冷壓焊其它焊接方式

以鋅鋁焊接為例分析:

高強度鋅合金的熔點為419.5 ℃，比較低，而Zn 的沸點只有906 ℃，熔化焊的熱源溫度都比較高，焊接鋅合金時容易發(fā)生氧化和鋅的蒸發(fā)， 從而造成焊縫和熔合區(qū)的成分、組織和性能的變化。

釬焊鋅合金時，由于采用的是軟釬焊，焊接溫度較低，母材不會熔化，減少了鋅的氧化和蒸發(fā)， 可以有效防止由于過熱對母材的組織和性能的影響， 因此在鋅合金連接和修復方面應用較多，但其焊接強度較低，限制了在某些對強度要求較高的場合的應用。

鋅合金的冷壓焊屬于固態(tài)焊接方式，焊接時母材不會發(fā)生熔化，且接頭強度較高

在模具強度允許的前提下，很多不會產生快速加工硬化或未經嚴懲硬化的延性金屬如Cu、Al、Ag、Au、Ni、Zn、Cd、Ti、Su、Pb及其合金均適于冷壓焊;它們之間的任意組合，包括液相、固相不相溶的非共格金屬如Al與Pb、Zn與Pb等的組合，也可進行冷壓焊。鋁與鋁對接可焊截面達1500毫米2,鋁與銅對接可焊截面達1000毫米2。但是對于某些異種金屬，如Cu與Al，形成的焊縫，在高溫下會因擴散作用而產生脆性的化合物，使其延性明顯下降。這類組合的冷壓焊接頭只宜在較低溫度下工作。

冷壓焊的搭接厚度或對接斷面受焊機噸位的限制而不能過大;工件硬度受模具材質的限制而不能過高。因此，冷壓焊主要適用于硬度不高、延性好的金屬薄板、線材、棒材和管材的連接。特別適宜于焊接中不允許接頭升溫的產品。

冷壓焊所需設備簡單，工藝簡便,勞動條件好。但冷壓焊所需擠壓力較大，在大截面工件的焊接時設備較龐大，搭接焊后工件表面有較深的壓坑，因而在一定程度上限制了它的應用范圍。

拆模時必須小心，尤其小彈簧容易丟失。

模具的表面不干凈將會導致接線時線容易在模具中打滑，以至于焊接失敗。注意維修后的模具工作表面決不允許有任何油脂。

冷壓焊適合延展性較好的金屬，容易產生加工硬化的金屬和脆性金屬不適合

冷壓焊的搭接厚度或對接斷面受焊機噸位的限制而不能過大

工件硬度受模具材質的限制而不能過高。

冷壓焊由于不需加熱、不需填料，設備簡單;焊接的主要工藝參數(shù)已由模具尺寸確定，故易于操作和自動化，焊接質量穩(wěn)定，生產率高，成本低;不用焊劑，接頭不會引起腐蝕;焊接時接頭溫度不升高，材料結晶狀態(tài)不變，特別適于異種金屬和熱焊法無法實現(xiàn)的一些金屬材料和產品的焊接。冷壓焊已成為電氣行業(yè)、鋁制品業(yè)和太空焊接領域中最重要的有限幾種焊接方法之一。

冷壓焊機及其模具的工作表面可能會積聚金屬碎屑，必須定期清除。如有壓縮空氣，可用壓縮空氣把碎屑吹掉。如果要徹底的清除碎屑，可將模具從焊機中取出，把模具的四塊模塊拆開，用放大鏡仔細每塊模塊，確保所有模塊表面的微量碎屑都被清除。拆模時必須小心，尤其小彈簧容易丟失。模具的表面不干凈將會導致接線時線容易在模具中打滑，以至于焊接失敗。注意維修后的模具工作表面決不允許有任何油脂。

油膜、水膜和其他雜質會嚴重影響冷壓焊的質量，。金屬氧化膜也會影響冷壓焊的質量。對接冷壓焊時，結合面處的的氧化物等有害雜質可在多次頂鍛過程中被作為飛邊擠出，因此對接冷壓焊時待焊部位的表面清理只需清除油污、水等有害雜質【2】即可。

