特种压力焊——高频焊、扩散焊、超声波焊、爆炸焊、冷压焊 - 副本

高频焊管生产
五、高频焊制管设备
• 1、高频发生器 • 产生高频电流。升压变压器和整流器将工频电 变为高压直流电→振荡器→高压高频低电流直 流电→输出变压器→低压高频大电流直流电→ 电极触头（感应圈）。 • 制管用的高频发生器有三种： • 频率为l0kHz的电动机一发电机组、 • 固体变频器 • 频率高达100-500kHz的电子管高频振荡器 • 常用的高频振荡器功率范围是60-400KW。
5、工艺参数
• 1）温度T 最重要的参数，提供扩散条件，也增 加金属的塑性。在一定范围内提高温度，可以有效 提高焊接速度和接头强度。但不能一味以高温度， 因为会造成材料晶粒粗大甚至熔化，也会降低夹具 的强度、刚度。对于多数金属及合金， T =（0.6～ 0.8）Tm。对于扩散钎焊，T应略高于中间层（钎料） 的熔点。 • 2）压力P 产生金属的塑性变形，为金属键的形 成和原子的扩散提供条件，也可以防止孔洞的产生， 提高接头强度。压力不允许超过焊接温度下材料的 屈服强度。对于扩散钎焊，可适当降低压力。
五、高频焊制管设备
• 2、电极触头 高频电阻焊时用以向工件传导 电流的元件。
• 于高温下工作，连续高频焊时，还与工件产生滑动 摩擦。为此要求有高的导电率、热导率和耐磨性。 由铜合金或银基、铜基镶块元件制成。镶块有铜钨 合金、锆钨合金、银钨合金。
1—触头座 2—镶块 3—钎焊缝 4—冷却 水管
• 3、感应圈 • 高频感应焊时用以传导电流的元件。它的作用是 靠近焊件，使高频交流电产生交流电磁场，在焊 件上感生出交流电用以加热焊件进行焊接。由圆 形截面、方形截面的铜管缠绕而成的1～4匝，内 通循环冷却水。单匝 • 线圈不需绝缘布， • 多匝线圈需要缠绕 • 绝缘玻璃丝布，防 • 止匝间起弧。
管子高频电阻焊原理
管子高频感应焊原理
感应焊与接触焊相比的优势：
• 1)对管坯接头及表面质量要求 比较低； • 2)不会引起管坯局部失稳变形 及擦伤； • 3)焊管表面光滑，焊道内表面 较平整； • 4) 没有触头材料的消耗，节 约金属； • 5)不存在电极触头开路问题， 功率传输及焊接电流稳定。 • 缺点是无效电流引起的能量 损失较大，使高频电能利用 率和焊接效率大为降低。
三、特点
• （1）焊接速度快 由于集肤效应和邻近 效应，电流集中于焊接区，加热速度极快， 焊接速度可达150～200m/min。 • （2）热影响区小 热量集中且加热冷却快。 而且还不易发生氧化，从而可获得具有良 好组织与性能的焊缝。 • （3）焊前清理简单 由于是熔化焊且有压 力作用，不需要清理接头表面。
一、原理
2、邻近效应：高 频电流在两导体 中彼此反向流动 或在一个往复导 体中流动时，就 会出现电流集中 流动于导体邻近 侧的现象称邻近 效应。
• 高频焊过程及实质藉助高频电流的集肤效应可使 高频电能量集中于工件的表层，而利用邻近效应， 又可控制高频电流流动路线的位置和范围。
二、方法
• 有高频电阻焊和高频感应焊两种：高频电阻焊时， 电流是通过电极触头(又叫接触子)直接接触导入工 件进行焊接的，故又称接触高频焊；而高频感应 焊时．则是通过外部感应线圈的耦合而在工件内 部产生感应电流进行焊接的，电源与工件不发生 直接接触。
三、扩散焊的特点
