一种用于变形锌铝合金线材的冷压焊接工艺

摘要

本发明公开的是一种用于变形锌铝合金线材的冷压焊接工艺，该工艺步骤包括：将变形锌铝合金线材经反复退火拉拔成直径d≤Φ15mm；对待焊表面进行清洁度和光滑度处理；根据线材断面直径选择焊接设备；将线材置入焊接模具，在要求对焊的线材长度大于或等于模具钳口长度的条件下还要求线材伸出型腔(0.8～1)d并对齐接头；在保证焊接末期的焊接压力大于焊接初始的焊接压力条件下施压3～4次；最后将焊后线材从模具中取出并去掉接头飞边即成。本发明工艺过程是节约能源、无环境污染的生产过程，焊接质量稳定，高效低成本。

说明书

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体是一种直径d≤Φ15mm的变形锌铝合金线材的冷压焊接工艺。

背景技术

变形锌铝合金(Zn-Al系)是针对近年来国内外电解铜价格连续上扬且居高不下致使铜产品原材料厂商和铜制品失去市场竞争力而研发的一种新型合金。它能够替代部分黄铜零部件应用于汽车、家电、卫浴、计算机等领域。

锌及锌合金可采用电阻焊、气焊和氩弧焊等方法进行焊接，但应用较多的还是气焊。焊接时大多采用中性焰或轻微碳化焰。锌气焊时必须使用钎剂，这不仅为防止氧化，也对防止锌蒸发有利。含铝(Al)的锌合金、锌铸件气焊或补焊时，所选用的焊剂应与铝气焊焊剂类似。

冷压焊是在室温状态下，借助轴向挤压力使待焊金属结合面处产生塑性变形而实现固态焊接的一种方法。它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。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互扩散，冷压焊不会产生熔化焊接头常见的软化区，热影响区和脆性金属中间相。

变形锌铝合金在2005年后由于价格的优势，在某些领域可替代HPb59黄铜而受到有关厂商的青睐，但在替代的过程中和原材料生产过程中均存在焊接的要求。

一般情况下实现锌铝合金(Zn-Al系)线材焊接的方法有：火焰钎焊、电阻对焊、钨极氩弧焊(TIG)。

火焰钎焊需要添加钎剂和钎料，钎剂又多为活性反应钎剂，焊后需要及时对残留钎剂进行清洗，否则容易对焊缝造成腐蚀，焊接时大多采用中性焰或轻微碳化焰。需操作者有丰富的经验来观察线材的温度，否则容易将线材烧化。

电阻对焊焊接过程中需根据不同的线材直径调整焊接时间，焊接电流，顶锻压力等参数，需要操作者积累丰富的经验来匹配三者的关系。

TIG焊虽然能实现锌铝合金的焊接，一般多用于锌合金板材的焊接。线材焊接中由于引弧不便很少用到。

中国专利文献CN1008242B名称为“电冰箱蒸发器用铜-铝管冷压焊工艺”，其所披露的技术方案是该工艺由待焊件处理、冷压焊接、结合面加厚和焊件定型清洗四个工序组成，该焊接装置需要定位杆和芯棒元器件，铜管要开成坡口，压焊时不是双向施加压力，而一边是固定的定夹钳，另一边是传递压力的动夹钳，且焊接对象不同，是铜-铝焊接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变形锌铝合金线材的冷压焊接工艺，该工艺通过待焊工件界面的表面状态、塑性变形程度和焊接压力等参数的匹配来满足直径d≤15mm锌铝合金线材的冷压焊接的需求。

