铜铝闪光焊接工艺规范探讨

铜铝闪光焊接工艺 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 探讨2011年第1期电力金具20铜铝闪光焊接工艺规范探讨孙遇谆（南京线器材厂210037）摘要:铜铝闪光焊接工艺规范繁多,参数曲线陡峭,相互关联,焊缝质量波动极大.因此掌握焊接工艺和各规范参数的作用以及相互间的关系,正确调试焊接规范.以确保铜铝过接头在线路中的使用安全.关键词:铜铝闪光焊工艺参数焊缝强度0,前言:随着电力建设的迅速发展,铜铝板件过渡接头的需求量也逐年递增.目前国内采用的铜铝焊接方法主要有:滚动摩擦焊,钎焊,闪光焊三种.滚动摩擦焊只限于焊棒材,国内已有用焊好的棒材经锻压,机加工至板件的,但大截面锻压时存在易产生夹层及焊缝裂纹,而且加工成板件的工作量大,成材率和生产效率低等不足.钎焊工艺已较广泛的采用,多用于不规则形状或大截面铜铝过渡接头,但存在铜铝粘合力低,易剥离,焊后的焊缝清洗和焊缝腐蚀问题,其生产效率也低.闪光焊虽然存在闪光烧损,对网路电源有一定的要求等不足,但生产效率高,导电性好和焊缝强度大等优点.因此闪光焊是目前国内铜铝板件焊接最有效的方法.铜铝闪光焊接的工艺规范复杂,各规范参数繁多且相互影响相互制约,故焊接质量难以控制,检验手段为破坏性检验为了既保证焊缝的机械性能（大于铝板强度）和电气性能,使其在电网中安全可靠的运行.又减少调范和破坏性检验的损耗,降本增效,其提高焊接工艺规范的水平是提高产品质量,降低消耗最为有效的途径.1,焊接工艺1.1材料要求及材料准备1.1.1材质要求：铜材不低于T2牌号.铝材不低于L3牌号.1.1.2材料 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面要求:铜铝焊件与电极接触面不允许有氧化层和不良导体层.以确保有效通过焊接电流和避免电极平面局部烧损.焊接端面及焊缝两侧20咖处不允许有抽污或油漆,以免高温燃烧时的气体熔入焊缝形成气孔.2011年第1期电力金具2l1.1.3材料准备：当铜材硬度HB）50,铝材硬度HB>30时，焊件均应进行焊前退火处理.退火的目的：消除焊件的剪切下料的冷作硬化，保证焊件的低硬度高塑性，以有利于顶锻的液体金属一铜铝合金（渣）的挤出.（经试验,R状态的焊件不退火，如顶锻压力充分时，焊缝质量亦可基本达到要求.但因顶锻压力受夹持力制约和设备的限制,故不宜采用）.增加焊件的母材塑性.母材经过退火处理后其焊件在弯曲变形时的塑性增大，焊缝处的弯曲应力可通过母材本身的塑性变形而衰减,有效提高了焊缝的疲劳强度.未经退火的焊件在弯曲时,由于铜铝的刚度比较大,因而焊缝处的应力集中,使焊缝的抗弯曲能力下降.焊件退火工艺参数,见表一焊件退火工艺参数材料加热温度CC）保温时间（分）冷却方式铜铝水冷空气冷硬度要求（船）<50<30铜件退火后氧化皮的去除.铜件出炉后应立即投入冷水中,并不停地上下浮沉,利用铜与氧化铜的膨胀系数之差,使铜件表面的氧化层脱落,以确保焊接电通过.1.2焊接前的焊件尺寸要求1.2.1厚度要求:按照焊机的已定的规范,铜材取负差,铝材取正差.铝材厚度最大值与铜材厚度最小值之差，一般不大于0.3〜0.4mm.当超过此值时，铝件相对于铜的厚度增大,造成项锻留量的过剩,反之造成顶锻留量的不足,都会严重影响焊接质量.1.2.2焊件的焊接端面要求:焊件的焊接端面要平直,剪（冲）切斜口不能过大.焊接端面不平直或斜口过大,都会影响焊接过程.