冷压焊接头变形对结合界面的影响及强度优势介绍

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：冷压焊在焊接过程中，由于接头变形严重，结合界面呈现出复杂的峰谷和犬牙交错的空间形貌，其结合面面积比简单的几何断面大。在正常情况下，同种金属材料的冷压焊接头强度不低于母材，其原因是由于冷压焊过程中的形变硬化而使接头强化；异种金属材料的冷压焊接头强度不低于较软金属的强度。

1.变形焊分类

变形焊大体分为三种类型，室温下进行的变形焊称为冷压焊（Cold Pressure Welding，CPW）；焊接温度在300℃左右的变形焊称为热压焊（Hot Pressure Welding，HPW），该方法有工作台加热、压头加热、工作台与压头同时加热三种形式，主要用于微型件的精密连接；在超高真空中进行的变形焊则称为超高真空变形焊。

2.变形焊的特点

1）焊接时不需要添加焊丝、焊剂等焊接材料。

2）由于焊接温度一般低于350℃，不需要高温加热装置，焊接设备的制造成本低，结构简单；特别是冷压焊可以节约大量电能，并节省由于焊接加热需要的辅助时间。

3）不使用焊剂，接头不需要焊后清洗，不存在接头使用中因钎剂引起的腐蚀问题。

4）焊接参数由模具尺寸决定，不需要像电弧焊那样调节电流、电压、焊接速度等多个参数，易于操作和实现自动化焊接。

5）接头温升不高而不出现熔化状态，不产生类似电弧焊接头的软化区、热影响区，也不生成脆性金属间化合物；特别是冷压焊时焊接过程中不产生热量，材料结晶状态保持不变。

6）凡具有一定延性的金属（Al、Ag、Cu、Cd、Fe、Pb、Sn、Ti、Zn等）及其合金都可以进行焊接，特别适合于异种金属（包括有限互溶，液相、固相不相溶的非共格金属间的组合）和焊接中怕升温材料的焊接。

3.变形焊接头形式

变形焊接头主要采用搭接和对接两种接头形式，如图2-5-65和图2-5-66所示。

搭接变形焊主要用于箔材、板材的连接。搭接焊时，将工件搭放好后，用压头加压，当压头压入必要的深度后，去除压力完成焊接。用柱状压头形成焊点，称为变形搭接点焊；用滚轮式压头形成焊缝，称为变形搭接缝焊。搭接缝焊又分为滚压焊、套压焊和挤压焊三种形式。

对接变形焊主要用于同种或异种金属线材、棒材或管材的连接。对接变形焊将工件分别夹紧在左右钳口中，并伸出一定长度，施加足够的顶锻压力，使伸出部分产生径向塑性变形，将被焊界面上的杂质挤出，形成金属飞边，紧密接触的纯洁金属形成焊缝，完成焊接过程。

图2-5-65 搭接变形焊接头形式示意图

图2-5-66 对接变形焊接头形式示意图

a）顶锻前 b）顶锻后（飞边切掉） 1、2—工件 3—钳口 4—活动夹具 5—固定夹具

搭接是热压焊接头的主要形式，按照焊接压头的形状可以分为楔形压头、空心压头、带槽压头以及带凸缘压头的热压焊，如图2-5-67所示。其中，图2-5-67a、c、d三种压头都是将金属引线直接搭接在基板导体或芯片的平面上；而图2-5-67b则是一种金丝球焊法，即金属丝导线从空心爪头的直孔中送出或拉出引线，在引线端用切割火焰将端头熔化，借助液态金属的表面张力，在引线端头形成球状，压焊时利用压头的周壁对球施加压力，形成圆环状焊缝，该方法在半导体器件的引线连接中得到广泛应用。

4.变形焊机理及接头组织形态

变形焊的机理比较简单，主要是待焊试件在所加压力的作用下，通过材料的物理接触，使待焊试件产生大的变形，在变形时表面的氧化膜破裂并通过材料的塑性变形被挤出连接界面，使纯金属相互接触，并发生键合而形成牢固的连接接头。

冷压焊在焊接过程中，由于接头变形严重，结合界面呈现出复杂的峰谷和犬牙交错的空间形貌，其结合面面积比简单的几何断面大。在正常情况下，同种金属材料的冷压焊接头强度不低于母材，其原因是由于冷压焊过程中的形变硬化而使接头强化；异种金属材料的冷压焊接头强度不低于较软金属的强度。同时，由于结合界面大，又无中间相生成，所以接头的导电性、耐蚀性优良。

图2-5-67 热压焊接头形式及焊点形状

a）楔形压头（扁平焊点） b）空心压头（金丝球焊点） c）带槽形的压头 d）带凸缘的压头

冷压焊接头变形对结合界面的影响及强度优势介绍

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