冷壓焊應用前景

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(jīng)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。

變壓器箔繞工藝在國內(nèi)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(nèi)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(zhì)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(chǎn)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(chǎn)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(shù)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(chǎn)生較大熱量,需冷卻,也影響了生產(chǎn)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(chǎn)生熱量較大生產(chǎn)效率低只能手工施焊,不能實現(xiàn)自動生產(chǎn).

三,冷壓焊接,此焊接工藝在法國BR公司及瑞士TUBOYAG公司生產(chǎn)的箔繞機上得到了完美實現(xiàn),此焊接方法生產(chǎn)效率高，可銅銅焊接,鋁鋁焊接,銅鋁焊接,生產(chǎn)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(shù)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(chǎn)行業(yè)的運用我國自改革開放以來，各個領(lǐng)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(jīng)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(chǎn)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(jù)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(chǎn)中的運用眾所周知，郵電部要求所有市話電纜生產(chǎn)廠獲得人網(wǎng)證書才允許生產(chǎn)。在人網(wǎng)標準中。對裸線生產(chǎn)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(chǎn)成本。

目前，國內(nèi)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(zhì)(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(nèi)干式空心電抗器生產(chǎn)廠家和鋁電磁線生產(chǎn)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(zhì)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(guān)系。隨著鋁電磁線直徑的變化，操作工人需不斷調(diào)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(jīng)驗和工作狀態(tài)保證焊接質(zhì)量，因而焊接質(zhì)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(zhì)量穩(wěn)定可靠，焊接質(zhì)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(jīng)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。

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(chǎn)生快速加工硬化或未經(jīng)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(chǎn)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?qū)訑嗝媸芎笝C噸位的限制而不能過大;工件硬度受模具材質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)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?qū)訑嗝媸芎笝C噸位的限制而不能過大

工件硬度受模具材質(zhì)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(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)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(jié)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(chǎn)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(lǐng)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(zhì)會嚴重影響冷壓焊的質(zhì)量，。金屬氧化膜也會影響冷壓焊的質(zhì)量。對接冷壓焊時，結(jié)合面處的的氧化物等有害雜質(zhì)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(zhì)【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(guān)，又與焊接模具的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。冷壓焊過程中。由于塑性變形產(chǎn)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(jié)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(jié)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(jīng)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(jié)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(jié)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(jié)合強度也有一定的影響。

對接冷壓焊時，獲得合格接頭的關(guān)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(gòu)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(jié)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(jié)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(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)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(jié)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(jié)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(zhì)量穩(wěn)定，不受電壓波動影響

14適合不允許升溫的產(chǎn)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(nèi)打滑，除有足夠夾緊力外，還需增加鉗口內(nèi)腔的摩擦系數(shù)，通常是在內(nèi)腔表面加工深度不大的螺紋溝槽。內(nèi)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(guān)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(cè)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(jù)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(zhì)電容器封頭焊接為例，見圖7-4-7。按內(nèi)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(nèi)徑與陽模的外徑之差與工件總厚度t和變形程度?的關(guān)系為:

陰模與陽模的工作周邊需制成圓角，以免產(chǎn)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(chǎn)生經(jīng)向塑性變形，將被焊界面上的雜質(zhì)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(jié)合。

目前國內(nèi)外關(guān)于冷壓焊界面結(jié)合機理研究很多。國內(nèi)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(jié)合屬晶間結(jié)合。國外關(guān)于冷壓焊結(jié)合機理有不少假說，具有代表性的有以下幾種:

而國內(nèi)部分看法是:不同組配的金屬其冷壓焊界面結(jié)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(jié)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(chǎn)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(jié)合在一起的是界面處的機械結(jié)合力和金屬鍵合力, 而不是冶金結(jié)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(chǎn)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(jié)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(chǎn)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。

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(zhì)緊密接觸，產(chǎn)生原子之間的結(jié)合。 經(jīng)過焊接時嚴重變形的冷壓焊接頭，其結(jié)合界面均呈現(xiàn)復雜的峰谷和犬牙交錯的空間形貌，其結(jié)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?nèi)醯热毕荨?/p>