铜铝闪光焊接工艺规范探讨.doc

铜铝闪光焊接工艺规范探讨第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,互相关联,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互相间的关系,对的调试焊接规范.以保证铜铝过接头路中的使用安全.核心词: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措施重要有: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,并且加工成板件的工作量大,成材率和生产效率低等局限性.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规定等局限性,但生产效率高,导电性好和焊缝强度大等长处.因此闪光焊是目前国内铜铝板件焊接最有效的措施.铜铝闪光焊接的工艺规范复杂,各规范参数繁多且互相影响互相制约,故焊接质量难以控制,检查手段为破坏性检查.为了既保证焊缝的机械性能(不小于铝板强度)和电气性能,使其在电网中安全可靠的运营.又减少调范和破坏性检查的损耗,降本增效,其提高焊接工艺规范的水平是提高产品质量,减少消耗最为有效的途径.1,焊接工艺1.1材料规定及材料准备1.1.1材质规定:铜材不低于T2牌号.铝材不低于L3牌号.1.1.2材料表面规定:铜铝焊件与电极接触面不容许有氧化层和不良导体层.以保证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咖处不容许有抽污或油漆,以免高温燃烧时的气体熔入焊缝形成气孔.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解决.退火的目的:a.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,以有助于顶锻的液体金属一铜铝合金(渣)的挤出.(经实验,R状态的焊件不退火,如顶锻压力充足时,焊缝质量亦可基本达到规定.但因顶锻压力受夹持力制约和设备的限制,故不适宜采用).b.增长焊件的母材塑性.母材通过退火解决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自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(℃)保温时间(分)冷却方式铜铝水冷空气冷硬度规定(船)<50<30铜件退火后氧化皮的清除.铜件出炉后应立即投入冷水中,并不断地上下浮沉,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,以保证焊接电通过.1.2焊接前的焊件尺寸规定1.2.1厚度规定: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,一般不不小于0.3～0.4mm.当超过此值时,铝件相对于铜的厚度增大,导致项锻留量的过剩,反之导致顶锻留量的局限性,都会严重影响焊接质量.1.2.2焊件的焊接端面规定: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,在图样尺寸上增长闪光烧损量和顶锻留量.一般铜件应在焊接长度方向增长5~6mm,铝件增长l7～18mm.(视焊件厚度取值).(b)焊件厚度不适宜不小于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畴内,大截面焊件的设计,应考虑在宽度上增大尺寸.第1期电力金具222,焊接规范由于铜铝闪光焊接过程具有剧烈的烧化,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,并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畴窄小,当其中的参数不符合整体规范参数规定,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畴,可以将某些参数一次性调试拟定.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.烧化量局限性,铜件终锻温度不够高.烧化量过大,增大了焊接工艺性损耗,导致挥霍和增长焊接时间.因此烧化量的拟定,以尽量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.随着焊接时间的增长,烧化越趋剧烈,烧化速度加快.要保证烧化过程的持续,其核心是烧化速度必须与送料速度同步.对于不同的焊接截面,一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,当烧化量拟定期,凸轮就有一相应的顶锻位置.因此该项锻位置的提前或滞后,都会变化铜铝的烧化量,对焊接质量都是极不利的.对上述的规范参数,通过大量实验表白,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),这变化量在拟定焊件伸出电极长度时就需增长进去,这预先增长的量称为顶锻留量.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,焊缝的外观质量较好,但焊缝区塑性变形不充足,铜铝焊件相对挤压力局限性,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,同步会烧损上夹具钳口和电极护铁.顶锻留量过大,焊缝区塑性范畴及变形量增大,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,而导致厚度方向错位,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对的与否,对控制焊缝的内在和外观质量都是十分重要的.经实验证明,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拟定铜铝烧化量,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精确性.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.抱负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在铝电极的钳口处,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,应略不小于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.焊缝质量经破坏检查,铜铝粘合率:板制铝件≥95%锻造铝件≥90%(破坏检查时焊缝处弯曲力矩与铝件相似,在铝件上破断,证明焊缝强度不小于铝件母材强度).同步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长0.3mm的调试量,供调试时在此长度的基本上逐渐递减,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变化.铜铝板厚之差较大,卡板长度应合适减小,反之则合适增大.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,烧化时间应尽量的减短(焊接电流尽量提高).一般采用调节焊接电流强度来达到多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限度,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;中末阶段,时间2.66～5.40秒,烧化速度为平均4.55ram/秒(变加速阶段).最后可高达12mm/秒以上,烧化时间在焊接电流足够大的状况下,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.由于第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.要保证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.从而保证焊缝的铜铝粘合率,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减少.顶锻速度是焊机设计时决定的,理论值约为132ram/秒.顶锻时间是完毕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,有助于液态金属的挤出.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限度的残留在焊缝中,焊缝浮现脆断.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.破坏实验达不到规定.因此,有电流顶锻时间应严格控制在1～4周波之间(由电子定期装置控制).无电流项煅顶锻的作用:第二过程是不带电流的顶锻,其作用是形成充足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节级数来拟定.即通过调节焊机的焊接变压器二次电压来变化电流强度.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,使焊接热量减少,焊件的烧化速度减慢,烧化过程不剧烈.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削弱.由于空气的侵入,焊。