專利名稱：一種用于變形鋅鋁合金線材的冷壓焊接工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及焊接技術領域，具體是一種直徑d < Φ 15mm的變形鋅鋁合金線材的冷 壓焊接工藝。
背景技術：
變形鋅鋁合金(Zn-Al系)是針對近年來國內外電解銅價格連續(xù)上揚且居高不下 致使銅產品原材料廠商和銅制品失去市場競爭力而研發(fā)的一種新型合金。它能夠替代部分 黃銅零部件應用于汽車、家電、衛(wèi)浴、計算機等領域。鋅及鋅合金可采用電阻焊、氣焊和氬弧焊等方法進行焊接，但應用較多的還是氣 焊。焊接時大多采用中性焰或輕微碳化焰。鋅氣焊時必須使用釬劑，這不僅為防止氧化，也 對防止鋅蒸發(fā)有利。含鋁(Al)的鋅合金、鋅鑄件氣焊或補焊時，所選用的焊劑應與鋁氣焊 焊劑類似。冷壓焊是在室溫狀態(tài)下，借助軸向擠壓力使待焊金屬結合面處產生塑性變形而實 現固態(tài)焊接的一種方法。它通過塑性變形擠出連接部位界面上的氧化膜等雜質，使純潔金 屬緊密接觸，達到晶間結合。冷壓焊過程中可行的變形速度不會引起接頭的升溫，也不存在 界面原子的相互擴散，冷壓焊不會產生熔化焊接頭常見的軟化區(qū)，熱影響區(qū)和脆性金屬中 間相。變形鋅鋁合金在2005年后由于價格的優(yōu)勢，在某些領域可替代HPb59黃銅而受到 有關廠商的青睞，但在替代的過程中和原材料生產過程中均存在焊接的要求。一般情況下實現鋅鋁合金(Zn-Al系)線材焊接的方法有火焰釬焊、電阻對焊、鎢 極氬弧焊(TIG)?；鹧驸F焊需要添加釬劑和釬料，釬劑又多為活性反應釬劑，焊后需要及時對殘留 釬劑進行清洗，否則容易對焊縫造成腐蝕，焊接時大多采用中性焰或輕微碳化焰。需操作者 有豐富的經驗來觀察線材的溫度，否則容易將線材燒化。電阻對焊焊接過程中需根據不同的線材直徑調整焊接時間，焊接電流，頂鍛壓力 等參數，需要操作者積累豐富的經驗來匹配三者的關系。TIG焊雖然能實現鋅鋁合金的焊接，一般多用于鋅合金板材的焊接。線材焊接中由 于引弧不便很少用到。中國專利文獻CN1008242B名稱為“電冰箱蒸發(fā)器用銅-鋁管冷壓焊工藝”，其所披 露的技術方案是該工藝由待焊件處理、冷壓焊接、結合面加厚和焊件定型清洗四個工序組 成，該焊接裝置需要定位桿和芯棒元器件，銅管要開成坡口，壓焊時不是雙向施加壓力，而 一邊是固定的定夾鉗，另一邊是傳遞壓力的動夾鉗，且焊接對象不同，是銅-鋁焊接。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種變形鋅鋁合金線材的冷壓焊接工藝，該工藝通過待焊 工件界面的表面狀態(tài)、塑性變形程度和焊接壓力等參數的匹配來滿足直徑15mm鋅鋁合
