第7章冷压焊和热压焊
结合机理:国内主要观点:无扩散理论,属晶间结 合 国外:薄膜理论,位错学说 ,扩散理论 ,再结 晶理论,能量学说 等
1 焊接在允许的形变速度之下不会引起接头升温,也不存在界面 原子的扩散,固没有软化区、热影响区和脆性金属中间相。 2 结合面呈现复杂的峰谷和犬牙交错的空间形态,接触面大,同 种金属接头强度不低于母材。异种金属接头强度不低于金属强度
用总压缩量L表示,它等于工件伸出长度与顶锻次数的乘积。
总缩进量有一个最佳值,过高和过低都会使拉压强度降低。
顶锻次数 对接冷压焊时,获得合格接头的关键因素是要有足够的压缩量,对于塑性好, 变形硬化不强烈的金属工件的压缩量通常小于或等于直径或厚度,焊接时使构 建的伸出长度等于压缩长度可一次顶锻焊成,对于硬度较大形变较强的金属, 压缩量通常大于或等于焊件的直径或厚度,需要多次顶锻才能焊成,对于大多 数材料顶锻数一般不能大于三次。
第7章 冷压焊和热压焊
1 冷压焊的特点和工艺 2 冷压焊的应用 3 热压焊的特点和工艺 4 热压焊的应用焊
§7.1 冷压焊的特点及工艺
一 冷压焊的特点 cold pressure welding 在室温条件下,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。
3 焊接压力
冷压焊的能量是过夹头 夹紧传递到待焊工件的界面上。
焊接压力既与被焊材料的强度和工件断面有关,又与焊 接模具的结构尺寸有关。冷压焊过程中。由于塑性变形 产生硬化和模具对金属的约束力,工件上单位压力增大。 对接冷压焊时,工件随变形的进行而被墩粗,工件的名 义断面积不断增大。结果使得焊接末期所需的焊接压力 比焊接初始时的焊接压力要大的多。因此选择焊接压力 应该以焊接末期时最大的焊接压力为准。一般锌合金冷 压对接焊时,单位面积的焊接压力大于2100MPa。
压轮直径D
压轮的直径D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D≥175tϵ,式中 t=(t1+t2)工件总厚度,ϵ为最小压缩率。 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h由下式确定:
• 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。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7-4-2 则是在轴肩外圆加设套环预压装臵,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20~40MPa左右。
(2)搭接缝焊模具
F pS F焊接压力,N p单位压力,MPa
S焊接件的横截面积, mm2
四、冷压焊模具
1 搭接冷压焊模具 (1)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t确定。 圆形压头直径d(矩形压头的宽度b) d=(1~1.5)t,或b=(1~1.5)t. 矩形压头的长边取(5~6)b。 如果属不等厚点焊,则 压头尺寸d=2t1或b=2t1, t1为薄件厚度。
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。 a)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7-4-5为其焊接示意图。从图中 看出,单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。
三 冷压焊工艺及影响因素
1 焊接件的表面状态 (1)待焊表面的清洁度
油膜、水膜和其他杂质会严重影响冷压焊的质量,。金属氧 化膜也会影响冷压焊的质量。对接冷压焊时,结合面处的的氧 化物等有害杂质可在多次顶锻过程中被作为飞边挤出,因此对 接冷压焊时待焊部位的表面清理只需清除油污、水等有害杂质。
(2)待焊表面的粗糙度
冷压焊结合过程一般对工件待连接表面的粗糙度没有很高的 要求,经过轧制、剪切或车削的表面都可以应用。只有当塑性 变形量小于20%时,才要求表面有较低的粗糙度。
2 塑性变形程度
塑性变形程度是指实现冷压焊所需要的最小塑性变形量, 是判断材料冷压焊接性和控制焊接质量的关键参数。 (1)搭接冷压焊压缩率
(2) 对接冷压焊的塑性变形程度
3 结合界面大,又无中间相,所以接头的导电性、抗腐蚀性能优
良。 4 压力是唯一的外加能量。单位压力通常要比被焊材料的屈服强 度大许多倍。 5不需加热、填料,设备简单,节省能源。
6易于操作和自动化,焊接质量稳定,生产率高,成本低。
7 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 8 不用焊剂,无污染 9 焊接头不会腐蚀,温度不升高,材料结晶状态不变 10 通过冷焊机飞边后,容易去除,表面光洁 11 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 12 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 13 焊接质量稳定,不受电压波动影响 14 适合不允许升温的产品,有些金属焊接时会因升温而母相 软化,冷压焊是不错的选择
二、冷压焊的分类
1 搭接冷压焊:接主要用于箔材、板材的连接。将工件分别夹
紧在左右钳口中,并伸出一定长度,施加足够的顶锻压力,使伸 出部分产生经向塑性变形,将被焊界面上的杂质挤出,形成金属 飞边,紧密接触的纯洁金属形成焊缝,完成焊接过程。一般需要 2~4次才能使金属边界完全焊合。
2 对接冷压焊
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,向中间挤压结合。主要用于同种或异种金 属线材、棒材和管材的焊接。