引起焊缝两端面加热不均匀和终端锻加热温度不够,使焊缝质量下降.1.2.3焊接前焊件的下料尺寸（a）焊前的焊件下料尺寸，应根据各焊机的焊接工艺规范，在图样尺寸上增加闪光烧损量和顶锻留量.一般铜件应在焊接长度方向增加5~6mm,铝件增加17〜18mm.（视焊件厚度取值）.（b）焊件厚度不宜大于12mm,厚度过大时，焊缝端面中心部分的脆性合金不易挤出,因此在焊机的功率范围内,大截面焊件的设计,应考虑在宽度上增大尺寸.2011年第1期电力金具222,焊接规范由于铜铝闪光焊接过程具有激烈的烧化,高速的项缎和严格的时问控制的特点.因而焊接规范参数繁多,而且这些参数都是互相联系,互相影响并互相制约的.特别是这些规范参数的变化范围窄小,当其中的参数不符合整体规范参数要求,都会影响焊接质量,严重的只要一落地焊缝就会断开.因此,在焊接不同截面的焊件时,都要将有关参数进行反复调试,以求得最佳焊接质量.为了减少调范时问和材料损耗,简化和缩小调范的范围,可以将某些参数一次性调试确定.这种各焊接截面基本通用的参数称为固定参数.另一类随焊接截面变化的参数称为变化参数.2.1固定参数2.1.1铜铝烧化量和凸轮顶锻位置(a)铜铝烧化量：焊接时,铜铝要达到焊接所需温度的最小闪光烧损量.由于铝的熔点比铜低,电阻比铜高.在烧化过程中,当铝件焊接端面已达到焊接所需的温度,而铜件仍需继续闪光加热.要使铜件焊接截面达到焊接所需的温度,是通过铝件的过量烧化,铜件的少量烧化实现的.烧化量的大小,直接影响焊件的终锻(顶锻)温度.烧化量不足,铜件终锻温度不够高.烧化量过大,增大了焊接工艺性损耗,造成浪费和增加焊接时间.因此烧化量的确定,以尽可能少的烧化量来达到焊接所必须的最佳温度.凸轮是焊机的送料机构.随着焊接时间的增加,烧化越趋激烈,烧化速度加快.要保证烧化过程的连续,其关键是烧化速度必须与送料速度同步.对于不同的焊接截面,般焊机是通过焊接电流来固定焊件的烧化量（烧化长度）.因此,可以通过凸轮在焊接过程中的转动角度计算送料量的大小,即可得知烧化量的多少.（b）凸轮的顶锻位置：烧化终了进行顶锻时凸轮所在的位置,当烧化量确定时,凸轮就有一对应的顶锻位置.因此该项锻位置的提前或滞后,都会改变铜铝的烧化量,对焊接质量都是极不利的.对上述的规范参数,通过大量试验表明,使铜件达到焊接所必须的温度,铝的烧化量是铜的4.2倍左右.铜件烧化量为2.5〜3咖,铝件烧化量为10.5〜11.5删，相应的凸轮顶锻位置的角度在265度〜270度.2.1.2顶锻留量焊件经顶锻后,使长度方向的尺寸发生了变化（减小）,这变化量在确定焊件伸出电极长度时就需增加进去,这预先增加的量称为顶锻留量.项锻留量的大小,决定着焊缝中铜铝脆性合金层的厚度和焊件的外观质量以及夹具的寿命.项锻留量过小,焊缝的外观质量很好,但焊缝区塑性变形不充分,铜铝焊件相对挤压力不足,铜铝脆性合金过多的滞留在焊缝中,使焊缝的铜铝粘合率明显下降,同时会烧损上夹具钳口和电极护铁.顶锻留量过大,焊缝区塑性范围及变形量增大,很难保证铜件与铝件的厚度方向对准顶20l1年第1期电力金具23锻,而造成厚度方向错位,铜件的上平面（或下平面）端部嵌入铝件内,形成"铝包铜".铝包铜的一面,因顶煅时脆性合金挤出受阻,故该面的焊缝铜铝粘金率较差,焊缝的外观质量亦很差.由此可见顶煅留量参数选择的正确与否,对控制焊缝的内在和外观质量都是十分重要的.经试验证明，铜的顶锻留量为2〜2.5mm,铝的顶锻留量为5.5mm~6.Omm是最为合适的.2.1.3焊接卡板伸出长度在确定铜铝烧化量,项锻留量后,用焊接卡板的伸出长度来保证焊接时铜铝伸出电极长度的准确性.理论上,卡板的伸出长度等于铜铝烧化总量,顶锻留量和铝件电极宽度（含护铁）三者之和.