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1、毕 业 论 文 作 者： 学 号: 学 院： 材料科学与工程学院 系(专业): 焊接 题 目: 金属板材冷压焊工艺试验 指导者: 教授 评阅者: 年 6 月 8 日2 毕业设计（论文）中文摘要金属板材冷压焊工艺试验摘要：冷压焊是在室温下，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。通过塑性变形挤出连接部位界面上的氧化膜等杂质，使纯金属紧密接触，达到晶间结合。本试验对铝/铜和铝/铁两组材料进行了冷压连接，压下率分别为50%、55%、60%、70%和50%、50%、60%、65%。通过连接板材的剥离试验，发现65%压下率为Al/Cu板材连接的临界变形量，60%压下率为Al/Fe板材连接的临
2、界变形量。本文研究了铜铝及铁铝异种金属间冷压焊的焊接工艺及焊缝组织状态的分析。初步得出结论为：随压下率的升高，界面有效结合（由表面硬化层破裂促使界面金属的相互嵌入）区域增加，增大了界面结合强度。由于塑性变形促使异种金属原子间形成金属键，从而达到连接的效果。关键词：冷压焊 异种金属 铜铝 铁铝 压下率 毕业设计（论文）外文摘要Title Sheet metal cold welding process test AbstractThe Cold welding is a method which is at room temperature, with the aid of pressure t
3、o achieve solid state welding to weld metal plastic deformation. The aluminum/copper and aluminum/Iron clad sheet was manufactured by cold pressing composite method, and reduction rate in thickness are 50%,55%,60%,70% and 50%,55%,60%, 65%. Through clad sheet peel test result , it is showed that 65%
4、reduction rate in thickness is threshold deformation of Al/Cu clad sheet, 60% reduction rate in thickness is threshold deformation of Al/Iron clad sheet.This paper studies the copper aluminum and iron and aluminum cold welding between dissimilar metals welding process and weld organization state ana
5、lysis. Preliminary conclusions are: with the reduction rate increasing, effective interface (mutually embedded by the surface hardened layer of the interface of metal rupture) region expanded, and the interface bonding strength enhanced. Cause plastic deformation of dissimilar metallic bond is forme
6、d between the metal atoms, so as to achieve the effect of the connection.Keywords： cold welding Dissimilar metal Copper and aluminum Iron and aluminum reduction rate目 录1 绪论11.1 金属冷压焊的发展及优缺点11.1.1 冷压焊的发展11.1.2 冷压焊的优缺点11.2 冷压焊的应用及研究21.2.1 冷压焊的应用21.2.2 冷压焊的研究目的与意义31.2.3 冷压焊的研究现状31.3 冷压焊的发展方向52 板材冷压焊连接实
7、验52.1 冷压焊试验装置52.2 冷压焊试验材料62.2.1 试验材料的热处理72.2.2 冷压焊试件的表面要求82.3 冷压焊的焊接工艺参数92.4 冷压焊试验影响因素92.4.1 试件表面情况的影响102.4.2 焊接压力的影响102.4.3 约束模具的影响102.5 冷压焊试验过程102.5.1 准备待压试件112.5.2 待压试件的表面清理112.5.3 试件的冷压试验112.5.4 制备金相122.6 观察与采集金相照片143 试验结果分析153.1 金相分析153.2 过程分析15结论17参考文献18致谢19- 7 -1 绪论1.1 金属冷压焊的发展及优缺点1801年英国人H.
