冷压焊的应用与发展

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摘 要：冷压焊是焊接温度最低的焊接方法，冷压焊过程中可使变形速度不会引起焊接接头温度的上升，也不存在界面原子的扩散，冷压焊不会产生焊接接头常见的软化区，热影响区，和脆化中间项，特别适用于热敏材料的焊接过程，与高温下易氧化的材料以及异种金属的焊接.本文注重介绍冷压焊的应用与发展。

关键词：冷压焊；铝电磁线

1 冷压焊的概述

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，使纯洁金属紧密接触，达到晶间结合。试验证明：冷压焊过程中可行的变形速度不会引起接头的升温，也不存在界面原子的相对扩散。因此，冷压焊不会产生热焊接头常见的软化区、热影响区和脆性金属中间相。

经过焊接时严重变形的冷压焊接头，其结合界面均呈现复杂的峰谷和犬牙交错的空间形貌，其结合面面积比简单的几何截面大。因此，在正常情况下，同各金属的冷压焊接头强度不低于母材；异种金属的冷压焊接头强度不低于较金属的强度。由于结合界面大，又无中间相，所以接头的导电性、抗腐蚀性能优良。

搭接冷压焊时，将工件搭放好后，用钢制制压头加压，当压头压入必要深度后，焊接完成。用柱状压头形成焊点，称为冷压点焊；用滚轮式压头形成长缝，称为冷压滚焊。搭接主要用于箔材、板材的连接。

冷压焊用于制造同种或异种金属线材、棒材或管材的结合接头。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，但常需重复顶锻2～4次才能使界面完全焊合。

冷压焊由于不需加热、不需填料，设备简单；焊接的主要工艺参数已由模具尺寸确定，故易于操作和自动化，焊接质量稳定，生产率高，成本低；不用焊剂，接头不会引起腐蚀；焊接时接头温度不升高，材料结晶状态不变，特别适于异种金属和热焊法无法实现的一些金属材料和产品的焊接。冷压焊已成为电气行业、铝制品业和太空焊接领域中最重要的有限几种焊接方法之一。

在模具强度允许的前提下，很多不会产生快速加工硬化或未经严惩硬化的延性金属如Cu、Al、Ag、Au、Ni、Zn、Cd、Ti、Su、Pb及其合金均适于冷压焊；它们之间的任意组合，包括液相、固相不相溶的非共格金属如Al与Pb、Zn与Pb等的组合，也可进行冷压焊。但是对于某些异种金属，如Cu与Al，形成的焊缝，在高温下会因扩散作用而产生脆性的化合物，使其延展性明显下降。这类组合的冷压焊接头只宜在较低温度下工作。

冷压焊的搭接厚度或对接断面受焊机吨位的限制而不能过大；工件硬度受模具材质的限制而不能过高。因此，冷压焊主要适用于硬度不高、延展性好的金属薄板、线材、棒材和管材的连接。特别适宜于焊接中不允许接头升温的产品。目前，国内外干式空心电抗器的线圈绕组广泛使用铝电磁线来制造。由于受每盘电磁线质（重）量的限制，在线圈绕制过程中，需要将不同线盘的铝电磁线对焊起来。由于干式空心电抗器用在高压电力系统中，所以它的线圈绕组要能够承受短路电流的冲击，因此要求铝电磁线对焊接头焊接牢固，抗拉强度不低于母材，同时要求接头的电阻要小，导电性能优良。

