同軸電纜外導(dǎo)體焊接工藝試驗研究

1、.天津大學(xué) 碩士學(xué)位論文同軸電纜外導(dǎo)體焊接工藝試驗研究 姓名：徐立城 申請學(xué)位級別：碩士 專業(yè)：材料加工工程 指導(dǎo)教師：楊立軍 20070601 中文摘要 同軸電纜是信息化技術(shù)重要基礎(chǔ)設(shè)施，其外導(dǎo)體起重要的屏蔽作用，它是由薄帶卷管焊接而成，所以研究其焊接工藝，提高焊接質(zhì)量十分重要。 本課題依此為出發(fā)點，針對用于同軸電纜外導(dǎo)體牌號為的純銅箔帶進行了研究，確定合理高效焊接工藝。本文分析了銅的焊接性及薄板焊接易出現(xiàn)的問題；闡述了目前用于薄板焊接的各種方法及特點，并根據(jù)各焊接工藝特點確定采用焊。本文也對鋁的焊接性和工藝進行了研究。 本文對焊接工藝參數(shù)的選取、接頭的微觀組織及其焊接缺陷等內(nèi)容進行了深入的

2、探討。實驗結(jié)果表明，在一定的參數(shù)下，焊縫成形良好，無明顯焊接缺陷，可以作為生產(chǎn)實際應(yīng)用的依據(jù)。 純銅和純鋁焊接頭的熱影響區(qū)和焊縫分界分明，熱影響區(qū)晶粒較粗大，焊縫為細(xì)小的等軸晶。和易出現(xiàn)的焊接缺陷是未熔合和未焊透及燒穿問題，銅和鋁的導(dǎo)熱系數(shù)都比較大，薄板焊接對參數(shù)變化極為敏感。為得到成形良好的焊縫，需嚴(yán)格控制焊接參數(shù)尤其電流與焊接速度的匹配關(guān)系。 該工藝在實際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，在同軸電纜導(dǎo)體的焊接中，當(dāng)焊接速度在范圍內(nèi)，采用適當(dāng)?shù)暮附与娏髋c之匹配，焊縫質(zhì)量良好，可提高生產(chǎn)效率與質(zhì)量。關(guān)鍵詞：純銅；高速；薄板；焊 ， ， ， ， ， ， ， ， ， 。 ， ， ， ， ， ， 鞠 豁 ， ： ，

3、， ， 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得盤盜盤堂或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 學(xué)位論文作者簽名：循、主渡 簽字日期：塒 年月日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解鑫鲞盤堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)苤鲞盤堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部

4、門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。 （保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明） 耋月學(xué)位論文作者簽名：伯至誠 導(dǎo)師簽名：簽字日期：洲年月 ，譬日 簽字日期： 一年月 第一章緒論 第一章緒論選題的背景 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國各行業(yè)對焊接技術(shù)要求越來越高，薄板的焊接在國防、航空、化工、電子等行業(yè)應(yīng)用較為普遍。我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，使得超薄型材料在建筑裝璜業(yè)、廣告業(yè)、生活用品制造業(yè)等行業(yè)得到大量應(yīng)用【。近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展成熟以及用戶對電信新業(yè)務(wù)需求的不斷增長及數(shù)字家庭中心向數(shù)字電視、機頂盒等信息家電轉(zhuǎn)移，薄板越來越多應(yīng)用于通訊行業(yè)。 薄板結(jié)構(gòu)作為一種焊接結(jié)構(gòu)由于其剛性小、熱容量小、焊接時局部

