至轴肩的长度即为压入深度,以 此控制准确的压缩率,同时起到防止工件翘起的作用。图7-4-2 则是在轴肩外圆加设套环预压装置,又称预压模具套环,通过 弹簧对工件施加预压力,该预压力控制在20~40MPa左右。 (2)搭接缝焊模具 冷压缝焊有冷滚压焊、冷套压焊和冷挤压焊等形式,各使用着不同 的模具。 a)冷滚压焊压轮 冷滚压焊时,被焊的搭接件在一对滚动的压轮间通过,并同时被加 压焊接,即形成一条密闭性焊缝,图7-4-5为其焊接示意图。从图中 看出,单面滚压焊的两压轮中一个带工作凸台,另一个不带工作凸 台;而双面滚压焊则两个压轮均带凸台。 压轮直径D 压轮的直径D从减小焊接压力考虑越小越好,但过小的压轮工件 不能自然送入焊机。工件能自然入机的条件是D≥175t?,式中 t=(t1+t2)工件总厚度,?为最小压缩率。 所以,选用压轮直径时,首先满足工件自然入机条件,然后尽可 能选用小的压轮直径。 压轮工作凸台的高与宽的作用与冷压点焊压头作用相似,工作凸 台两侧设轮肩,起控制压缩率和防止工件边缘翅起的作用。 合理的凸台高度h由下式确定: 式中C为主轴间弹性偏差量,通常C=0.1~0.2mm 合理的凸台宽度B取: 式中H焊缝厚度,见图7-4-2; t工件总厚度(t1+t2)。 b)冷套压焊模具 以铝罐封盖冷压焊为例,见图74-6。根据焊件的形状和尺寸设 计相应尺寸的上模和下模,下模 由模座承托。上模与压力机的上 夹头连接,为活动模。上下模的 工作台设计与冷滚压焊压轮的工 作凸台相当。同样也应设计台肩 。由于焊接面积大,所需焊接压 力比滚压焊大很多,故此种方法 只适用于小件封焊。 c)冷挤压焊模具 以铝质电容器封头焊接为 例,见图7-4-7。按内外帽 形工件的形状尺寸设计相 应的阴模(固定模)和阳 模( 动模)。阳模与压力 机的上夹头相连接,阴模 的内径与阳模的外径之差 与工件总厚度t和变形程 度?的关系为: 阴模与阳模的工作周边需 制成圆角,以免产生剪切 。 钳口分固定和活动两组,各由两个相互对称的半模组成, 各夹持一个工件。钳口作用除夹紧工件外,主 要是传递压力 ,控制塑性变形大小和切掉飞边。 钳口端头结构有槽形钳口、尖形钳口、平形钳口和复合钳 口等形式,其中尖形钳口有利于金属的流动,能挤掉飞边, 所需焊接压力小等,但它易崩刃口。为此在刃口外设置护刃 环和溢流槽(容纳飞边),图7-4-3 为应用最广的复合钳口。 为了防止顶锻过程中工件在钳口内打滑,除有足够夹紧力 外,还需增加钳口内腔的摩擦系数,通常是在内腔表面加工 深度不大的螺纹沟槽。内腔的形状尺寸与焊件相适应,焊件 规格变化,则需更换钳口。 刃口是关键部位,其厚度一般为2mm左右,楔角为 50°~60°,该处须进行磨削加工以减小顶锻时变形金属流动 的阻力,不至卡住飞边,钳口工作部位的硬度控制在 HRC45~55. (3)对接冷压焊的钳口 §7.2 冷压焊的应用 1 冷压焊工艺在箔绕线圈上的成功应用 变压器箔绕工艺在国内已比较成熟,由于铜铝价格差异较大,考虑 制造成本因素,目前国内大部分厂家采用铝箔绕制,虽然用铝箔绕 制线圈与铜箔绕制线圈性能没有大的差异,由于与变压器连接母 线排多为铜排及客户要求铜质线圈,所以绝大部分变压器厂家的 变压器以铜端子引出.目前大致有三种方案: 一, 以铜铝过渡排引出,氩弧焊焊接,缺点:1需单独订做,生产周期较 长2以闪光焊或摩擦焊制作的端子可靠性不太稳定,已有不少厂家 反映在生产完成后发现焊接部位断裂,造成较大损失,3,氩弧焊接对 操作工有较高技术要求,要熟练掌握焊接电流,速度,角度等否则容 易虚焊不可靠4,焊接过程消耗氩气不环保,氩气及焊接弧光对人体 有一定伤害.5焊接过程由于产生较大热量,需冷却,也影响了生产效 率及自动化的实现. 二,以铜排引出,以专用焊剂焊接,如三合焊丝,缺点:1焊剂比较昂贵 ,2用氧气乙炔把铜排加热,用熔化的焊剂把铜铝粘在一起,此办法 产生热量较大生产效率低只能手工施焊,不能实现自动生产. 