3金線材的冷壓焊接的需求。本發(fā)明的目的通過下列技術方案實現一種用于變形鋅鋁合金線材的冷壓焊接工藝，其特征在于該工藝包括下列步驟a、將變形鋅鋁合金線材按需要反復退火拉拔成直徑d < Φ 15mm ；b、焊前對上述變形鋅鋁合金線材的待焊表面、剪切斷口進行清潔度和光滑度處 理；C、根據不同線材斷面直徑選擇焊接設備，由焊機型號和配套模具確定焊接壓力0. IOmm 0. 50mm直徑線材選用Jl型冷焊機；0. 30mm 1. 20mm直徑線材選用J2型冷焊機；1. OOmm 3. 25mm直徑線材選用J3型冷焊機；2. OOmm 8. OOmm直徑線材選用液壓式J4型冷焊機；4. OOmm 15. OOmm直徑線材選用液壓式J5型冷焊機；7. OOmm 15. OOmm直徑線材選用液壓式J6型冷焊機；d、將變形鋅鋁合金線材置入焊接模具，要求對焊的線材長度大于或等于模具鉗口 長度，并伸出模具型腔(0. 8 1) d，d為線材直徑，并對齊接頭；e、輕輕壓動設備頂鍛壓力柄，以校直線材和檢驗接頭是否真正對齊，并將壓力柄 置于最高位置；f、壓動頂鍛壓力柄，將壓力柄由最高處連續(xù)施壓至最低端即完成一次頂端焊接， 施壓次數為3 4次，并保證焊接未期的焊接壓力大于焊接初始的焊接壓力；g、將焊后線材從模具中取出，并去掉線材接頭飛邊。在上述技術方案中，所述的待焊表面的清潔度要求達到無油膜、無水膜、無其它有 機雜質，以一定的清除方法清除。所述的清除方法包括化學溶劑清洗或超聲波凈化或以機械方法中的銼刀、鋼絲 刷、砂布或砂紙清除。所述的光滑度要求達Ra彡3. 2 μ m。與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是冷壓焊由于焊機設計時已考慮了壓力和 模具的特殊要求，用戶只需選擇焊機型號和配套模具，焊接時只要求操作者將線材放入模 具，對齊即可實施焊接。對操作者無任何技術要求，極大地方便了生產。相對于火焰釬焊和電阻對焊工藝，本發(fā)明在實現同樣線材接頭焊接的情況下，使 接頭強度大于等于母材強度，使后續(xù)線材的拉拔生產中不會在接頭處斷裂，有效地提高了 生產效率。試驗證明該方法焊接的接頭組織不存在夾雜、氣孔等缺陷，該工藝不會對焊接接 頭區(qū)域形成軟化區(qū)和熱影響區(qū)而發(fā)生晶粒長大、強度降低等不足。該工藝是節(jié)約能源、無環(huán) 境污染的生產過程，焊接質量穩(wěn)定，生產率高，成本低。


圖1為本發(fā)明冷壓焊頂鍛前結構示意圖。圖2為本發(fā)明冷壓焊頂鍛后結構示意圖。圖中1、2-工件，3-鉗口，4-左夾具，5-右夾具，6-接頭飛邊。
具體實施例方式一種用于變形鋅鋁合金線材的冷壓焊接工藝，該工藝包括將變形鋅鋁合金線材按 需要反復退火拉拔成直徑d < Φ15πιπι ；焊前對線材待焊表面、剪切斷口進行清潔度和光滑 度處理；所述待焊表面的清潔度是要求待焊線材表面不得存在油膜、水膜及其它有機雜質。 若存在這些物質，焊前必須清除。清除方法可用化學溶劑清洗或超聲波凈化方法；亦可用機 械方法如銼刀、鋼絲刷、砂布、砂紙等，但清理后的表面不允許遺留殘渣或氧化膜粉屑，清 理后的表面也不準用手摸和再污染，待焊工件一經清理應盡快施焊。所述表面光滑度要求一般來說對待焊表面的粗糙度要求很高，要求達 Ra < 3. 2 μ m。一般經過軋制、拉拔或車削的表面都可用于冷壓焊；帶有微小溝槽不平的待 焊面，在擠壓過程中不利于整個界面的切向位移，但對焊接過程是有利的。所述焊接過程的塑性變形程度是實現冷壓焊接所需的最小塑性變形量，稱為“變 形程度”，它是控制焊接質量的關鍵參數，擠壓時界面金屬必須有足夠的塑性流動量才能獲 得高質量的接頭。