超高真空变形焊设备及尖形复合钳口设计

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：图2-5-75 尖形复合钳口的形状1—刃口 2—飞边溢流槽 3—护刃环 4—内腔 α—刃口倒角3.超高真空变形焊设备超高真空变形焊与冷压焊的主要区别是工作环境不同，因此这两种工艺所用的设备基本一致，只是增加了真空室和真空系统。

1.冷压焊设备

（1）焊机冷压焊的主要设备是能够提供足够压力的焊机，除了专用的冷滚压焊设备外（其压力由压轮主轴承担，不需要另外提供压力），其余的冷压焊设备都可以利用常规的压力机改装而成。表2-5-31列出了部分冷压焊机的相关技术参数。但是，冷压焊时，需要适合各类焊接接头形式的模具，如冷压点焊压头、滚焊压轮、套压焊模具、挤压焊模具和对压焊钳口等。

表2-5-31 部分冷压焊机的相关技术参数

（续）

①括号内的压力值为计算值。

（2）搭接点焊压头搭接点焊压头的形式较多，可分为圆形（实心或空心）、矩形、菱形或环形等（图2-5-73）。按压头数目可以分为单点点焊和多点点焊，单点点焊又可以分为双面点焊和单面点焊。

压头尺寸根据工件厚度确定，圆形压头直径和矩形压头的宽度应合理选取，压头尺寸过大时，变形阻力增大，焊点四周金属变形大，在焊点中心容易产生焊接裂纹。压头过小时，将因局部切应力过大而切割母材。一般来讲，相同厚度的构件冷压焊时，压头直径d=（1.0～1.5）h₁；不等厚度的构件点焊时，压头尺寸按薄件厚度h₁确定，选取d=2h₁。

冷压点焊时，压缩率由压头压入深度来控制，通常的办法是设计带轴肩的压头（图2-5-74a），从压头端部至轴肩的长度即压入深度，以此控制准确的压缩率，同时还起到防止工件翘起的作用。另一种方式是在轴肩外围加设套环装置（图2-5-74b），套环采用弹簧或橡胶圈对工件施加预压力，其预压力应控制在20～40MPa的范围内。

为了防止压头的边缘切割被焊金属，压头工作面的周缘应加工成R=0.5mm的圆形倒角。

图2-5-74 搭接点焊压头形式及焊点形状(https://www.chuimin.cn)

a）压头 b）焊点

（3）对接冷压焊焊钳在对接冷压焊过程中，冷压焊的焊钳主要是传递焊接压力，控制焊件塑性变形的大小和切掉飞边，因此需要施加较大的夹紧力和顶锻力，要求焊钳材料必须用模具钢制造，并且有较高的制造精度。冷压焊钳分固定和可移动两部分，各部分由相互对称的半模组成，焊接时各部分夹持一个焊件。

冷压焊钳可以分为槽形钳口、尖形钳口、平形钳口和复合型钳口4种类型。由于尖形钳口具有有利于金属的流动、能挤掉飞边、所需的焊接压力小等特点，在实际中应用得较多。为了克服尖形钳口在焊接过程中容易崩刃的缺点，在刃口外设置了护刃环和溢流槽（容纳飞边），如图2-5-75所示。为了避免顶锻过程中焊接件在钳口中打滑，应对钳口内腔表面进行喷丸处理或加工深度不大的螺纹型沟槽，增加钳口内腔与焊接件之间的摩擦因数。钳口内腔的形状根据被焊件的断面形状设计，可以是简单断面，也可以是复杂断面。冷压焊钳口的关键部位是刃口，刃口厚度通常为2mm左右，楔角为50°～60°，磨削加工制成。钳口材料的硬度应控制在45～55HRC，硬度太大，韧性差，易崩刃；硬度太小，刃口会变成喇叭状，使冷压焊接头镦粗。

2.热压焊设备

热压焊主要应用于微电子领域引线的焊接，属于微型精密焊接，要求焊接设备的自动化程度要高，如采用微型计算机控制和高精度焊接机械手等。

热压焊的焊接机械手必须能够实现X、Y和Z三个方向的精确定位，以硅芯片引线与基片导体的焊接为例，能在各芯片XY平面布局的位置上，确定引线长度和机械运动轨迹，包括运动方向、运动速度和每一点的焊接时间以及Z方向上距离的控制。能够实现每个焊点的送丝、压焊、抽丝和切断等整个焊接过程的自动控制。还要能够实现焊接压力、焊接时间以及焊接温度的控制和各参数之间的配合等。

图2-5-75 尖形复合钳口的形状

1—刃口 2—飞边溢流槽 3—护刃环 4—内腔 α—刃口倒角（α≤30°）

超高真空变形焊设备及尖形复合钳口设计

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