三,冷压焊接,此焊接工艺在法国BR公司及瑞士TUBOYAG公司 生产的箔绕机上得到了完美实现,此焊接方法生产效率高,可铜 铜焊接,铝铝焊接,铜铝焊接,生产成本低,不用焊剂,无污染, 只需更换与材料对应的冷压模具既可,可实现自动焊接,对剪切切 口也没有氩弧焊接要求严格. 2 冷压焊在电线.冷压焊在架空线生产行业的运用我国自改革开放以来,各个 领域都在追赶世界先进水平,导线焊接接头也列人电缆行业要 解决的重要项目之一。以往国家标准,如GB1178 - 83铝绞线及 钢芯铝纹线》和铝合金绞线及钢芯铝合金绞线》等标准中,对 导线的接头强度要求不高。由于有经验的工人精细操作后尚能 达到。因此大部分的厂家仍采用电阻焊。 但是,为了使国产品与国际接轨,我国线缆标准将逐渐向IEC 徐准靠拢,采用等效于一1987《架空绞线用硬铝线h及圆线同心 绞架空导线It的新的国家标准‘将要颁布)提出接头强度)130MPa 。因此采用电阻焊接是无法达到,而采用冷压焊是较易达到。 我们对导线接头的抗拉蝇度做了一系列的试验。大量的数据表 明,冷焊机冷压焊接后接头的抗拉强度都超过母线的强度。由 于冷焊机能自动对中及方便操作,无需对操作工过高的要求, 因此,将其比喻为焊机中“傻瓜机”并不过分。 2. 传统的焊接方法是用银合金焊料和无酸性溶剂钎焊,但是,自 从冷焊机冷压焊机推向市场后,越来越多的用户都倾向用冷焊机 来接线,这是因为BWE公司的手提式冷焊机非常适合这种线径的 焊接,而且冷压焊接比银焊具有更大的优越性: (1)冷压焊接线)冷压焊能自动时中;而银焊即很难对中,线)银焊接头有氧化皮,不牢固。而且存在假焊。焊接成功率低 ; (4)冷压焊不影响导线的电气性能;而银焊会降低电导率; (5)通过冷焊机飞边后,容易去除,表面光洁;而银焊接头较粗 ,不易修平; (6)冷压焊只需一次投资。使用寿命长,大大降低生产成本。 三 冷压焊技术在焊接铝电磁线上的应用 ? 目前,国内外干式空心电抗器的线圈绕组广泛使用铝电磁线来制造。 由于受每盘电磁线质(重)量的限制,在线圈绕制过程中,需要将不 同线盘的铝电磁线对焊起来。由于干式空心电抗器用在高压电力系统 中,所以它的线圈绕组要能够承受短路电流的冲击,因此要求铝电磁 线对焊接头焊接牢固,抗拉强度不低于母材,同时要求接头的电阻要 小,导电性能优良。现在,国内干式空心电抗器生产厂家和铝电磁线 生产厂家大多采用电阻焊焊接铝电磁线)。采用电阻焊焊接铝电 磁线时,存在以下问题:首先,焊接电流通电时间的控制。由于铝电 磁线mm),所以焊接电流通电时间很短,一般不到 1s。电阻焊机的焊接电流通电时间依靠手工控制。当焊接电流通电时 间过长时,焊接能量输入过剩,使接头被烧断;当焊接电流通电时间 过短时,焊接能量输入不够,使接头不能完全熔合,导致焊接失败。 其次,焊接质量和铝电磁线伸出长度、电磁线和电极表面接触状态等 ,也有很大关系。 随着铝电磁线直径的变化,操作工人需不断调整电磁线伸出 长度。电极使用一段时间后,会出现下凹,要求工人及时修 磨电极。因此,采用电阻焊焊接铝电磁线时,要靠工人的焊 接经验和工作状态保证焊接质量,因而焊接质量不稳定。采 用冷压焊焊接铝电磁线有很多优点。 首先,焊接质量稳定可靠,焊接质量主要由焊接模具保证。 第二,焊接操作简单,对操作工人的操作技能和经验要求不 高。 第三,冷压焊焊接接头电气性能好,接头电阻与母材相比变 化很小。 其他方面冷压焊已应用于电容器外壳的封装、电气工业中铝 铜过渡接头、导电母线、引出线、铝制日用品和包装带的焊 接等。铝与铝对接可焊截面达1500毫米2,铝与铜对接可焊截 面达1000毫米2 等等。 §7.3 热压焊的特点及工艺 一 热压焊的特点 Hot pressure welding 加热并加压到足以使工件产生宏观塑性变形(甚至 熔融)形成界面原子间结合接头的焊接方法。