塑性變形要滿足通過相當大的變形量來破壞界面的氧化層，使氧化層及 其它雜質排擠出接合界面；通過塑性變形克服界面的不平度，使已經清潔的被焊表面達到 原子間距的緊密接觸，形成晶間結合。所述焊接壓力是冷壓焊過程中唯一的外加能量。通過模具傳到待焊部位，使被焊 金屬產生塑性變形。根據不同的線材斷面積施以不同的能量，一般情況下焊接末期所需的 焊接壓力比焊接初始的焊接壓力要大的多。該壓力即為線材焊接所需的能量，這個能量是 通過冷壓焊接模具來傳遞的。焊接模具的設計結構尺寸對焊接壓力的影響很大，這對冷壓 焊機的設計者來說是至關重要的，它直接影響焊接過程的成功與否。但對使用者來說，只要 壓焊設備定型生產，模具也就定型，只要壓力足夠充分，即可實現焊接，而與操作技能無大 關系。因此，不同線材的斷面直徑選擇不同型號的冷焊機是至關重要的。然后按圖1將線材1和2置入相應焊接模具3、4和3、5中，要求對焊線材長度大 于或等于模具鉗口長度，確保定位精確，使鉗口 3對線材1、2的夾持力達到最佳，避免線材 在頂鍛過程中所發(fā)生的打滑現象而導致焊接失敗。焊接未期的焊接壓力大于焊接初期的壓力問題，液壓型冷焊機靠程序控制保證， 手動型壓力靠手柄位置控制，手柄位置達到行程未端，壓力達到最大值。同時根據線材直徑，確保伸出型腔長度為(0. 8 l)d，d為線材直徑，線材伸出型 腔長度必須保證，如太短使結合面處金屬塑性流動量不足，致使結合強度不夠；如太長，將 導致線材彎曲，致使焊接失敗。頂鍛次數是保證焊接質量而確定的，經驗數據為3 4次，若次數少于3次，焊接 后所成型的晶間結合力偏小，后續(xù)的拉拔或使用過程中易在該處斷裂，若大于4次會造成 飛邊太多，浪費原材料，與線材伸出型腔長度無關。最后按圖2所示去掉線材接頭飛邊6.實施例1 本實例用于焊接Φ3πιπι的鋅鋁(Zn-Al)合金線材。線材由Φ 15mm的熱擠壓線材 經反復退火拉拔而成，接頭形式為對接。將兩根表面無油膜、水膜及其它雜質，斷面為剪切斷口，長度大于或等于鉗口長度的Φ3πιπι鋅鋁合金線材分別置于J3或J4型臺式冷壓焊機模具中，左右各伸出模具型腔 2. 4mm,并對齊接頭。先輕輕壓動頂鍛壓力柄，以校直線材和檢驗接頭是否真正對齊，并將壓 力柄置于最高位置。壓動頂鍛壓力柄將壓力柄由最高處連續(xù)施壓至最低端，完成一次頂鍛焊接。頂鍛次數按上述方法施壓4次。將焊后線材從模具中取出去掉接頭飛邊即完成本次焊接。實施例2:本實例用于焊接Φ8πιπι的鋅鋁(Zn-Al)合金線材。線材由Φ 15mm的熱擠壓線材 經反復退火拉拔而成，接頭形式為對接。將兩根表面無油膜、水膜及其它雜質，斷面為剪切斷口，長度大于或等于鉗口長度 的Φ8πιπι鋅鋁合金線材分別置于J5或J6液壓型臺車式冷壓焊機模具中，左右各伸出模具 型腔7. 2mm,并對齊接頭。先按動夾緊鈕校直線材和保證接頭對齊。按動頂鍛(焊接)按鈕完成一次頂鍛。頂鍛次數4次。將焊后線材從模具中取出去掉接頭飛邊即完成本次焊接。實施例3 本實例用于焊接Φ 15mm的鋅鋁(Zn-Al)合金線材。線材由鑄錠熱擠壓為Φ 15mm, 接頭形式為對接。將兩根表面無油膜、水膜及其它雜質，斷面為剪切斷口，長度大于或等于鉗口長度 的Φ 15mm鋅鋁合金線材分別置于J5或J6液壓型臺車式冷壓焊機模具中，左右各伸出模具 型腔15mm，并對齊接頭。先按動夾緊鈕校直線材和保證接頭對齊。按動頂鍛(焊接)按鈕完成一次頂鍛。頂鍛次數4次。將焊后線材從模具中取出去掉接頭飛邊即完成本次焊接。
