CN102489866B - 铜铝冷压焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜铝冷压焊接工艺，匹配叠放洁净的板材件和需要焊接在该板材件上的洁净的箔材件，其中箔材件在上，并保证待焊接部位处于平整的基础上，然后通过沿基础法向运动的压头，在焊接部位压出凹坑，形成焊点，使箔材件与板材件的连接电阻不大于相同条件下熔焊的连接电阻。依据本发明的铜铝冷压焊接工艺效率比较高，且冷焊效果比较好。

Description

铜铝冷压焊接工艺

技术领域

本发明涉及一种铜铝冷压焊接工艺，主要应用于变压器电抗器类箔绕线圈领域。

背景技术

变压器类线圈产品中导电件的连接应用较多的箔绕工艺。由于铝资源丰富，价格便宜，目前变压器电抗器线圈多采用铝箔绕制，引出线采用铜排或铝排。铜铝之间快速可靠焊接是当前面临的技术难题，针对该技术难题目前主要采用以下工艺：以铜铝排过渡端子用氩弧焊焊接或专用焊剂焊接，但这两种方式存在多种问题，如：1、以闪光焊或摩擦焊制作的端子可靠性不太稳定。2、焊接过程消耗氩气，不仅不环保，并且氩气及焊接弧光对人体有一定伤害。 3、焊剂价格昂贵，成本太高。3、焊接过程由于产生较大热量，需冷却，生产效率较低。

冷压接线头/接线片较早的应用在电力领域，其基本方案是匹配连接的一方预制成套，另一方做成能够嵌入该套的接头体，嵌入后，压制该套，使两方紧密结合，这种结构能够快速成型，无环境污染，但连接电阻率比较大，且一般用于较小截面积、且连接端头结构比较特殊的情形。

中国第CN1575906A申请公开提出了一种冷压焊接设备，其背景技术部分指出，冷压焊接技术是连接韧性金属的一种方法，基本原理是在集中的压力载荷作用下，使需要连接的两接触表面面积扩大，面积的扩大使表面原始的阻碍焊接的保护膜破裂，高压载荷又使暴露的纯净的金属集体紧密接触，产生原子间的结合，从而达到牢固焊接的效果。

冷压焊技术相对于其他的焊接技术还是比较年轻的，第二次世界大战中，英国飞行员 Sowter 先生用类似钝刀的物体将2块重叠的铝板切断，无意中发现了2块铝板被不知名力量紧密的结合在一起。通过这一现象，英国的 General Electric Co.研究所开始研究冷压焊金属的技术，并将这一技术带入工业生产领域。目前冷压焊技术已在架空生产领域、通信线缆生产以及同感生产领域得到了广泛的应用。

冷压焊是指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量。如上述的第CN1575906A申请公开所使用的是多次镦压工艺。

应用较多的再一种方案是利用摩擦并结合镦锻的焊接方法，效率较低，并且也需要冷却。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种效率比较高，且冷焊效果比较好的铜铝冷压焊接工艺。

为了实现本发明的发明目的，采用以下技术方案：

一种铜铝冷压焊接工艺，匹配叠放洁净的板材件和需要焊接在该板材件上的洁净的箔材件，其中箔材件在上，并保证待焊接部位处于平整的基础上，然后通过沿基础法向运动的压头，在焊接部位压出凹坑，形成焊点，使箔材件与板材件的连接电阻不大于相同条件下熔焊的连接电阻。

应用原理：被焊两种金属受机械压力产生塑性变形，工件接触面的氧化膜被破坏并被挤出，两种金属原子之间在外力作用下逐渐接近，并相互渗透，当接触面的大部分金属原子距离达到原子间距时，两种不同原子之间产生原子吸引力，从而产生了两种金属之间的冷压焊接。冷压焊由于需要金属塑性变形才能焊接，所以目前只有延性金属如Cu、Al、Ag、Au、Ni、Zn、Cd、Ti、Su、Pb及其合金才适于冷压焊，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。在微观显微镜下观察，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，同种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弱金属的强度。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。