總壓縮量是影響對接冷壓焊接頭性能的重要因素。對接冷壓焊的塑性變形程度用總壓縮量L表示，它等于工件伸出長度與頂鍛次數(shù)的乘積?？偪s進量有一個最佳值，過高和過低都會使拉壓強度降低，比如用φ8mm的鋅合金棒材進行對接冷壓焊。當總壓縮量為20mm時，鋅合金對接冷壓焊接頭抗拉強度465MPa，達到最大值，增加總壓縮量，接頭抗拉強度反而降低了;當總壓縮量過小時，接頭強度明顯降低，并可能出現(xiàn)焊接失敗。一般要使金屬間距離達到

焊接壓力既與被焊材料的強度和工件斷面有關，又與焊接模具的結構尺寸有關。冷壓焊過程中。由于塑性變形產生硬化和模具對金屬的約束力，工件上單位壓力增大。對接冷壓焊時，工件隨變形的進行而被墩粗，工件的名義斷面積不斷增大。結果使得焊接末期所需的焊接壓力比焊接初始時的焊接壓力要大的多。因此選擇焊接壓力應該以焊接末期時最大的焊接壓力為準。一般鋅合金冷壓對接焊時，單位面積的焊接壓力大于2100MPa。

冷壓焊結合過程一般對工件待連接表面的粗糙度沒有很高的要求，經過軋制、剪切或車削的表面都可以應用。只有當塑性變形量小于20%時，才要求表面有較低的粗糙度。對于帶有微小溝槽的凹凸不平的表面，在強烈的塑性變形過程中有利于整個界面的切向位移，使兩金屬的接觸面積增大，當塑性變形達到一定程度時，兩金屬的結合面積不再增大，而不能使所有的金屬接觸面都能達到原子間力的作用范圍而形成結合力。此時所表現(xiàn)的變形為基體金屬的變形。因此，金屬表面的粗糙度對冷壓焊結合強度也有一定的影響。

對接冷壓焊時，獲得合格接頭的關鍵因素是要有足夠的壓縮量，對于塑性好，變形硬化不強烈的金屬工件的壓縮量通常小于或等于直徑或厚度，焊接時使構建的伸出長度等于壓縮長度可一次頂鍛焊成，對于硬度較大形變較強的金屬，壓縮量通常大于或等于焊件的直徑或厚度，需要多次頂鍛才能焊成，對于大多數(shù)材料頂鍛數(shù)一般不能大于三次。