加压变形 时,工件接触面的氧化膜被破坏并被挤出,能净化焊接 接头。 包括气压焊、锻焊和滚焊。 热压焊按加热方式可分为工作台加热、压头加热、 工作台和压头同时加热三种形式。不同的加热方式的优 缺点如表所示。按照压头形状,热压焊又可分为楔形压 头、空心压头、带槽压头及带凸缘压头。 1 焊接设备 2 焊接分类和特点 ? 热压焊并不像电阻焊一样利用工件(母材) 间的电阻发热将工件结合,而是将电极的电 阻发热传导到端子利用其热和加压力进行热 压。是用热保证了导线的被膜剥离,用端子 的铆接力确保了强度的热铆接。如果是被“ 焊接”的话,端子自身在最初的时候就已经 溶化了话,就进行的不好。因此,还是受电 流值、通电时间、加压力的设定条件左右 。 二 气压焊 ? 气压焊的简单原理: 气压焊是以氧气和乙炔火焰加 热工件的接头位置,使之达到塑性状态或表面熔融 状态,而后施加压力和顶锻力将钢筋结合在一起的 一种焊接方法。 ? 气压焊的机具:气压焊的设备包括 供气装置、加热 器、加压器和压接器 等。 ? 气压焊工作原理 气压焊方法可分为开式气压焊和闭式(即溶化和 塑性)气压焊两种。开式气压焊是先在两工件之 间插入多焰焊炬,将工件端面加热到熔化状态, 随后撤出焊炬,使工件接触并加以顶锻。而闭式 气压焊炬则是先将工件对接在一起,用气体火焰 在工件接头周围加热,当其达到低于熔点的某一 温度后,施加一定压力进行顶锻。由此可见,闭 式气压焊实质上是一种固态焊接方法。 1 塑性气压焊 (1)表面处理 对焊接工件端部及附件进行清理,清除油污、砂及其他异物后,对端面进行 机械切削、打磨等,以达到所要求的垂直度、平面度和粗糙度。 表面处理的 质量对焊接质量影响很大,应引起重视。 (2)加热 焊前按工艺要求对工件端面进行加工后,将工件固定在气压焊机上对正,使 用多焰炬对接缝及其附件进行加热。加热时焊接要沿工件轴向往复摆动,以 便顶锻时发生一定范围的塑性变形。使用的气体主要有氧+乙炔或氧+丙烷。 前者的特点是火焰强度大、温度高;后者火焰强度不如氧-乙炔火焰,但其加 热范围较宽。 加热过程中,火焰必须稳定,焊接区的加热要均匀,顶锻时按缝出的金属需 达到“黄白色”的状态(约1200°C)。 (3)加压 当工件加热到如上所述的一定温度后,即进行加压,也就是顶锻。加 压的作用是: (a)使工件端部产生塑性变形,从而改善和增大焊接结合面积; (b)破碎工件端面上的氧化膜; (c)在与工件轴线垂直方向产生隆起变形 部分可于焊后切除,而钢筋则不必要。 加压的方式一般 有三种:一是定压顶 锻法,即从开始直至 焊接完毕,压力基本 上保持不变,达到一 定的顶锻量就完成焊 接;另外两种加压方 式分别为二段顶锻法 和三段顶锻法。根据 焊接工件的不同,其 加压的方式及顶锻参 数也有所不同。 2 熔化气压焊 液态气压焊,平行放 置的工件端面留有一定 的间隙,在焊接时火焰 直接加热端面至液态, 撤走加热器,立即顶锻 ,对工件施加的压力保 持在28~34MPa 三 锻焊和滚焊 1 锻焊 一种固态焊接制程,先加热两片金属,到达白 炽状态,之后以外力反复敲打的方式,使它们熔合,焊 接成一块。这是一种最简单的治金技术,人类从很早之 前就开始应用这个技术。锻焊的应用很广,它能够使两 种不同但融点相近的金属融合在一起。 锻焊所需的温度,通常只要金属熔点的50%至80%。钢进 行锻焊所需要的温度比铁低。在进行锻焊时,金属表面 需要保持光滑,或是湿润状态。但是要小心避免加热过 度,造成快速氧化,燃烧产生火花。 2 滚焊 一种固态焊接制程,将 金属加热到一定温度,然后滚轮施 加压力使结合表面塑性变形而产 生技术结合,用来生产复合钢板. §7.4 热压焊的应用 一 热压焊钢轨 二 热压焊钢筋


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