5、溫升快，在焊接熱源的作用下，焊件容易發(fā)生失穩(wěn)變形，所以其焊接工藝更難加以控制。這不但嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的外觀和結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，而且有可能降低了構(gòu)件的承載力。從保證焊接結(jié)構(gòu)的完整性和使用過程中的可靠性角度來看，薄板結(jié)構(gòu)在焊后產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和失穩(wěn)變形就成為導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的主要問題，使它在工程應(yīng)用中受到了很大的限制【】。所以，制定合理的焊接工藝，控制和防止薄板結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力和變形就成了工程中必須解決的一大課題。 針對薄板焊接過程中所發(fā)生的問題，國內(nèi)外許多學(xué)者己經(jīng)作了大量的研究。從年代迄今，對焊接變形和應(yīng)力的研究已經(jīng)很多睜。國內(nèi)對薄板焊接的研究工作比國外起步的晚，大概在年代開始，但也取得了可喜的進展

6、。北京航空工藝所的關(guān)橋、郭德倫等和哈爾濱工業(yè)大學(xué)的田錫唐等對控制薄板焊接變形方面的實驗研究做了大量工作。田錫唐首先采用隨焊激冷（ ），即在焊接過程中在焊縫上方噴水，使整個焊件上的溫度梯度減小，同時造成焊道溫度低、兩側(cè)溫度高的馬鞍形溫度場，利用溫差拉伸效應(yīng)將先期形成的縱向壓縮塑性應(yīng)變部分減小從而減小焊接變形，這樣可使焊后變形量減少，同時還會減小裂紋的產(chǎn)生幾率，其后他還發(fā)展了預(yù)熱和隨焊激冷相結(jié)合的方法（以厚硬鋁合金薄板進行研究），其結(jié)果使焊接變形很小。 企業(yè)為提高自身競爭力，其研發(fā)及生產(chǎn)越來越強調(diào)高效率高質(zhì)量生產(chǎn)。自動鎢極氬弧焊具有高效、優(yōu)質(zhì)、成形美觀等優(yōu)點，在航空、航天、化工設(shè)備等機械制造業(yè)中得

7、到廣泛的應(yīng)用引。不填絲鎢極氬弧焊可以焊接幾乎所有的金屬和合金，特別適合于薄板的單道焊。在生產(chǎn)線中，提高焊接速度，意味著工件可以以很高的速度生產(chǎn)，節(jié)省大量人力和物力【】，解決制造周期長、成本高等問題。高速鎢極氬 第一章緒論弧焊在美國已開始研究，而在我國有這方面研究還很少。為此，探討這種能夠獲得良好焊接性能的高速焊工藝非常有意義。通訊電纜的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展成熟以及用戶對電信新業(yè)務(wù)需求的不斷增長，高速接入技術(shù)已成為通信、信息、高技術(shù)領(lǐng)域研究的前沿和熱點。傳統(tǒng)的接入網(wǎng)主要為用戶提供電話等一般電信業(yè)務(wù)（）和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，難以滿足人們對各種新業(yè)務(wù)，特別是寬帶綜合業(yè)務(wù)的需求。因此，

8、突破傳統(tǒng)的信息傳遞模式和行業(yè)界限，構(gòu)筑一個寬頻帶、高速率的公用信息用戶接入網(wǎng)絡(luò)，把通信、廣播電視、計算機、多媒體等各種信息，服務(wù)業(yè)務(wù)納入統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)中，高速度、高效益地滿足社會對信息的需求，成為目前和未來發(fā)展的重要方向。無線通信的優(yōu)勢在于受空間限制少，建網(wǎng)快，投資少。其中個人用戶網(wǎng)發(fā)展更為迅猛。目前最普及的網(wǎng)其數(shù)據(jù)傳輸速率為 ，而即將推出的基于技術(shù)的第三代移動通信網(wǎng)，其傳輸峰值速率高達，可實現(xiàn)多媒體寬帶傳輸。而大尺寸、高發(fā)泡度絕緣同軸射頻電纜市場的繁榮即與此緊密相聯(lián)。 電信網(wǎng)的接入網(wǎng)中占主導(dǎo)地位的傳輸媒質(zhì)是雙絞線，其帶寬很窄，信號有輻射，對噪聲和環(huán)境很敏感，電磁場不能控制，高頻電性能很差。而同軸