權利要求
一種用于變形鋅鋁合金線材的冷壓焊接工藝，其特征在于該工藝包括下列步驟a、將變形鋅鋁合金線材按需要反復退火拉拔成直徑d≤Φ15mm；b、焊前對上述變形鋅鋁合金線材的待焊表面、剪切斷口進行清潔度和光滑度處理；c、根據不同線材斷面直徑選擇焊接設備，由焊機型號和配套模具確定焊接壓力0.10mm～0.50mm直徑線材選用J1型冷焊機；0.30mm～1.20mm直徑線材選用J2型冷焊機；1.00mm～3.25mm直徑線材選用J3型冷焊機；2.00mm～8.00mm直徑線材選用液壓式J4型冷焊機；4.00mm～15.00mm直徑線材選用液壓式J5型冷焊機；7.00mm～15.00mm直徑線材選用液壓式J6型冷焊機；d、將變形鋅鋁合金線材置入焊接模具，要求對焊的線材長度大于或等于模具鉗口長度，并伸出模具型腔(0.8～1)d，d為線材直徑，并對齊接頭；e、輕輕壓動設備頂鍛壓力柄，以校直線材和檢驗接頭是否真正對齊，并將壓力柄置于最高位置；f、壓動頂鍛壓力柄，將壓力柄由最高處連續(xù)施壓至最低端即完成一次頂端焊接，施壓次數為3～4次，并保證焊接未期的焊接壓力大于焊接初始的焊接壓力；g、將焊后線材從模具中取出，并去掉線材接頭飛邊。
2.根據權利要求1所述的一種用于變形鋅鋁合金線材的冷壓焊接工藝，其特征在于 所述的待焊表面的清潔度要求達到無油膜、無水膜、無其它有機雜質，以一定的清除方法清 除。
3.根據權利要求2所述的一種用于變形鋅鋁合金線材的冷壓焊接工藝，其特征在于所 述的清除方法包括化學溶劑清洗或超聲波凈化或以機械方法中的銼刀、鋼絲刷、砂布或砂 紙清除。
4.根據權利要求1所述的一種用于變形鋅鋁合金線材的冷壓焊接工藝，其特征在于所 述的光滑度要求達Ra彡3. 2 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開的是一種用于變形鋅鋁合金線材的冷壓焊接工藝，該工藝步驟包括將變形鋅鋁合金線材經反復退火拉拔成直徑d≤Φ15mm；對待焊表面進行清潔度和光滑度處理；根據線材斷面直徑選擇焊接設備；將線材置入焊接模具，在要求對焊的線材長度大于或等于模具鉗口長度的條件下還要求線材伸出型腔(0.8～1)d并對齊接頭；在保證焊接末期的焊接壓力大于焊接初始的焊接壓力條件下施壓3～4次；最后將焊后線材從模具中取出并去掉接頭飛邊即成。本發(fā)明工藝過程是節(jié)約能源、無環(huán)境污染的生產過程，焊接質量穩(wěn)定，高效低成本。
文檔編號B23K20/02GK101972889SQ20101050484
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月9日 優(yōu)先權日2010年10月9日
發(fā)明者劉江萍, 劉紅偉, 樊建勛, 甄立玲, 馬冰, 齊果 申請人:中國兵器工業(yè)第五二研究所