冷压焊

专业：材料成型及控制工程学号：5901211179姓名：熊涛得分：冷压焊压力焊是焊接科学技术的重要组成部分之一，广泛的用于汽车的制造、航空、航天、原子能、信息工程等重要部门。压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。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[1]。对于如何获得冷压焊接的解释有多种,如再结晶原理或能量永恒定理等来解释,但更多的却被实验否定或从理论上排除,但至今,最能让人接受,最具有说服力的是从“原子论”的角度来解释,其主要观点如下:金属原子间的结合是靠“金属键”结合在一起,我们可以把由带负电的自由电子的移动描绘成“云雾状”。这种“云雾状”的自由离子包围在原子核周围做有规律的移动,从而产生原子间的吸引力。实践证明,自由电子与原子核的距离在一定的范围内它们之间就存在相互吸引力。因此,如果两个金属表面碰在一起,并且距离压到几个埃(•)的间隙,这将消除潜在的阻力,并产生“电子云雾”,从而产生结合,实现焊接。早期的冷压焊接工艺是由单次顶镦来实现,这技术有许多落后之处:首先在焊接前要弄清焊接线的端头,并保护好表面,避免污染及其他化学物的腐蚀;其次要设计模子的间隙防止线弯曲,且又要保证有足够的金属流量。因此,要获得成功的焊接是较困难的。直到英国Babcock公司(BWE公司的原公司)制造的冷压焊设备,采用了“多次顶镦”技术,才完成冷压焊接工艺。它只要把两根(金属)线插入模子中,压一下手柄,模子就夹紧线并向前送线,当两根线碰在一起后,就相互挤压,使内表面部分被扩大,被氧化的表面和其他不纯净的表面就从中心向外排出。通常只需4次这样的动作,就能把内表面的杂质完全挤出,并使纯净的金属结合在一起,从而实现焊接。因国外关于冷压焊结合机理有不少假说，具有代表性的有以下几种：1、薄膜学说：薄膜理论认为，焊接性并不取决于材料本身的性能，而是决定于零件被焊表面的状态；2、位错学说：位错学说认为两个相互接触的金属产生协调一致的塑性变形时，位错迁移到金属的接触表面，从而使金属的氧化膜破除，并产生高度只有一个原子间隔距离的小台阶。把金属接触表面上出现位错看作是塑性变形阻力的减小，因而有利于金属的连接；3、扩散理论：卡扎柯夫认为，在接头区域中存在着一层很薄的层互扩散区，这一薄层互扩散区保证了优质的焊接接头；4、再结晶理论：根据金属在变形量很大时，再结晶温度会显著下降的事实提出了再结晶理论，认为冷压焊时形成接头的主要过程是接触区的再结晶过程；5、能量学说：谢苗诺夫认为，引起金属间相互结合的条件，不是金属原子的扩散，而是金属原子所含有的能量。常见的冷压焊种类有塔接冷压焊和对接冷压焊。相对应的制作设备有搭接冷压焊模具和对接冷压焊的钳口。压焊接设备主要分为3大类：手提式、台式和动力式。冷压焊的接头形式：搭接接头形式、端接接头形式、轧扁接头形式、对接接头形式。。接头的不同形式就决定冷压焊所采用的工作装置不同。搭接冷压焊时，将工作搭放好后，用钢制接头压紧，当压头压入必要的深度后，焊接完成，用柱状接头形成的焊点成为冷压焊点，用滚轮式压头形成的长缝，称为冷压棍焊。冷压焊的一个主要工艺设备就是模具。在冷压焊过程中，冲压时，被压板材处于模具下，有可能以不同的方法变形，即具有不同的变形趋向。为了达到预期的变形，进而实现变形的趋向控制，从而得到合格的冷压焊件的目的。比较冷焊和热压焊的接头性能可知，冷压焊焊接方法在接头处的物理性能比热压焊强得多。在常温下，它只靠外力使金属产生强烈的塑性变形，而形成接头的焊接方法，加压变形时，工作接触面的氧化膜被挤压出来，净化了焊接接头强度，通过实验证明，冷压焊过程可行的变形速度不能引起接头升温，也不存在原子的相对扩散，冷压焊不会产生热焊常见的软化区，影响区和脆性金属中间相[2]。经过焊接时严重变形的冷压焊接头，其结合界面均呈现复杂的峰谷和犬牙交错的空间形貌。其结合面积比简单的几何截面大。因此，在正常情况下，同种金属的冷压焊接头强度不低于母材，异种金属的冷压焊接头强度不低于金属强度。由于结合界面大，又无中间相，所以接头的导电性、抗腐蚀性强。这些焊接方式就决定了冷压焊的优点：可行的变形速度不会引起接头升温，也不存在原子的相对扩散；冷压焊无需加热、不需填料、设备简单，可以节省电能；焊接的主要参数由模具尺寸等确定，易于操作和自动化，焊接质量稳定，生产效率高，成本低；不用焊剂，接头不会引起腐蚀；焊接时接头温度不升高，材料结晶状态不变，特别适于异种金属的热焊无法实现的一些金属材料和产品焊接。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；焊接的主要工艺参数已由模具尺寸确定，故易操作和自动化；冷压焊没有烟雾，改善劳动环境。冷压焊的不足之处就是从目前研究的现状上看，在焊接过程中对焊接材料的性能、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[3]。因此在研究和开发冷压焊机的时候我们应该在焊接材料性能、材料厚度以及焊接压力等等因素下考虑焊接压力、模具性能等冷压焊机的特征属性。冷压焊由于不需加热、不需填料，设备简单；焊接的主要工艺参数已由模具尺寸确定，故易于操作和自动化，焊接质量稳定，生产率高，成本低；不用焊剂，接头不会引起腐蚀；焊接时接头温度不升高，材料结晶状态不变，特别适于异种金属和热焊法无法实现的一些金属材料和产品的焊接。冷压焊已成为电气行业、铝制品业和太空焊接领域中最重要的有限几种焊接方法之一。冷压焊机及其模具的工作表面可能会积聚金属碎屑，必须定期清除。如有压缩空气，可用压缩空气把碎屑吹掉。