9、電纜則提供了固有的高帶寬特性，工作頻率可達，可傳的距離。同軸電纜是封閉性導(dǎo)體，電磁場能量泄漏很少，不受干擾，也不干擾其它系統(tǒng)且也易于接續(xù)和重新配置，損耗不大。所以同軸電纜得到越來越多的應(yīng)用。一個省建網(wǎng)絡(luò)約需 的電纜，其用量仍是相當(dāng)可觀。據(jù)各地規(guī)劃和各大移動通信系統(tǒng)商定的合約信息估計，以電纜為例，國內(nèi)市場需求為億人民幣年。 在北美，運營商更多將同軸電纜作為家庭多媒體網(wǎng)絡(luò)的主干線使用，公司首席分析師 指出，該公司的相關(guān)報告顯示，同軸電纜在美國尤其顯要。在美國，的家庭表示在客廳里有同軸電纜插座，的家庭在主臥室布有同軸電纜插座。 另外城市輕軌通信系統(tǒng)己列入了國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項目，也給大規(guī)格的漏泄同軸

10、射頻電纜提供了市場；還有機場、大樓等的微峰窩區(qū)建設(shè)，雷達設(shè)備等應(yīng)用，其總的需求量遠(yuǎn)大于目前國內(nèi)廠商的生產(chǎn)能力，競爭對象主要是國外廠商。 第一章緒論 目前進入國內(nèi)設(shè)廠的國外廠商有蘇州、成都與三菱、武漢長飛與、上海（）等四家。國內(nèi)能生產(chǎn)高發(fā)泡大尺寸電纜的有上海科楊、天津六。九廠、天津安迅達電纜有限公司等，當(dāng)前也有一些廠家正在引進。由此可知，針對移動通信市場的物理發(fā)泡射頻同軸電纜作為市場的熱點正在形成。信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展為射頻同軸電纜的大量應(yīng)用與發(fā)展帶來了重要機遇。加強同軸電纜研究，提高生產(chǎn)的質(zhì)量與效率，能大大提高國內(nèi)企業(yè)在通訊行業(yè)的競爭力。薄板焊接方法及特點 薄板的焊接方法很多，主要包括真空電子束

11、焊、激光焊、等離子焊、攪拌摩擦焊、鎢極氬弧焊。各種不同的焊接方法有其不同特點。激光焊接 激光焊接世紀(jì)年代發(fā)脹起來的焊接新技術(shù)，它是利用激光器產(chǎn)生的高能量密度的激光束，經(jīng)聚焦系統(tǒng)聚焦后成為微細(xì)光束，當(dāng)調(diào)焦到焊縫處時，光能轉(zhuǎn)換成熱能，使該處金屬熔化形成焊接接頭。激光焊分為熱導(dǎo)焊和深熔焊。熱導(dǎo)焊是通過工件表面吸收入射激光，然后依靠熱傳導(dǎo)而形成一定體積的熔池來實現(xiàn)焊接，該類型焊接所需激光功率為，多用于薄小零件的點焊和縫焊。與其他焊接方法比較，激光焊接的主要優(yōu)點是： （）激光束能量高，焊接速度快，熱輸入低，焊縫殘余應(yīng)力和變形小。激光束經(jīng)聚集后可獲得很小的光斑，能量密度大于 ，目前，使用的激光器焊接的板材

12、，焊接速度高達，而且激光束能精密定位，可應(yīng)用于大批量自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率大大提高。 （）激光焊接的焊縫寬度相對較窄，熱影響區(qū)小，焊縫組織細(xì)化，一般其機械性能均強于母材，提高了焊接的質(zhì)量。 （）激光焊接對環(huán)境要求低，焊接環(huán)境無需屏蔽或真空環(huán)境，而且激光束不會帶來任何磨損，能長時間穩(wěn)定地工作，對工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)意義很大。 （）使用固體激光器時可采用光纖傳輸技術(shù)，把能量源和加工工件從空間上分隔，實施非接觸遠(yuǎn)距離焊接，可焊接普通焊接難以接近的部位。 綜上所述，激光焊接是一種高速度、非接觸、變形極小的焊接方式，非常適合大量而連續(xù)的在線薄板焊接。尤其是隨著高功率萬瓦級。激光器及激光器的出現(xiàn)，激光焊接的應(yīng)用更