理想的卡板的伸出长度是在焊接完毕,铜件焊接端部的位置正好处于铝电极的钳口处,挤出的脆性合金（渣）正好被电极（上夹具）钳口切断.但在实际生产中,铜件的上述位置，应略大于0.05romeO.1mm挤出的脆性合金（渣）可用工具掰掉，焊缝的铝件一侧留有很细的掰断痕迹,此时卡板的伸出长度最佳.焊缝质量经破坏检验,铜铝粘合率:板制铝件》95%铸造铝件》90%（破坏检验时焊缝处弯曲力矩与铝件相同，在铝件上破断，证实焊缝强度大于铝件母材强度）.同时电极护铁和夹具钳口烧损极小,使用寿命可达3000件以上.在生产实际中，调试此规范参数时还应增加0.3mm的调试量，供调试时在此长度的基础上逐渐递减,以避免卡板伸出长度偏小,而烧损电极（夹具）钳口.还需指出,焊接卡板的伸出长度,还应根据铜铝板件的厚度偏差相应改变.铜铝板厚之差较大,卡板长度应适当减小,反之则适当增大.2.1.4烧化速度与烧化时间烧化速度与烧化时间是互相影响,互相制约的.烧化速度与烧化时间成反比,与焊接电流成正比.由于铜比铝的导热性能好,为了减少铜铝焊件在加热过程中的热损耗,提高生产效率,烧化时间应尽可能的减短（焊接电流尽可能提高）.通常采用调节焊接电流强度来达到各种不同焊接截面的统一烧化速度和烧化时间这一基本参数的.烧化速度与烧化时间在理论上分为三个阶段.初始阶段,两焊件轻微接触,电流只在个别点上通过,此时接触点上的电流密度非常大,使触点在1/1000~1/3000秒（理论值）的瞬问加热到溶点温度.烧化中间阶段,此时在接触点形成液态金属过量,液态金属的表面张力较大,其中心温度己达气化程度,液态金属急剧膨胀,使过量发生爆炸.烧化中末阶段,随着接触点的逐渐增多,焊缝区温度的进一步增高,烧化速度逐渐加快,直至铜件达到焊接必须的终锻温度.•烧化速度与烧化时间的理论值：烧化初始阶段时间0〜1.24秒，烧化速度为0.9mm/秒;中间阶段时间1.24〜2.66秒，烧化速度为1.48mm/秒冲末阶段,时间2.66〜5.40秒,烧化速度为平均4.55ram/秒（变加速阶段）.最终可高达12mm/秒以上,烧化时间在焊接电流足够大的情况下,选择在5.3〜5.6秒之间较佳.2.1.5顶锻速度与顶锻时间顶锻速度在整个焊接过程中具有决定性意义.高速顶缎是铜铝闪光焊的重要过程.因为2011年第1期电力金具24铜铝的导热性能好,由液态转变为固态的时间很短.要确保焊接端面的金属在高温熔化状态下顶锻.把熔化了的液态金属挤出,使残留焊缝中的脆性合金达最薄值.从而确保焊缝的铜铝粘合率,以获得优质焊缝.当顶煅速度不够快,焊接端熔化了的金属在项锻过程中冷却,熔化了的金属排出减少,从而使焊缝质量大大降低.顶锻速度是焊机设计时决定的，理论值约为132ram秒.顶锻时间是完成顶锻过程的所用的时间.在高速顶锻的瞬间中,严格的分为两个过程.第一过程为有电流顶锻,第二过程为无电流顶锻.有电流顶锻的作用:有电流顶锻时间极短,但它是焊接规范中最敏感的参数.其作用是保证在高速顶锻过程中,保持焊接端面的所需温度,有利于液态金属的挤出.有电流项锻时间稍短一点,焊接端面液化了金属因断电过早而冷却,使终锻温度下降而发生"冷缎".铜铝脆性合金及夹渣不同程度的残留在焊缝中,焊缝出现脆断.严重的只要一落地就断开（断口呈灰白色）.有电流项锻时间稍长一点,使焊件的自身温度增高,在高温下焊缝中重新生成新的脆性合金.使焊缝中的脆性合金重新层增厚.焊缝的塑性大大下降.破坏试验达不到要求•因此，有电流顶锻时间应严格控制在1〜4周波之间（由电子定时装置控制）.