• （1）与熔焊相比，焊接时母材不熔化，几乎 可焊各种金属-金属、金属-无机非金属材料。 • （2）与冷压焊相比，因为需要加热，所以不 需要太高的压力，母材宏观变形很小。 • （3）与钎焊相比，接头成分与母材一致（扩 散钎焊除外），性能基本无差异。 • （4）焊接的工艺参数（压力、温度、时间） 容易控制，易于实现自动化。 • （5）在真空环境下或保护气氛下焊接，接头 无污染，不会产生气孔、夹渣等缺陷。
三、扩散焊的特点
• （6）可焊大截面接头——移动加压。 • （7）接头表面清理和装配要求高，不能有 杂质、污物。 • （8）由于温度低、压力小，所以焊接时间 长，生产率低，某些金属会出现晶粒粗大。 • （9）因需要真空或保护气氛环境，还要自 动控制系统，因此，设备投入大，且工件 大小受到工作空间的限制。
二、扩散焊类型
同类材料扩散焊：无中间扩散层，靠原 子自扩散。需要较大的压力和较长的时 间，扩散层组织结构与母材一致。 异种材料扩散焊：无中间扩散层。用于金 属-金属、金属-无机非金属间的焊接。因物 理、化学性质差异，易出现界面应力、低 熔点共晶体、孔洞、电化学腐蚀等。 加中间层扩散焊：有物理扩散、化学扩散。 中间层多为箔、电镀层、喷涂层、气相沉积 层，厚度不超过0.25mm。中间层易于扩散， 可明显减小压力，降低温度，缩短时间，扩 散后成分与母材接近，无明显过渡层。 过渡液相扩散焊（扩散钎焊）：中间扩散 层为低熔点材料，在压力下加热熔化，向 两侧母材扩散，润湿母材，填充间隙，凝 固后形成接头。
六、扩散焊的应用
• （1）钛合金件的焊接 因其比强度高，耐腐蚀， 广泛用于人造卫星、宇宙飞船、飞机、导弹。 • （2）铝合金件的焊接 重量轻、导热性好，广泛 用于热交换器、冰箱蒸发器、太阳能热水器。 • （3）耐热钢及耐热合金件的焊接 广泛用于燃气 轮机的燃烧室、涡轮发动机叶片。 • （4）陶瓷、石墨、石英等电子工业元件的焊接。
第二章 扩散焊
• 扩散焊(或称扩散连接)是在一定的温度和压力下使 待焊表面相互接触，通过微观塑性变形或通过在待 焊表面上产生的微量液相而扩大待焊表面的物理接 触，然后，经较长时间的原子相互扩散来实现结合 的一种焊接方法。
一、原理与过程
a)界面初始接触 b)第一阶段，微观凸起 处变形和交界面形成 c)第二阶段，原子扩散， 界面迁移，微孔开始消除 d)第三阶段，体积扩散， 微孔消除，新界面形成
特种压力焊
• • • • • 高频焊 扩散焊 冷压焊 爆炸焊 超声波焊等
第一章 高频焊
• 一、原理 • 1、集肤效应：是高频电流倾向于在金属 导体表面流动的现象。
• 集肤效应用电流的透入深度来衡量，其值愈小， 表示集肤效应愈显著。电流的透入深度△与电 流频率f材料的电阻率ρ及磁导率μT有关，其关 系式是：
三、冷压焊的应用
• （1）特别适合异种金属的焊接，铜、铝、镍、 金、银、镉、钛、锡、铅等材料任意组合均可。 （2）对接冷压焊适合的截面范围大，从 0.5mm2到500mm2，断面形状多样，可以是线、 管、棒、异型截面。 （3）搭接冷压焊可焊厚度在0.01mm～20mm 的箔、板、带，用于电工产品中的导线连接， 要求气密性的容器，电子产品的封装等。 （4）特别适合焊接不允许加热的材料，比如 铝皮电缆，其焊接温度不允许超过120℃。
例：管子纵缝高频电阻焊 1—阻抗器 2—电极触头 3—V 形开口 4—电流通道 5—压辊 6—焊点 7—焊缝