1焊接在允許的形變速度之下不會引起接頭升溫，也不存在界面原子的擴散，固沒有軟化區(qū)、熱影響區(qū)和脆性金屬中間相。

2結合面呈現(xiàn)復雜的峰谷和犬牙交錯的空間形態(tài)，接觸面大，同種金屬接頭強度不低于母材。異種金屬接頭強度不低于金屬強度

3結合界面大，又無中間相，所以接頭的導電性、抗腐蝕性能優(yōu)良。

4壓力是唯一的外加能量。單位壓力通常要比被焊材料的屈服強度大許多倍。

5不需加熱、填料，設備簡單，節(jié)省能源。

6易于操作和自動化，焊接質量穩(wěn)定，生產率高，成本低。

7在大截面工件的焊接時設備較龐大，搭接焊后工件表面有較深的壓坑

8不用焊劑，無污染

9焊接頭不會腐蝕，溫度不升高，材料結晶狀態(tài)不變

10通過冷焊機飛邊后，容易去除，表面光潔

11金屬組織部發(fā)生再結晶和軟化、退火現(xiàn)象，機械強度不會降低

12對焊接材料的性能、厚度以及焊接壓力、以及對焊時的頂鍛壓力都有個比較嚴格的約束

13焊接質量穩(wěn)定，不受電壓波動影響

14適合不允許升溫的產品，有些金屬焊接時會因升溫而母相軟化，冷壓焊是不錯的選擇

冷壓焊接設備主要分為3大類:手提式、臺式和動力式。

手提式冷壓焊機通常用在拉絲機的放線架、漆包線、束纜或絞線機上，它的最大優(yōu)點是能在有限的空間內進行作業(yè)，攜帶方便。

焊接范圍:銅ф0.10~1.20mm,鋁ф0.10~1.20mm

臺式冷焊機是固定在有兩個輪子的小車上，移動方便。

焊接范圍:銅ф0.30~3.25mm,鋁ф0.30~4.70mm

對于焊接線徑較大的冷焊機，靠手動來操作是不可能的。因此設計了由氣動、電動或液壓傳動的冷焊機。設備的底部安裝有輪子，可以移動。

焊接范圍:銅ф1.00~13.00mm,鋁ф1.00~20.00mm

不同焊接類型其模具各異，對接冷壓焊模具為鉗口;搭接冷壓焊點焊的模具為壓頭，縫焊的模具為壓輪等。

鉗口分固定和活動兩組，各由兩個相互對稱的半模組成，各夾持一個工件。鉗口作用除夾緊工件外，主 要是傳遞壓力，控制塑性變形大小和切掉飛邊。

鉗口端頭結構有槽形鉗口、尖形鉗口、平形鉗口和復合鉗口等形式，其中尖形鉗口有利于金屬的流動，能擠掉飛邊，所需焊接壓力小等，但它易崩刃口。為此在刃口外設置護刃環(huán)和溢流槽(容納飛邊)，圖7-4-3 為應用最廣的復合鉗口。

為了防止頂鍛過程中工件在鉗口內打滑，除有足夠夾緊力外，還需增加鉗口內腔的摩擦系數(shù)，通常是在內腔表面加工深度不大的螺紋溝槽。內腔的形狀尺寸與焊件相適應，焊件規(guī)格變化，則需更換鉗口。

刃口是關鍵部位，其厚度一般為2mm左右，楔角為50°~60°，該處須進行磨削加工以減小頂鍛時變形金屬流動的阻力，不至卡住飛邊，鉗口工作部位的硬度控制在HRC45~55.

(1)搭接點焊壓頭

冷壓點焊分單點點焊和多點點焊，單點焊又分雙面點焊和單面點焊。點焊用的壓頭形狀有圓形(實心或空心)、矩形、菱形、或環(huán)形等。

壓頭尺寸按工件厚度t確定。圓形壓頭直徑d(見圖7-4-4,)和矩形壓頭的寬度b要適當，典型壓頭尺寸為d=(1~1.5)t，或b=(1~1.5)t.矩形壓頭的長邊取(5~6)b。如果屬不等厚點焊，則壓頭尺寸d=2t1或b=2t1，t1為薄件厚度。

冷壓點焊的壓縮率是由壓頭壓入深度來控制，通常是設計帶軸肩的壓頭，見圖7-4-4。從壓頭端頭至軸肩的長度即為壓入深度，以此控制準確的壓縮率，同時起到防止工件翹起的作用。圖7-4-2則是在軸肩外圓加設套環(huán)預壓裝置，又稱預壓模具套環(huán)，通過彈簧對工件施加預壓力，該預壓力控制在20~40MPa左右。

為了防止壓頭切割被焊金屬，其工作面周邊應加工成R=0.5mm的圓角。

(2)搭接縫焊模具

冷壓縫焊有冷滾壓焊、冷套壓焊和冷擠壓焊等形式，各使用著不同的模具。

1)冷滾壓焊壓輪

冷滾壓焊時，被焊的搭接件在一對滾動的壓輪間通過，并同時被加壓焊接，即形成一條密閉性焊縫，圖7-4-5為其焊接示意圖。從圖中看出，單面滾壓焊的兩壓輪中一個帶工作凸臺，另一個不帶工作凸臺;而雙面滾壓焊則兩個壓輪均帶凸臺。

