第7篇其他焊接方法及设备第4章冷压焊

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1、! 第七篇 其他焊接方法及设备 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 第七篇! 其他焊接方法及设备 第四章!冷压焊 第一节!冷压焊概述 一、 冷压焊原理 冷压焊是在没有外部热源或电流作用条件下， 仅仅利用在室温下对工件施加压力的 方法， 使金属产生塑性变形， 而实现固态焊接的一种方法。因焊接过程是以产生塑性变 形为特征， 故又称为变形焊。 利用压力使被焊金属产生塑性变形是为了满足两方面需要： 首先通过这相当大的塑 性变形量来破坏结合界面的氧化膜， 并使氧化膜及其他杂质排挤出界面； 其次通过这塑 性变形克服界面的不平度， 使已经纯洁的被焊金属表面达到原子间距 （“

2、 #$）%） 搭接冷压焊可焊接的厚度为 9: 9+ + 型高强度变形时效铝合金导体， 当温升超过 +#9?时， 其强度成倍下降， 这种金属材料宜用冷压焊； 某些铝外导体通迅电缆或铝皮电力电缆， 在焊接铝管之前已 经装入绝缘材料， 其焊接温度不允许高于 +89?， 亦宜用冷压焊。 第二节!冷压焊工艺 室温下不加热、 不加焊剂的冷压焊， 其质量主要取决于焊前工件的状态和工件被焊 部位塑性变形的大小。焊接界面清洁和足够的压力是冷压焊的必要条件。 “$9+ 第七篇! 其他焊接方法及设备 一、 焊接界面的清理 焊接界面必须清洁。搭接冷压焊待焊表面上的油膜、 水膜及其他有机杂质， 无论焊 接时产生多大的塑

3、性变形都无法将其彻底挤出界面。因此， 焊前必须进行清除。 清理的方法可以用化学溶剂、 超声波、 机械加工、 烘烧等， 但效果最好、 较率最高的是 用钢丝刷或钢丝轮清理。钢丝轮的丝径为“# $ %“# &， 材质最好是不锈钢丝， 其旋转线 速度以 ( “) *+ 为宜。用钢丝刷或轮刷刷光之前应先去除表面油脂， 以免污染刷子。 钢丝轮清理后不允许表面留有残渣或氧化膜粉屑， 常用负压吸取装置把它清除掉。清理 后的表面不准用手触摸及再污染， 必须尽快施焊。对铝来说， 清理后， 必须在约 &“*+ 之 内完成焊接。 对接冷压焊的待焊端面也同样要清洁， 但要求不如搭接高， 通常从焊件端部切去一 段， 以露

4、出新的清洁表面即可上机焊接。所用剪刀必须无油或无别的金属残屑， 以防止 切口污染。 二、 焊接工艺参数 (# 焊接压力 压力是冷压焊过程中唯一的外加能量。通过模具传递到待焊部位， 使被焊金属产生 塑性变形。焊接总的压力是根据材料种类、 状态及选用的工艺方案按下式确定： ! , “# 式中! ! 焊接压力 （-） ； “ 单位面积压力 （./0） ， 见表 1 23 2(； # 焊件的横截面积 （$） ， 对于对接冷压焊 # 为焊件的断面积， 对于搭接冷压 焊 # 为压头端面积。 在冷压焊过程中， 由于塑性变形产生硬化和模具对金属的拘束力， 会使单位压力增 大， 通常要比被焊材料的 !4大许多倍

5、。对接冷压焊时， 工件随变形而被镦粗， 使工件的 名义断面积不断增大。因此， 焊接末期所需的焊接压力比焊接初始时的焊接压力大得 多。因此， 选择合适的焊接压力应以焊接末期最大的焊接压力为准。表 1 23 2( 是几种 常用金属单位面积冷压焊所需的压力。 表 1 23 2(! 几种常用金属单位面积冷压焊所需压力 （./0） 材料名称搭接焊对接焊 铝与铝15“ %( “(6“ %$“ 铝与铜(5“ %$“7$“ 58“( 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 第七篇! 其他焊接方法及设备 材料名称搭接焊对接焊 铜与铜“# $“%#“%# 铜与镍“# $“%#“%#

6、&( 型铝合金)%# $“#*“# ! ! “+ 变形程度 冷压焊接头获得最大强度所需要的最小变形量称冷压焊的变形程度， 它是判断材料 冷压焊接性的重要参数， 所需的变形程度越小， 焊接性也越好。 冷压焊接头形式不同， 其变形程度表示方法也不同。搭接的变形程度用压缩率 ! 表示： ! , （!)- !“）. “ !)- !“ /)#0 式中! !)、 !“ 焊件厚度 （11） ， 见图 2 .3 .“。 ! & 压缩后剩余厚度 （11） 。 各种材料的最小压缩率见表 2 .3 .“。 表 2 .3 .“! 各种材料搭接点焊的最小压缩率 ! 材料名称压缩率 （0）材料名称压缩率 （0） 纯铝4#