• （2）高频断续焊 适用于短焊缝产品。
例：管子对接高频感应焊
1—感应圈 2—导磁环 3—焊件 4—间隙
工艺路线：管子对接同轴，接触→感应 圈通电→接头处产生感生电流→电阻热将管 子软化→顶锻力将管子焊合。
四、典型应用
a，b，c—管子纵缝焊 d—板对接连续焊 e—板角接连续焊
四、典型应用
f—管子螺旋缝焊
g—管子螺旋翅片连续焊
h—管子对接断续焊 i—方管纵缝连续焊
j—板搭接点焊
k—半对接断续焊
五、高频焊制管设备
• 高频焊制管设备是个机组，如图所示。它由水平导 向辊、高频发生器及其输出装置、挤压辊、外毛刺 清除器、磨光辊以及一些辅助机构、工具等部分组 成。
第三章 冷压焊
• 一、冷压焊原理 • 室温下，通过给金属加压使之产生塑性变形进 行焊接，又叫变形焊。
搭接接头冷压焊 对接接头冷压焊
1，2—焊件 4—活动夹具
1—焊件 2—预压模具 3—压头 4—焊缝 3—钳口 5—固定夹具 H—焊缝厚度t1，t2—焊件厚度 P1—预压力 P2—焊接压力
二、冷压焊的特点
2、接头形式
• 3、中间扩散层 • 1）可以是纯金属，如铜、镍、铝、钛等，也可 以是它们的合金。 2）厚度一般不超过0.25mm，过厚会增加焊接时 间；过薄则不利于形成过渡层。 3）预先制成箔片、镀层、沉积层、喷涂层。 4、止焊剂 1）其熔点要高于焊接温度。 2）高温下稳定，不分解，不污染接头，不与夹具、 压头反应。 3）不释放出有害气体污染附近的待焊表面，不破 坏保护气氛或真空度。 例：钢-钢焊接时，隔离压头可用云母片；钛-钛焊 接时可用氮化硼或氧化钇粉。
• 变形焊由于不需填料，没有高温，因此： 1、设备简单、节约能源； 2、焊接的主要工艺参数已由模具尺寸确定，故易于操 作和自动化，焊接质量稳定，生产率高，成本低； 3、不用焊剂，接头不会引起腐蚀，没有污染； 4、焊接时接头温度不升高，材料结晶状态不变，特别 适于异种金属和怕升温的金属材料和产品的焊接。 （5）接头变形大，对接接头有凸缘，搭接接头有凹坑 （6）受设备吨位和模具材质的影响，对接接头的材料 硬度和截面不能太高；搭接接头材料厚度不能太大。
焊接新技术
材料科学与工程学院 赵霞
第六章 铝热焊
• 热剂焊一般是指利用金属氧化物和还原剂 之间的氧化还原反应所产生的热量，进行 熔融金属母材、填充接头而完成焊接的一 种方法。 • 氧化剂：Fe2O3、CuO、MnO等； • 还原剂：Al、Mg、Ca、Si、B、C等。 • 工业上应用最多的氧化剂为Fe2O3、 CuO , 应用最广泛的还原剂是Al。
四、扩散焊工艺
• 真空扩散焊工艺流程包括：工件表面处理→工件装配→装 炉→扩散焊接→炉冷。
• 1、表面处理 • 1）粗糙度：Ra3.2μm以下。用车、铣、刨、磨等 方法加工。对于加中间扩散层的接头，粗糙度可 以放宽。 2）洁净度：要求无油污、无吸附物、无氧化膜。 用有机溶剂（乙醇、丙酮、三氯乙烯、洗洁精等） 进行清洗。注意不能出现腐蚀坑。
三、特点
• （4）电能消耗小 与电阻焊相比，由于电 流的集肤效应，电能集中作用于接头附近， 因此能耗大大降低。 • （5）可焊多种材料 碳钢、合金钢、不锈 钢、铝、铜、钛、镍、锆，可焊异种金属。 • （6）对接头装配精度要求高 尤其是自动 连续焊接时，装配精度差则焊件精度差。 • （7）另外，电源回路的高压、高频电流 对人体和其他设备有伤害，对绝缘要求较 高，需要特殊防护。