壓輪的直徑D從減小焊接壓力考慮越小越好，但過小的壓輪工件不能自然送入焊機。工件能自然入機的條件是D≥175t?，式中t=(t1+t2)工件總厚度，?為最小壓縮率。

所以，選用壓輪直徑時，首先滿足工件自然入機條件，然后盡可能選用小的壓輪直徑。

壓輪工作凸臺的高與寬的作用與冷壓點焊壓頭作用相似，工作凸臺兩側設輪肩，起控制壓縮率和防止工件邊緣翅起的作用。

合理的凸臺高度h由下式確定:

式中C為主軸間彈性偏差量，通常C=0.1~0.2mm

合理的凸臺寬度B取:

式中H焊縫厚度，見圖7-4-2;

t工件總厚度(t1+t2)。

2)冷套壓焊模具

以鋁罐封蓋冷壓焊為例，見圖7-4-6。根據焊件的形狀和尺寸設計相應尺寸的上模和下模，下模由模座承托。上模與壓力機的上夾頭連接，為活動模。上下模的工作臺設計與冷滾壓焊壓輪的工作凸臺相當。同樣也應設計臺肩。由于焊接面積大，所需焊接壓力比滾壓焊大很多，故此種方法只適用于小件封焊。

3)冷擠壓焊模具

以鋁質電容器封頭焊接為例，見圖7-4-7。按內外帽形工件的形狀尺寸設計相應的陰模(固定模)和陽模( 動模)。陽模與壓力機的上夾頭相連接，陰模的內徑與陽模的外徑之差與工件總厚度t和變形程度?的關系為:

陰模與陽模的工作周邊需制成圓角，以免產生剪切。

搭接主要用于箔材、板材的連接。將工件分別夾緊在左右鉗口中，并伸出一定長度，施加足夠的頂鍛壓力，使伸出部分產生經向塑性變形，將被焊界面上的雜質擠出，形成金屬飛邊，緊密接觸的純潔金屬形成焊縫，完成焊接過程。一般需要2~4次才能使金屬邊界完全焊合。

鉗口分固定和活動兩組，各由兩個相互對稱的半模組成，各夾持一個工件,向中間擠壓結合。

目前國內外關于冷壓焊界面結合機理研究很多。國內存在的主要觀點是無擴散理論，認為冷壓焊中不存在原子的擴散，兩材料的結合屬晶間結合。國外關于冷壓焊結合機理有不少假說，具有代表性的有以下幾種:

而國內部分看法是:不同組配的金屬其冷壓焊界面結合機理是不同的.，對于無限互溶的Cu-Ni 類、有限互溶的Ag-Cu 類與生成化合物的A-l Cu 類在冷壓焊過程中界面處存在淺層擴散, 實現(xiàn)冶金結合. 而液固態(tài)下幾乎不互溶的Ag-Ni 類, 即使在冷壓焊過程中界面產生固溶體, 但這種固溶體極不穩(wěn)定, 隨著過飽和固溶相的析出, 必然伴隨著接頭的斷裂. 因此真正使這類組合的金屬牢固結合在一起的是界面處的機械結合力和金屬鍵合力, 而不是冶金結合.

冷壓焊，英文為cold pressure welding

在室溫條件下，借助壓力使待焊金屬產生塑性變形而實現(xiàn)固態(tài)焊接的方法。

加壓變形時，工件接觸面的氧化膜被破壞并被擠出，使純潔金屬接觸達到晶間結合，能凈化焊接接頭。所加壓力一般要高于材料的屈服強度，以產生60~90%的變形量。加壓方式可以緩慢擠壓、滾壓或加沖擊力，也可以分幾次加壓達到所需的變形量。

變壓器箔繞工藝在國內已比較成熟,由于銅鋁價格差異較大,考慮制造成本因素,目前國內大部分廠家采用鋁箔繞制,雖然用鋁箔繞制線圈與銅箔繞制線圈性能沒有大的差異,由于與變壓器連接母線排多為銅排及客戶要求銅質線圈,所以絕大部分變壓器廠家的變壓器以銅端子引出.目前大致有三種方案:

一,以銅鋁過渡排引出,氬弧焊焊接,缺點:1需單獨訂做,生產周期較長2以閃光焊或摩擦焊制作的端子可靠性不太穩(wěn)定,已有不少廠家反映在生產完成后發(fā)現(xiàn)焊接部位斷裂,造成較大損失,3,氬弧焊接對操作工有較高技術要求,要熟練掌握焊接電流,速度,角度等否則容易虛焊不可靠4,焊接過程消耗氬氣不環(huán)保,氬氣及焊接弧光對人體有一定傷害.5焊接過程由于產生較大熱量,需冷卻,也影響了生產效率及自動化的實現(xiàn).

二,以銅排引出,以專用焊劑焊接,如三合焊絲,缺點:1焊劑比較昂貴,2用氧氣乙炔把銅排加熱,用熔化的焊劑把銅鋁粘在一起,此辦法產生熱量較大生產效率低只能手工施焊,不能實現(xiàn)自動生產.

三,冷壓焊接,此焊接工藝在法國BR公司及瑞士TUBOYAG公司生產的箔繞機上得到了完美實現(xiàn),此焊接方法生產效率高，可銅銅焊接,鋁鋁焊接,銅鋁焊接,生產成本低，不用焊劑，無污染，只需更換與材料對應的冷壓模具既可,可實現(xiàn)自動焊接,對剪切切口也沒有氬弧焊接要求嚴格.缺點是整機引進價格高昂,BRJ-300約250萬元,BRJ-700約350萬元BRJ-1400*2約500萬元,這樣高昂的價格也是此技術沒有遲遲進入中國的一個重要原因.

1.冷壓焊在架空線生產行業(yè)的運用我國自改革開放以來，各個領域都在追趕世界先進水平，導線焊接接頭也列人電纜行業(yè)要解決的重要項目之一。以往國家標準，如GB1178 - 83鋁絞線及鋼芯鋁紋線》和鋁合金絞線及鋼芯鋁合金絞線》等標準中，對導線的接頭強度要求不高。由于有經驗的工人精細操作后尚能達到。因此大部分的廠家仍采用電阻焊。

但是，為了使國產品與國際接軌，我國線纜標準將逐漸向IEC徐準靠攏，采用等效于一1987《架空絞線用硬鋁線h及圓線同心絞架空導線It的新的國家標準'將要頒布)提出接頭強度)130MPa。因此采用電阻焊接是無法達到，而采用冷壓焊是較易達到。我們對導線接頭的抗拉蠅度做了一系列的試驗。大量的數(shù)據表明，冷焊機冷壓焊接后接頭的抗拉強度都超過母線的強度。由于冷焊機能自動對中及方便操作，無需對操作工過高的要求，因此，將其比喻為焊機中"傻瓜機"并不過分。

2.冷壓焊在通信電纜生產中的運用眾所周知，郵電部要求所有市話電纜生產廠獲得人網證書才允許生產。在人網標準中。對裸線生產過程的接頭有明確的規(guī)定。

市話電纜的導線電阻焊很難實現(xiàn)。傳統(tǒng)的焊接方法是用銀合金焊料和無酸性溶劑釬焊，但是，自從冷焊機冷壓焊機推向市場后，越來越多的用戶都傾向用冷焊機來接線，這是因為BWE公司的手提式冷焊機非常適合這種線徑的焊接，而且冷壓焊接比銀焊具有更大的優(yōu)越性:

(1)冷壓焊接線操作方便、簡單，

(2)冷壓焊能自動時中;而銀焊即很難對中，線受力時容易斷;

(3)銀焊接頭有氧化皮，不牢固。而且存在假焊。焊接成功率低;

(4)冷壓焊不影響導線的電氣性能;而銀焊會降低電導率;