因此，依据本发明的铜铝冷压焊接工艺不仅用于上段所提到的优点，而且，由于所使用的压焊，直接利用压头在连接的两工件上形成凹坑，即可以完成焊接，效率高。

上述铜铝冷压焊接工艺，所述箔材件和所述板材件为退火处理后的工件。

上述铜铝冷压焊接工艺，还包括清除所述箔材件和所述板材件表面氧化膜的步骤。

上述铜铝冷压焊接工艺，所述凹坑的成型表面连续可导。

上述铜铝冷压焊接工艺，所述凹坑的横截面为具有圆角过渡的等腰梯形结构。

上述铜铝冷压焊接工艺，箔材件和板材件在焊点处的最大材料延伸率为80~85%。

上述铜铝冷压焊接工艺，所述箔材的选材范围为厚度为0.1~3mm的箔材，板材的选材范围是2.5~12mm的板材。

上述铜铝冷压焊接工艺，所述焊点一个或多个一组，至少有一组。

具体实施方式

本方案主要用于铜铝的冷压焊，对应有铝箔件或者铜箔件，铝排或者铜排，需保证工件或者说焊接材料的表面清洁，无油污以及氧化膜，因此，如果有相应的表面质量状况，需要进行相应的处理。由于纯铝和纯铜在空气中都比较容易氧化，因此，最好在焊接前，进行氧化膜的清除步骤，以保证焊接的质量。由于应用范围相对比较窄，对应的焊接材料主要是铝和铜，应用领域也主要是变压器电抗器类箔绕线圈，因此，以连接电阻限定的凹坑深度或者连接质量具有比较好的表征效果。对于不同的焊接材料需要有不同的凹坑深度，在连接对象确定的情况下，凹坑深度可以在连接电阻的限定条件下通过有限次的实验得出。

基于冷压焊的原理和上述表述，一种铜铝冷压焊接工艺，匹配叠放洁净的板材件和需要焊接在该板材件上的洁净的箔材件，其中箔材件在上，并保证待焊接部位处于平整的基础上，然后通过沿基础法向运动的压头，在焊接部位压出凹坑，形成焊点，使箔材件与板材件的连接电阻不大于相同条件下熔焊的连接电阻。

叠放在有些情况下也可以理解为搭接，只要满足压接工序的正常进行，不失稳就可以满足要求。当然，实际使用中，铝排等工件具有比较好的定位基础，其连接面的相对面为平面，容易在平整的座上进行定位。

连接电阻的宏观的验证相对比较容易，如前所述，可以通过有限次的实验进行验证。

箔材件以及板材件在机加工中或多或少的都会有一些加工硬化，而之前冷压焊的叙述中可知，该工艺对材料的要求相对较高，因此，最好所述箔材件和所述板材件为退火处理后的工件，以消除内应力。

那么进一步地，为了提高冷压焊的效果，还包括清除所述箔材件和所述板材件表面氧化膜的步骤。

为了减小加工难度，所述凹坑的成型表面连续可导，成型面没有锐利的剪切角，台阶等结构，便于成型，同时也利于脱料。

进一步地，所述凹坑的横截面为具有圆角过渡的等腰梯形结构，那么用于成型的模具的压头的结构强度高，且也有利于脱料。

关于凹坑的深度，理论上压延的效果越好，越有利于压焊焊点的形成，但压延过大可能会拉裂工件，或者冷作硬化严重，抗疲劳载荷能力差，因此，较佳的选择是，箔材件和板材件在焊点处的最大材料延伸率为80~85%，对应成型的焊点凹坑的深度适当，匹配相应的材料，冷作硬化不明显，使用寿命比较长。

依据该工艺所适用的所述箔材的选材范围为厚度为0.1~3mm的箔材，板材的选材范围是2.5~12mm的板材。

较佳地，为了提高连接的可靠性，所述焊点一个或多个一组，至少有一组。

冲压铜排10mm，对应铝箔2.0mm，模具压头硬度HRC56~60，压点压强2000MPa，压延率大于85%是由比较好的连接效果。

而当冲压铜排5mm，对应铝箔1.0mm，其他参数同上，压延率大于83%是具有比较好的连接效果。

当冲压铜排选择2.5mm，对应铝箔选择0.5mm，其他参数同上，压延率大于85%是有比较好的连接效果。

Claims (5)

1.一种铜铝冷压焊接工艺，其特征在于，匹配叠放洁净的板材件和需要焊接在该板材件上的洁净的箔材件，其中箔材件在上，并保证待焊接部位处于平整的基础上，然后通过沿基础法向运动的压头，在焊接部位压出凹坑，形成焊点，使箔材件与板材件的连接电阻不大于相同条件下熔焊的连接电阻；

所述凹坑的横截面为具有圆角过渡的等腰梯形结构；

箔材件和板材件在焊点处的最大材料延伸率为80~85%。

2.根据权利要求1所述的铜铝冷压焊接工艺，其特征在于，所述箔材件和所述板材件为退火处理后的工件。

3.根据权利要求1所述的铜铝冷压焊接工艺，其特征在于，还包括清除所述箔材件和所述板材件表面氧化膜的步骤。

4.根据权利要求1所述的铜铝冷压焊接工艺，其特征在于，所述箔材的选材范围为厚度为0.1~3mm的箔材，板材的选材范围是2.5~12mm的板材。

5.根据权利要求1所述的铜铝冷压焊接工艺，其特征在于，所述焊点一个或多个一组，至少有一组。