13、加廣泛。 但是，激光焊接也存在一些缺點：首先，激光器特別是高功率連續(xù)激光器價 第一章緒論格昂貴。其次，激光焊接對焊件加工、組裝、定位要求均很高且激光焊難以焊接反射率較高的金屬。這是因為激光聚焦后光斑尺寸小，焊縫窄，如工件裝配精度或光束定位精度達不到要求，很容易造成焊接缺陷。例如厚度的常用薄板對接時，以上的間隙就會造成焊縫明顯下凹，其力學(xué)性能和外觀都達不到要求。另外，激光器的電光轉(zhuǎn)換及整體運行效率都很低光束能量轉(zhuǎn)換率僅為】。等離子弧焊 等離子弧焊接是利用能壓縮電弧的等離子弧槍，使電弧通過槍體結(jié)構(gòu)的機械壓縮、熱收縮和電磁收縮效應(yīng)而產(chǎn)生一種高度壓縮、高度電離和能量集中的等離子弧來進行焊接。其裝置原理

14、如圖卜所示。 圖等離子弧發(fā)生裝置原理圖 卜鎢極；一進氣管；一進水管；水管；一噴嘴；一等離子?。灰缓讣?；一振蕩器 等離子弧焊接有以下一些特點： （）由于等離子弧的壓縮效應(yīng)及熱電離充分，所以電弧工作穩(wěn)定，在小電流焊接時，仍具有較平的靜特性，配用恒流電源，能保證焊接過程非常穩(wěn)定，故可以焊接超薄構(gòu)件。 （）等離子弧經(jīng)過壓縮，能量密度大，弧柱溫度高，因而對焊件加熱集中，在同樣熔深下其焊接速度比焊高，可提高焊接生產(chǎn)率。 （）等離子弧呈圓柱形，擴散角小，挺直度好，所以焊接熔池形狀和尺寸受弧長波動的影響小，因而容易獲得均勻的焊縫成形，特別適用于自動焊。 （）鎢極內(nèi)縮到噴嘴孔道里，可以避免鎢極與工件接觸，消除了

15、焊縫夾鎢缺陷。同時噴嘴至工件距離可以變長，焊絲進入熔池容易。 第一章緒論 （）等離子弧對焊件的熱輸入較小，焊縫及熱影響區(qū)窄，焊接變形小，裂紋傾向低，可以全位置焊接。 等離子弧焊接的缺點是焊槍結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護困難，而且成本較高。攪拌摩擦焊 摩擦焊是在外力的作用下利用被焊工件接觸面之間的相對摩擦和塑性流動所產(chǎn)生的熱量，使接觸面及其附近區(qū)域金屬達到黏塑性狀態(tài)并產(chǎn)牛宏觀塑性變形。通過兩側(cè)材料間的相互擴散和動態(tài)再結(jié)晶而完成焊接。多年來，摩擦焊以具優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、無污染的技術(shù)特征，深受制造業(yè)的關(guān)注并得到應(yīng)用。 攪拌摩擦焊是一種新型的摩擦焊工藝其原理見圖。焊接主要由攪拌頭完成，攪拌頭由特型指棒、夾持器和圓柱