本发明的目的通过下列技术方案实现：

一种用于变形锌铝合金线材的冷压焊接工艺，其特征在于该工艺包括下列步骤：

a、将变形锌铝合金线材按需要反复退火拉拔成直径d≤Φ15mm；

b、焊前对上述变形锌铝合金线材的待焊表面、剪切断口进行清洁度和光滑度处理；

c、根据不同线材断面直径选择焊接设备，由焊机型号和配套模具确定焊接压力：

0.10mm～0.50mm直径线材选用J1型冷焊机；

0.30mm～1.20mm直径线材选用J2型冷焊机；

1.00mm～3.25mm直径线材选用J3型冷焊机；

2.00mm～8.00mm直径线材选用液压式J4型冷焊机；

4.00mm～15.00mm直径线材选用液压式J5型冷焊机；

7.00mm～15.00mm直径线材选用液压式J6型冷焊机；

d、将变形锌铝合金线材置入焊接模具，要求对焊的线材长度大于或等于模具钳口长度，并伸出模具型腔(0.8～1)d，d为线材直径，并对齐接头；

e、轻轻压动设备顶锻压力柄，以校直线材和检验接头是否真正对齐，并将压力柄置于最高位置；

f、压动顶锻压力柄，将压力柄由最高处连续施压至最低端即完成一次顶端焊接，施压次数为3～4次，并保证焊接未期的焊接压力大于焊接初始的焊接压力；

g、将焊后线材从模具中取出，并去掉线材接头飞边。

在上述技术方案中，所述的待焊表面的清洁度要求达到无油膜、无水膜、无其它有机杂质，以一定的清除方法清除。

所述的清除方法包括化学溶剂清洗或超声波净化或以机械方法中的锉刀、钢丝刷、砂布或砂纸清除。

所述的光滑度要求达Ra≤3.2μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：冷压焊由于焊机设计时已考虑了压力和模具的特殊要求，用户只需选择焊机型号和配套模具，焊接时只要求操作者将线材放入模具，对齐即可实施焊接。对操作者无任何技术要求，极大地方便了生产。

相对于火焰钎焊和电阻对焊工艺，本发明在实现同样线材接头焊接的情况下，使接头强度大于等于母材强度，使后续线材的拉拔生产中不会在接头处断裂，有效地提高了生产效率。

试验证明：该方法焊接的接头组织不存在夹杂、气孔等缺陷，该工艺不会对焊接接头区域形成软化区和热影响区而发生晶粒长大、强度降低等不足。该工艺是节约能源、无环境污染的生产过程，焊接质量稳定，生产率高，成本低。

附图说明

图1为本发明冷压焊顶锻前结构示意图。

图2为本发明冷压焊顶锻后结构示意图。

图中：1、2-工件，3-钳口，4-左夹具，5-右夹具，6-接头飞边。

具体实施方式

一种用于变形锌铝合金线材的冷压焊接工艺，该工艺包括将变形锌铝合金线材按需要反复退火拉拔成直径d≤Φ15mm；焊前对线材待焊表面、剪切断口进行清洁度和光滑度处理；所述待焊表面的清洁度是要求待焊线材表面不得存在油膜、水膜及其它有机杂质。若存在这些物质，焊前必须清除。清除方法可用化学溶剂清洗或超声波净化方法；亦可用机械方法如：锉刀、钢丝刷、砂布、砂纸等，但清理后的表面不允许遗留残渣或氧化膜粉屑，清理后的表面也不准用手摸和再污染，待焊工件一经清理应尽快施焊。

所述表面光滑度要求：一般来说对待焊表面的粗糙度要求很高，要求达Ra≤3.2μm。一般经过轧制、拉拔或车削的表面都可用于冷压焊；带有微小沟槽不平的待焊面，在挤压过程中不利于整个界面的切向位移，但对焊接过程是有利的。

所述焊接过程的塑性变形程度是实现冷压焊接所需的最小塑性变形量，称为“变形程度”，它是控制焊接质量的关键参数，挤压时界面金属必须有足够的塑性流动量才能获得高质量的接头。塑性变形要满足通过相当大的变形量来破坏界面的氧化层，使氧化层及其它杂质排挤出接合界面；通过塑性变形克服界面的不平度，使已经清洁的被焊表面达到原子间距的紧密接触，形成晶间结合。