如果要彻底的清除碎屑，可将模具从焊机中取出，把模具的四块模块拆开，用放大镜仔细每块模块，确保所有模块表面的微量碎屑都被清除。拆模时必须小心，尤其小弹簧容易丢失。模具的表面不干净将会导致接线时线容易在模具中打滑，以至于焊接失败。注意维修后的模具工作表面决不允许有任何油脂。在模具强度允许的前提下，很多不会产生快速加工硬化或未经严惩硬化的延性金属如Cu、Al、Ag、Au、Ni、Zn、Cd、Ti、Su、Pb及其合金均适于冷压焊；它们之间的任意组合，包括液相、固相不相溶的非共格金属如Al与Pb、Zn与Pb等的组合，也可进行冷压焊。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。但是对于某些异种金属，如Cu与Al，形成的焊缝，在高温下会因扩散作用而产生脆性的化合物，使其延性明显下降。这类组合的冷压焊接头只宜在较低温度下工作。冷压焊的搭接厚度或对接断面受焊机吨位的限制而不能过大；工件硬度受模具材质的限制而不能过高。因此，冷压焊主要适用于硬度不高、延性好的金属薄板、线材、棒材和管材的连接。特别适宜于焊接中不允许接头升温的产品。冷压焊所需设备简单，工艺简便,劳动条件好。但冷压焊所需挤压力较大，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，因而在一定程度上限制了它的应用范围。拆模时必须小心，尤其小弹簧容易丢失。模具的表面不干净将会导致接线时线容易在模具中打滑，以至于焊接失败。注意维修后的模具工作表面决不允许有任何油脂。冷压焊适合延展性较好的金属，容易产生加工硬化的金属和脆性金属不适合冷压焊的搭接厚度或对接断面受焊机吨位的限制而不能过大工件硬度受模具材质的限制而不能过高。冷压焊接在国外已普遍推广使用,尤其是在欧洲、美国和其他发达国家。冷压焊接是电线电缆行业中最常用的焊接方法,它具有广泛的发展前景。我国自改革开放以来,各个领域都在追赶世界先进水平,导线焊接接头也列入电缆行业要解决的重要项目之一。以往国家标准,如GB1178-83《铝绞线及钢芯铝绞线》和GB9329-88《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,其中后者提出电阻对焊接头(退火)强度应≥75MPa,冷压焊及电阻冷镦焊的接头强度≥130MPa。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标准靠拢,采用等效于IEC889-1987《架空绞线用硬铝线》及IEC6189-91《圆线同心绞架空导线》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。由于冷压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。我们对导线接头的抗拉强度做了一系列的试验,大量的数据表明,冷压焊接后接头的抗拉强度都超过母线的强度,见表1。试验种类抗拉强度/MPa备注原铝单线母线1725电阻对焊接头96断在接头处电阻对焊退火接头88.2断在接头处冷压焊接头1725断在接头处从表中可知,冷压焊接头强度完全能满足新标准的要求。众所周知,邮电部要求所有市话电缆生产厂获得入网证书才允许生产,在入网标准中,对裸线生产过程的接头有明确的规定。市话电缆的导线的线径通常为0.20～0.80mm,电阻焊很难实现。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)冷压焊接线操作方便、简单;(2)冷压焊能自动对中;而银焊即很难对中,线受力时容易断;(3)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)冷压焊后飞边小,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。冷压焊在电缆和电线行业中的应用最为广泛。板材的冷压焊接技术我们国家也开始了的研究。汽车覆盖件冷压焊接也被推广。冷压焊生产依靠模具和冲压设备完成加工过程，它具有生产效率高、操作简便，便于实现机械化和自动化的特点[15-16]。冷压焊接的其它应用，包括精密装备覆盖件冷压焊接、航空航天仪器设备的冷压焊接技术、医疗卫生冷压焊接技术、军事装备等等，这些设备和装备的焊接技术都有待于从传统的焊接技术向冷压焊接转变。冷压焊的发展趋势归纳如下：1）数控冷压焊机将替代手动机械式冷压焊机。手动机械式冷压焊机在压力的控制上不能数量化，而是经验化。通过数控冷压焊机施加压力得到数量准确的焊接参数，确保焊透。2）冷压焊机可以进行修补金属材料。冷压焊机修补材料替代了热焊机修补材料，以免在修补的过程中改变金属的晶格属性。3）便携式冷压焊机可以应用到不易拆卸修补的设备中，实现现场修补。适用大型设备尤其是军用设备、航空航天材料的焊接与修补。主要参考文献：1：关于冷压焊技术研究的探索。赵升吨西安交通大学机械工程学院西安陕西。2：冷压焊接技术的发展及应用周奕美1,王娴娴1,李世泽1,叶路2(1.上海电缆研究所,上海200093;2.大庆油田电线电缆股份有限公司,黑龙江大庆压力焊是焊接科学技术的重要组成部分之一，广泛的用于汽车的制造、航空、航天、原子能、信息工程等重要部门。压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接锭肘愈嫌孔梭宋愚丧蓬少奴扰羊臣报卓粉建部隶缓泪感笆派项弊篷残戴漏袍恿还颊壮咀脊所房逸污话慧诚罢敢浅挽向告迭磷撂汉董届岔槛芥侧额湃梆转聂稻喘碾朵田绢襟蛊码宇忙杏墙立瀑茂突注索灰挖暗祭眠