无电流项煅顶锻的作用:第二过程是不带电流的顶锻,其作用是形成充分的铜铝原子扩散及结合,提高焊缝强度.2.2变化参数2.2.i焊接电流强度焊接电流强度的大小是由焊机的电压调整级数来确定.即通过调整焊机的焊接变压器二次电压来改变电流强度.焊接电流强度的大小,直接决定着焊件的烧化速度和焊件的加热程度.由焦耳一楞决定律Q:O.2412Rt可知热量与电流强度程正比.焊接电流强度过小,使焊接热量降低,焊件的烧化速度减慢,烧化过程不激烈.接口处的液体金属不能迅速喷出,爆炸闪光不能形成足够高的气压,对焊件接口处的保护作用减弱.由于空气的侵入,焊件接口处易受氧化.同时由于烧化速度减慢,相对于由凸轮曲线决定的送料速度增快,在焊接过程中常常发生短路现象,使烧化过程中断.（焊接中断焊件一般不可再次使用,作报废处理）.焊接电流强度过大,焊件的加热增大,焊件的烧化速度过快.相对于凸轮曲线送料速度减慢.焊件接口处的间隔增大,使烧化过程不连续,出现间断现象.由于暴炸闪光不连续,焊件接口处不能保持连续的高气压,空气易于侵入,对焊件接口处的保护亦减弱,使接口处氧化,焊缝中易形成夹渣.由于加热过程的不连续,终锻温度偏低,达不到终锻温度要求.焊接电流强度的大小,都会不同程度地影响焊接过程和焊缝的质量.因此选用适合的焊接电流强度,使烧化速度和送料速度同步,才能保证烧化过程连续激烈的进行.确保焊件达到顶锻时的温度要求,从而获得优质焊缝.2.2.2电源电压2011年第1期电力金具25我们知道,焊接电流强度的调节是通过改变焊接变压器的二次电压来实现的.电源电压的波动将引起二次电压的相应变化.从焊机的电流极数调节表中可以看出,二次电压差别不大,但相应的电流强度变化是很大的.因此,电源电压较小范围的波动都会引起焊接电流的较大变化,与其它已选定的焊接规范参数不匹配.从而使缝质量大幅度下降.见表（拟增加焊接电源电压波动提示装置）焊接电源电压的波动对焊接质量的影响表二焊接截面（mm）电源电压（v）电流级数冷弯角度备注注:表中冷弯角度是破坏检验时焊缝出现裂纹时的弯曲角度.GB/T2341的规定,弯曲180度焊缝无裂纹.从表（二）中可以看出电源电压的向下波动,焊缝质量已达不到质量 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 .因此在焊接过程中注意观察电源电压的波动.当低于规范要求时应立即停止施焊.但在实际生产中,可以通过提高焊接电流的级数来补尝电源电压不足引起的焊接电流差异,亦可获得较佳质量的焊缝（表三）.此方法在焊接截面较大,焊接电流级数较高,已无法用提高电流级数进行补尝时,应待电源电压达到规范要求方可施焊.提高焊机焊接电流的级数补偿电源电压不足表三焊接截面（mill）参数电压（v）实际电压（v）电流级数冷弯角度备注焊接电压规范参数的选择,应根据焊接截面积的大小和焊接电流级数的可变情况来确定电源电压的大小及允许波动的范围2.2.3顶锻压力在闪光烧化终了,铜铝焊接端面金属已达熔化状态.未熔化金属的端面并不是平直的,而是充满了许多大小不等的凹坑.凹坑内填满了溶化了的金属,顶锻压力的作用就是利用焊件的高塑性,使铜铝焊接端面的高温固态金属在压力下产生塑性变形,填满凹坑,从而将液态金属从凹坑内挤出.同时在压力下形成充分的铜铝原子互相扩散及结合,达20l1年第1期电力金具26到两焊件紧密接触之目的.顶锻压力不足,液态金属挤出不彻底,过多的滞留在焊缝中,使残留在焊缝中的脆性合金层增厚.外观质量虽好,但内在质量很差,严重的亦会产生脆性断裂.顶锻压力过大.虽然有利于液态金属的挤出,但焊缝区铜铝件在宽度和厚度方向变形过大外观质量较差.顶锻压的力大小,不仅影响焊缝的内在质量还影响焊件外观质量.