7、铜54 工业纯铝46铝与铁55 # （78） “0的铝合金2#锡55 钛2%镍59 硬铝5#铁9“ 铅53锌9“ 镉53银93 铜与铝53铁与镍93 铜与铅5%锌与金9% 铜与银5% ! ! 注： )+ 表中的压缩率是在材质相同， 厚度相等、 冷压点焊条件下侧得。 “+ 生产中为保证满意焊合率， 并考虑到各种误差， 选用压缩率时常比表中数据大 %0 $)%0。 对接冷压焊的变形程度用总压缩量 $ 表示： $ , % （&)- &“） 式中! &) 活动钳口一侧工件的每次伸出长度； &“ 固定钳口一侧工件每次伸出长度； % 挤压次数。 总压缩量是保证对接冷压焊接头质量重要参数。对于塑性好、 形变

8、硬化不强烈的金 44#) 第七篇! 其他焊接方法及设备 属， 工件的伸出长度通常小于或等于其直径或厚度， 可一次顶锻焊成。对硬度较大， 形变 硬化较强的金属， 其伸出长度通常等于或大于工件的直径或厚度， 需要多次顶锻才能焊 成。对于大多数材料， 项锻次数一般不大于 “ 次。 常用几种材料的对接冷压焊最小总压缩量见表 # $% $“。 表 # $% $“! 常用几种材料对接冷压焊最小总压缩量 材料名称 每一工件的最小总压缩量 圆形件 （直径 !）矩形件 （厚度 “） 顶锻次数 铝与铝（& ( )* +） !（& ( )* +） “* 铝与铜铝 （* )“） !， 铜 （* )“） !铝 （* )

9、“） “， 铜 （* )“） “ 铜与铜（“ )%） !（“ )%） “ 铜与镍铜 （ “ )%） !， 镍 （“ )%） !铜 （“ )%） “， 镍 （“ )%） “ )% 铝与银铝 （* )“） !， 银 （“ )%） !铝 （* )“） “， 银 （“ )%） “ )% ! ! 为了减少顶锻次数， 总希望伸出长度尽可能大些， 但容易失稳弯曲。同种材料相焊 时， 通常取伸出长度为 （+ , )& “） ! 或 （+ , )& “） “， 断面小的工件取下限， 大者取上限； 异种材料相焊时， 各自的伸出长度以弹性模量 # 值之比选取， 较软件的伸出长度应取 小些。 第三节!冷压焊用的模具

10、冷压焊是通过模具对工件加压， 使待焊部分产生塑性变形完成的， 模具的结构和尺 寸决定了接头的尺寸和质量。不同焊接类型其模具各异， 对接冷压焊模具为钳口； 搭接 冷压焊点焊的模具为压头， 缝焊的模具为压轮等。 一、 对接冷压焊的钳口 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。钳口的 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# $% $“ 为应

11、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。 #(+& 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 第七篇! 其他焊接方法及设备 刃口是关键部位， 其厚度一般为 “# 左右， 楔角为 $%& (%&， 该处须进行磨削加工 以减小顶锻时变形金属流动的阻力， 不至卡住飞边， 钳口工作部位的硬度控制在 )*+,$ $。 图 - ., ./! 尖形复合钳口示意图 0刃口! “飞边溢流槽! /护刃环 ,模膛! !

12、刃口倒角 （不大于 /%&） 二、 搭接冷压焊模具 （0） 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 ! 确定。圆形压头直径 “ （见图 - ., .,） 和矩形压头的宽度 # 要适当， 典型压头尺寸为 “ 1 （02 % 02 $） !， 或 # 1 （02 % 02 $） !。矩形压头的长边取 （$ (） #。如果属不等厚点焊， 则压头尺寸 “ 1“!0或 # 1“!0， !0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

13、- ., .,。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 - ., .“ 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 “% ,%345 左右。 为了防止压头切割被焊金属， 其工作面周边应加工成 $ 1%2 $ # 的圆角。 （“） 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。 0） 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 - ., .$ 为其焊接示意图。从图中看出， 单

14、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。 压轮的直径 % 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 %!0-$6“， 式中 ! 1 （!07 !“） 工件总厚度， ! 为最小压缩率。 8(%0 第七篇! 其他焊接方法及设备 图 “ #$ #$! 冷压点焊用带轴肩压头 %） 单点双面变形! &） 单点单面变形 ） 不等厚单点单面变形 !焊件厚度! !(较薄件厚度! “压头直径 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

15、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 # 由下式确定： # ) ( * （! + $） 式中! $ 为主轴间弹性偏差量， 通常 $ ),- ( .,- * /。 合理的凸台宽度 % 取： ( * & 0 % 0(- *1! 式中! & 焊缝厚度， 见图 “ #$ #*； ! 工件总厚度 （!(+ !*） 。 *） 冷套压焊模具! 以铝罐封盖冷压焊为例， 见图 “ #$ #2。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

16、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。 3） 冷挤压焊模具! 以铝质电容器封头焊接为例， 见图 “ #$ #“。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 ! 和变形程度 ! 的关系为： 阴# 阳) ! （(!） 42,( 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 第七篇! 其他焊接方法及设备 图 “ #$ #%! 搭接冷压缝焊示意图 &） 单面滚压焊 ） 双面滚压焊 图 “ #$ #(! 冷压套焊示意图 )上模! *模座! +工件封头 $下模! %工件帽套 阴模与阳模的工作周边需制成圆角， 以免产生剪