(5)通過冷焊機飛邊后，容易去除，表面光潔;而銀焊接頭較粗，不易修平;

(6)冷壓焊只需一次投資。使用壽命長，大大降低生產成本。

目前，國內外干式空心電抗器的線圈繞組廣泛使用鋁電磁線來制造。由于受每盤電磁線質(重)量的限制，在線圈繞制過程中，需要將不同線盤的鋁電磁線對焊起來。由于干式空心電抗器用在高壓電力系統(tǒng)中，所以它的線圈繞組要能夠承受短路電流的沖擊，因此要求鋁電磁線對焊接頭焊接牢固，抗拉強度不低于母材，同時要求接頭的電阻要小，導電性能優(yōu)良?，F(xiàn)在，國內干式空心電抗器生產廠家和鋁電磁線生產廠家大多采用電阻焊焊接鋁電磁線(L4)。采用電阻焊焊接鋁電磁線時，存在以下問題:首先，焊接電流通電時間的控制。由于鋁電磁線直徑較小(2.5~5.0mm)，所以焊接電流通電時間很短，一般不到1s。電阻焊機的焊接電流通電時間依靠手工控制。當焊接電流通電時間過長時，焊接能量輸入過剩，使接頭被燒斷;當焊接電流通電時間過短時，焊接能量輸入不夠，使接頭不能完全熔合，導致焊接失敗。其次，焊接質量和鋁電磁線伸出長度、電磁線和電極表面接觸狀態(tài)等，也有很大關系。隨著鋁電磁線直徑的變化，操作工人需不斷調整電磁線伸出長度。電極使用一段時間后，會出現(xiàn)下凹，要求工人及時修磨電極。因此，采用電阻焊焊接鋁電磁線時，要靠工人的焊接經驗和工作狀態(tài)保證焊接質量，因而焊接質量不穩(wěn)定。采用冷壓焊焊接鋁電磁線有很多優(yōu)點。

首先，焊接質量穩(wěn)定可靠，焊接質量主要由焊接模具保證。

第二，焊接操作簡單，對操作工人的操作技能和經驗要求不高。

第三，冷壓焊焊接接頭電氣性能好，接頭電阻與母材相比變化很小。

其他方面冷壓焊已應用于電容器外殼的封裝、電氣工業(yè)中鋁銅過渡接頭、導電母線、引出線、鋁制日用品和包裝帶的焊接等。鋁與鋁對接可焊截面達1500毫米2,鋁與銅對接可焊截面達1000毫米2 等等。

冷壓焊機的未來在以下方面有待提高:

1)數(shù)控冷壓焊機將替代手動機械式冷壓焊機。手動機械式冷壓焊機在壓力的控制上不能數(shù)量化，而是經驗化。通過數(shù)控冷壓焊機施加壓力得到數(shù)量準確的焊接參數(shù)，確保焊透。

2)冷壓焊機可以進行修補金屬材料。冷壓焊機修補材料替代了熱焊機修補材料，以免在修補的過程中改變金屬的晶格屬性。

3)便攜式冷壓焊機可以應用到不易拆卸修補的設備中，實現(xiàn)現(xiàn)場修補。適用大型設備尤其是軍用設備、航空航天材料的焊接與修補。

冷焊機工作原理是在集中壓力負荷作用下，使需要連接的兩接觸表面積擴大， 從而使得焊接表面上的原始的阻礙焊接的氧化保護膜破裂 ， 高壓負載又使暴露的純凈金屬物質緊密接觸，產生原子之間的結合。 經過焊接時嚴重變形的冷壓焊接頭，其結合界面均呈現(xiàn)復雜的峰谷和犬牙交錯的空間形貌，其結合面面積比簡單的幾何截面大。在正常情況下，同各金屬的冷壓焊接頭強度不低于母材; 異種金屬的冷壓焊接頭強度不底于兩邊母線強度。 很多金屬材料在傳統(tǒng)的高溫焊接下會導致接頭變形變粗、異物摻入、電阻變大導電性能變弱等缺陷。