顶锻压大小的选择,应根据焊接截面积来初步计算,对中小截面的亦可凭经验,根据焊缝区的变形情况来判定.见图一铜1铝I},\\_||'——〜——(a)(a)图顶锻压力偏小宽度变形量焊缝一t〜/二二/It,,〜一一'一!.…一>・j(，八〜,//〜〜半一一〜〜>；〜,一厚度变形量(b)(C)(b)图顶锻压力合适(c)图顶锻压力过大图一顶锻压力对外观质量的影响还应指出,对于相同焊接截面积的焊件,其长宽之比越小,越不利于焊接截面中心处的液态合金的挤出,因此所需的顶镀压力应适当增大.图二变形性滑移鐾示意图2.2.4夹持压力夹持压力是在烧化过程和顶锻过程中,通过上夹具作用于焊件上的力.夹持压力的选择和顶锻压力相关.一般要大于顶锻压力1.0〜1.5个大气压.夹持压力不够大,焊件有可能在顶锻时滑动(见图二).造成相对于焊件的项锻压力降低,因而焊缝质量下降.夹持压力过大,焊件的压痕增大,尤其是小截面的铝焊件甚至产生变形,影响外观质量.焊件上的夹持压力,应均匀地分布在焊件上.夹持压力是通过上夹具作用在焊件上的.当上夹具夹持角度不适合时,会造成焊件上夹持力的分布差异,夹持力增大的一侧焊件压痕明显增加甚至发生变形,影响外观质量.夹持力减弱的一侧,易出现顶锻时滑动,造成有效顶锻的力不足.小截面的焊件,严重的还会发生外形变形性的滑移(见图二).都会使该侧的焊缝铜铝粘合率下降.因此,夹持压力的大小及其在焊件上的均匀分布,对取得内在和外观均优质的焊缝是不可忽略的.2011年第1期电力金具272.2.5两电极间的静止距离当电极动块静止在凸轮位置为"0度"的位置时,与定块电极问的距离称为两电极的静止距离.调整此距离的主要作用是：a）增加焊件顶锻时的刚度，保证顶锻压力充分地作用在焊件上.b）减少交变热量对电极和夹具的影响，提高其使用寿命.c）提高顶锻后焊件的外观质量.因此两电极的静止距离的选择与焊件的厚度和焊接截面积有关.它可以通过动块与轮顶杆的联接螺杆来调节.两电极间的静止距离的选择应根据焊件厚度和焊接截面积的由小到大,一般在46ram至52衄之问选择.距离过大对焊件的支持力减弱,顶锻后会出现铜铝焊件在厚度方向的错边,减少了有效载流截面,外观质量亦差.距离过小,不但影响电极和夹具的使用寿命还会出现顶锻后铜件焊缝区厚度方向变形增大.以上仅从理论上对铜铝闪光接工艺,焊接过程,各规范的作用,相互关系,如何正确的选择以及焊缝质量的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 进行了阐述.各电力金具行业可以根据现有定型的国标（企标）产品,通过试焊确定相应的焊接规范参数.3,总结铜铝闪光焊接技术自1964底年从苏联（前）引进至今,已四十余年了.通过长期生产实践和不断探索,对焊机的性能及工艺规范参数的认识和互相关系有了进一步的了解.针对焊缝质量,先后进行了电极增加护铁等重大改进,使焊接质量己从单纯的焊接缝区弯曲检验焊缝无裂纹的要求,提高到对焊缝弯曲180度破坏检验后直至破断对焊缝铜铝粘合率的要求.焊缝强度已达到了大于铝件母材强度的水平（弯曲破坏试验焊缝完好铝件撕断）.确保了铜铝板件过渡接头产品在电网中安全可靠地运行.现已经形成了成熟的焊接工艺和可靠规范参数.由于铜铝闪光焊接技术,在专业科技书中尚无详细论着.根据多年的生产实践和大量试验,在此基础上进行归纳总结,对焊接工艺及各规范参数的作用,相互关系以及对焊缝质量的影响进行了详细的阐述.由于笔者水平所限,错误和不足之处在所难免.今旨在抛砖引玉,企求智者不吝赐教,共同探讨.以期使我国的铜铝闪光焊接技术更趋完善.