8、Davy发现电弧至今已有两百多年的历史了，直到19世纪80年代，焊接还只用于铁匠锻造上。两次世界战争加快了工业化的进程，从而对现代焊接的技术快速发展产生了影响。常用的焊接方法电阻焊、气焊和电弧焊在一战之前就已经有了，但20世纪初期，机械制造和修理领域中占有主要地位的是气体焊接切割，不久之后电焊便受到了世界的认可。1.1.1 冷压焊的发展二战时期，英国研究领域就已经涉及金属冷压焊的工艺技术，并将这一方法引入实际生产中。1953年冷压焊由美国人 Hunt 发明，从此冷压焊作为一个学术名词进入了焊接的研究领域。冷压焊属于焊接方法的一种，这一方法相对其他焊接技方法还比较年轻。如今，世界对于冷压焊的界面
9、的结合机理的研究大多处在抽象的理论水平上，现有的理论中已被实验所证明的冷压焊成型理论模型是由丹麦的C clemensen ,O Juelstorp 和 N Bay 等提出的。这一理论已经被各国学者所接受了。随着社会科技的发展冷压焊作为一种新型的固态连接技术，在焊接过程中不需要熔化基体，很好地避免了熔化焊时因熔化造成的孔隙 、微裂纹 、变形等缺陷。另外，在冷压连接过程中不需要保护气体和填充材料，而且具有零烟尘和飞溅、工艺简单、高效率、能耗小、接头综合性能优异等特点 。因此冷压焊也被认为是一种非常好的 “绿色环保”的焊接工艺。1.1.2 冷压焊的优缺点对比冷压连接和热压连接的结合界面的性能可知，冷
10、压连接方法获得的结合界面的综合性能强于热压连接。金属连接中界面附近应避免产生硬度高，塑性差的相或显微组织；或物理性能差异较大的金属，避免在热压焊产生脆性的金属间化合物。而冷压连接在室温下进行，很好的解决了这些问题。如表1.1冷压连接由于其特殊的工艺条件，具有自己独特的优点。表1.1 冷压焊优缺点对比优点缺点(1)常温下连接，不需要热源，设备简单。(2)工艺参数主要由材料性能、工件及模具尺寸确定，故易于操作和自动化，生产率高，成本低。(3)正常情况下，冷压连接不会添加其它的辅助材料，接头不会引起腐蚀。(4)连接部位无明显温升，材料结晶状态不变，适于异种金属和用常规的热焊方法无法实现连接的一些金属
11、材料和产品。(5)在热压连接界面结合区经常出现的软化区，热影响区和脆性金属中间相不会出现在冷压连接界面部位。(6)界面结合质量好，机械强度、导热、导电性能都优于其它方法所连接的界面。(1)由于受到巨大的压力冷压连接结合处变形量大，搭接的接头会产生压坑，影响工件表面。(2)冷压焊设备具有局限性，因此试件在搭接和对接时不能有过大的板厚和断面。同时约束模具的原料材质也限制了工件硬度的大小。(3)有些异种金属的冷压接头只适合在温度较低的环境中工作，例如铜和铝的接头会在高温环境下产生脆性化合物从而降低了街头的塑性和导电性。1.2 冷压焊的应用及研究作为固态焊接方法之一的冷压焊在常温下既没有外部的热源输入
12、也没有外加电源的环境下对金属工件给予巨大的压力，进而使工件产生了塑性变形，最终实现稳固的连接。因焊接过程中最大的特征是产生塑性变形，故又称为变形焊。1.2.1 冷压焊的应用现如今在全球经济不断增长的大环境下，科技作为社会进步的领头羊飞速发展。同时，焊接技术水平也在科学技术力量的推动下向着自动化、无污染、高效率、高质量等方向发展。由于人类涉及材料连接的领域越来越广泛，焊接技术的发展已经与人们的生活息息相关，越来越多的焊接方法得到研究与发展。在众多的焊接方法中冷压焊技术开始受到重视。众所周知，不论是家居、机械加工制造等领域又或者是航空航天领域都离不开电子工业和电气工程技术的应用。然而在这些需要焊接
13、技术的领域中应用最多的便是冷压焊，因为冷压焊工艺可以大大降低生产成本以及保证较高的质量。这些领域中的设备零件往往需要耐高温、耐高压、耐蚀等优点，然而单一的金属材料大多时候很难满足这些要求，有时候甚至需要两种或者多种材料连接在一起才能满足要求，其中异种金属的连接所产生问题是所有研究者们不得不去面对的事。用什么样的连接方法才能保证异种金属连接的质量是研究者们心中最大疑问，在不断的研究与发展中人们发现最适合异种金属连接的方法就是冷压焊。在某些条件的允许下冷压焊还很适合Cu、Al、Ag、Ni、Ti、Sn、Zn、Cd、Au、Pb及其合金等不会产生快速加工硬化并具有良好的塑性变形能力的金属，它们之间的任意
14、组合，包括液相、固相不相溶的非共格金属组合，也可进行冷压焊。冷压焊由于设备简单、易操作、无填充材料、节能环保；约束模具的尺寸决定了主要的工艺参数，因此易自动化、质量高、成本低；不使用焊剂，增强了接头的耐腐蚀性；焊接头不会产生高温，可以应用于融化焊所不能完成的材料焊接。在电气、铝制品、航天领域冷压焊已经成为必需的连接方法之一。1.2.2 冷压焊的研究目的与意义随着科技的发展各种焊接方法日趋成熟，而对于很多材料需要特殊的焊接方法才能满足工艺要求。对于某些生产中常用并且已经趋于成熟的焊接技术有时候却无法满足工件对于耐温、变形少等要求，所以冷压焊渐渐进入人们的研究领域，我们要努力创新发展目前并不成熟的冷压焊压接工艺。本研究的主要目的就是通过对异种金属能否进行冷压连接进行实验探讨，设计和制定出能较好的使异种金属结合在一起的冷压焊工艺，以及在工件实现牢固连接的前提下观察与分析金属的结合面及焊缝附近母材的金相组织，进而分析和研究通过冷压焊工艺达到稳固连接的异种金属接头的微观连接机理。并通过选择不同的工艺参数，使具有不同冶金性能金属形成接头，并对组织界面结合的微观形貌进行分析；对不同金属甚至不同材料结合面的连接机制进行探索；最终能达到优化焊接方法及发展冷压焊工艺，使其应用到更广泛领域的目的。现如今科学技术的不断发展使得冷压焊的应用范围越来越广