2 冷压焊技术在焊接铝电磁线上的应用

现在，国内干式空心电抗器生产厂家和铝电磁线生产厂家大多采用电阻焊焊接铝电磁线。采用电阻焊焊接铝电磁线时，存在以下问题：首先，焊接电流通电时间的控制，由于铝电磁线直径较小，所以焊接电流通电时间很短，且电阻焊机的焊接电流通电时间依靠手工控制。当焊接电流通电时间过长时，焊接能量输入过剩，使接头被烧断；当焊接电流通电时间过短时，焊接能量输入不够，使接头不能完全熔合，导致焊接失败。其次，焊接质量和铝电磁线伸出长度、电磁线和电极表面接触状态等，也有很大关系。随着铝电磁线直径的变化，操作工人需不断调整电磁线伸出长度。电极使用一段时间后，会出现下凹，要求工人及时修磨电极。因此，采用电阻焊焊接铝电磁线时，要靠工人的焊接经验和工作状态保证焊接质量，因而焊接质量不稳定。采用冷压焊焊接铝电磁线有很多优点，首先，焊接质量稳定可靠，焊接质量主要由焊接模具保证。第二，焊接操作简单，对操作工人的操作技能和经验要求不高。第三，冷压焊焊接接头电气性能好，接头电阻与母材相比变化很小。

2.1 冷压焊原理

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，使纯洁金属紧密接触，达到晶间结合，见图1。冷压焊的焊接过程不会引起接头升温，也不存在界面原子的相对扩散。因此，冷压焊的焊接接头不会产生软化区、热影响区和脆性金属中间相。冷压焊过程中，由于变形硬化作用，使冷压焊接头的强度一般不低于母材。经冷压形成的接头，其结合界面呈现复杂的峰谷和犬牙交错的空间形貌，结合界面面积比简单几何截面面积大，所以冷压焊接头的导电性良好。

2.2 冷压焊机型号规格及结构

2.2.1 选用国产冷压焊机，型号：LHJ3。

2.2.2 焊机主要技术参数

冷压焊线材范围：铝线&1.00--4.74mm

2.2.3 焊机主要结构

（1）操作手柄：通过凸轮，把操作者的作用力传递到滑动V 形块上，使焊接模具动作。

（2）进料门操作旋钮：用它打开进料门，使待焊铝电磁线进入冷压焊模具。

（3）盖板：使形块固定并使焊接模具装置定位好。

（4）导向装置：使待焊铝电磁线在进行顶锻时，只能作单方向的运动。

2.3 铝电磁线对焊工艺流程

根据待焊铝电磁线直径选择并安装相应冷压焊模具用小刀去除铝电磁线表面的绝缘层转动进料操作旋钮，打开进料门，从模具的凹口把待焊铝电磁线塞入至模缝中间位置，然后松开旋钮将操作手柄向下用力压到它的行程下限，如此重复4―5 次，直到在模具中间可以清晰看到顶锻毛刺为止！打开送料门，取出焊好的电磁线！用剪刀、锉刀、砂纸去除焊接飞边、毛刺。

2.4 焊接试验

2.4.1 焊缝接头强度试验

取3mm铝电磁线，按2.3流程，焊接试样做拉伸试验。结果：断口全部在焊缝接头以外的母材上。说明焊缝接头抗拉强度不低于母材的强度，见表1

2.4.2 焊接接头电阻变化测试；

（1）测试方法：取1-3mm长铝电磁线一根，测量其在20 ℃下电阻值。用同根铝电磁线，在中部剪断2次，按2.3流程，相隔100 mm焊接2mm个焊接头，再测量其在20 ℃的电阻值，观察其电阻的变化

（2）用冷压焊和电阻焊的方法， 各做3 个试样，测量数据如下表：

从表2 看出，冷压焊接头的电阻值与母材相比增加量非常小，变化不大，冷压焊接头电阻值和木材的相对增加量也明显低电阻焊的焊接接头和木材的相对增加量

3 应用效果

经过6 年多的应用表明，采用冷压焊焊接铝电磁线，焊接质量稳定可靠，焊缝接头强度高，焊缝接头电阻变化小，提高了空心电抗器整体的电气性能和稳定可靠性。同时焊接操作工艺简单，焊接成本低。相信冷压焊焊接技术，一定会越来越多地应用于铝电磁线的焊接生产。

参考文献

[1] 中国机械工程学会焊接学会. 焊接手册（第1卷）[M]. 北京：机械工业出版社，1992.

[2] 特种焊接技术及应用 李亚江 王娟 刘鹏.[M]北京：化学工业出版社.

作者简介：赵娣；女；汉族；辽宁抚顺；职务/职称，讲师；学历，本科；单位，陕西省渭南技工学校。