所述焊接压力是冷压焊过程中唯一的外加能量。通过模具传到待焊部位，使被焊金属产生塑性变形。根据不同的线材断面积施以不同的能量，一般情况下焊接末期所需的焊接压力比焊接初始的焊接压力要大的多。该压力即为线材焊接所需的能量，这个能量是通过冷压焊接模具来传递的。焊接模具的设计结构尺寸对焊接压力的影响很大，这对冷压焊机的设计者来说是至关重要的，它直接影响焊接过程的成功与否。但对使用者来说，只要压焊设备定型生产，模具也就定型，只要压力足够充分，即可实现焊接，而与操作技能无大关系。

因此，不同线材的断面直径选择不同型号的冷焊机是至关重要的。

然后按图1将线材1和2置入相应焊接模具3、4和3、5中，要求对焊线材长度大于或等于模具钳口长度，确保定位精确，使钳口3对线材1、2的夹持力达到最佳，避免线材在顶锻过程中所发生的打滑现象而导致焊接失败。

焊接未期的焊接压力大于焊接初期的压力问题，液压型冷焊机靠程序控制保证，手动型压力靠手柄位置控制，手柄位置达到行程未端，压力达到最大值。

同时根据线材直径，确保伸出型腔长度为(0.8～1)d，d为线材直径，线材伸出型腔长度必须保证，如太短使结合面处金属塑性流动量不足，致使结合强度不够；如太长，将导致线材弯曲，致使焊接失败。

顶锻次数是保证焊接质量而确定的，经验数据为3～4次，若次数少于3次，焊接后所成型的晶间结合力偏小，后续的拉拔或使用过程中易在该处断裂，若大于4次会造成飞边太多，浪费原材料，与线材伸出型腔长度无关。最后按图2所示去掉线材接头飞边6.

实施例1：

本实例用于焊接Φ3mm的锌铝(Zn-Al)合金线材。线材由Φ15mm的热挤压线材经反复退火拉拔而成，接头形式为对接。

将两根表面无油膜、水膜及其它杂质，断面为剪切断口，长度大于或等于钳口长度的Φ3mm锌铝合金线材分别置于J3或J4型台式冷压焊机模具中，左右各伸出模具型腔2.4mm，并对齐接头。先轻轻压动顶锻压力柄，以校直线材和检验接头是否真正对齐，并将压力柄置于最高位置。

压动顶锻压力柄：将压力柄由最高处连续施压至最低端，完成一次顶锻焊接。

顶锻次数：按上述方法施压4次。

将焊后线材从模具中取出去掉接头飞边即完成本次焊接。

实施例2：

本实例用于焊接Φ8mm的锌铝(Zn-Al)合金线材。线材由Φ15mm的热挤压线材经反复退火拉拔而成，接头形式为对接。

将两根表面无油膜、水膜及其它杂质，断面为剪切断口，长度大于或等于钳口长度的Φ8mm锌铝合金线材分别置于J5或J6液压型台车式冷压焊机模具中，左右各伸出模具型腔7.2mm，并对齐接头。先按动夹紧钮校直线材和保证接头对齐。

按动顶锻(焊接)按钮：完成一次顶锻。

顶锻次数：4次。

将焊后线材从模具中取出去掉接头飞边即完成本次焊接。

实施例3：

本实例用于焊接Φ15mm的锌铝(Zn-Al)合金线材。线材由铸锭热挤压为Φ15mm，接头形式为对接。

将两根表面无油膜、水膜及其它杂质，断面为剪切断口，长度大于或等于钳口长度的Φ15mm锌铝合金线材分别置于J5或J6液压型台车式冷压焊机模具中，左右各伸出模具型腔15mm，并对齐接头。先按动夹紧钮校直线材和保证接头对齐。

按动顶锻(焊接)按钮：完成一次顶锻。

顶锻次数：4次。

将焊后线材从模具中取出去掉接头飞边即完成本次焊接。