16、體組成。焊接開始時，攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)。特型指棒迅速鉆人被焊板的焊縫。與特型指棒接觸的金屬摩擦生熱形成了很薄的熱塑性層。當(dāng)特型指棒鉆入工件表面以下時有部分金屬被擠出表面。由于正面軸肩和背面墊扳的密封作用：一方面，軸肩與被焊板表面摩擦，產(chǎn)生輔助熱；另一方面攪拌頭和工件相對運動時，在攪拌頭前面不斷形成的熱塑性金屬轉(zhuǎn)移到攪拌頭后面，填滿后面的空腔。攪拌摩擦焊已在歐、美等發(fā)達國家的航空航天工業(yè)中應(yīng)用并已成功應(yīng)用于在低溫下工作的鋁合金薄壁壓力容器的焊接【】。 圖攪拌摩擦焊原理示意圖 攪拌摩擦焊的焊接過程特點：）為固態(tài)焊接過程，不出?秩酆甘幣撞鈉住鹽頻熱畢藎且懦捎諍附硬問壞幣鸕娜趿尤畢藎唬玻附游禱蹋薪洗蟮某橄

17、罅鴕歡木斷蛄荒蓯止附櫻唬常枰越影宀募詠簦樂乖誚漣韞討泄囊貧唬矗恍枰猶畈牧蝦吞厥獗；唬擔(dān)附穎湫渦?；６＼完成熔焊无犯綋砟高强铝狠狔O慵紓玻埃埃啊罰埃埃跋盜新?第一章緒論合金的焊接，焊接接頭優(yōu)越、力學(xué)性能好；）能進行全位置焊接；）能完成厚度小于板厚的單道焊接；）沒有煙塵、飛濺、紫外線、電磁輻射等；）高效、低能耗。 攪拌摩擦焊是材料在熱、機聯(lián)合作用下形成塑性接頭，它的接頭具有明顯的塑性金屬流動形貌。鎢極氬弧焊 鎢極氬弧焊是一種能夠較好控制熱輸入，又易于推廣應(yīng)用的薄板焊接方法。它采用惰性氣體氬氣作為保護氣體，熔化金屬可以通過填絲或自熔母材而形成。其原理如圖所示【。鎢極氬弧焊有以下一些優(yōu)點： （）焊接過程

18、穩(wěn)定、電弧能量參數(shù)可精確控制，氬氣是單原子分子，穩(wěn)定性好。在高溫下不分解、不吸熱、熱導(dǎo)率很小。因此，電弧的熱量損失少，電弧一旦引燃就能夠穩(wěn)定燃燒；另一方面，鎢棒本身不會產(chǎn)生熔滴過渡，弧長變化干擾因素相對較少。也有助于電弧的穩(wěn)定燃燒。 （）焊接質(zhì)量好氬氣是一種惰性氣體，它既不解于液態(tài)金屬，又不與金屬起任何化學(xué)反應(yīng)；而且氬的相對原子質(zhì)量較大，有利于形成良好的氣流隔離層，有效地阻止氧、氮等侵入焊縫金屬，所以可成功地焊接易氧化、易氮化、化學(xué)性質(zhì)活潑的有色金屬、不銹鋼等多種金屬材料。 （）適于薄板焊接、全位置焊接以及不加襯邊的單面焊雙面成形工藝 即使是用幾安培的小電流，鎢極氬弧仍能穩(wěn)定燃燒，而且熱量相對

19、較集中，因此可以焊接厚度的薄板；采用脈沖焊電源，還可進行全位置焊接及不加襯墊的單向焊雙面成形焊接。 （）焊接過程易于實現(xiàn)自動化焊的電弧是明弧，焊接過程參數(shù)穩(wěn)定，易于檢測及控制，是理想的自動化乃至機器人化的焊接方法，可提高生產(chǎn)效率。同時由于氬氣在我國成本較低，可有效降低生產(chǎn)成本。 （）焊縫區(qū)無熔渣焊工可清除地看到熔池和焊縫成形過程，便于操作，容易觀察熔池狀態(tài)，焊接過程穩(wěn)定，而且焊縫致密，力學(xué)性能好，表面成形美觀。 焊工藝最適合焊接厚度小于的薄板，工件變形明顯小于氣焊和手弧焊。交流焊陰極具有去除氧化膜的清理作用，可以不用熔劑，避免了焊后殘留熔劑、熔渣堆焊件的腐蝕，接頭形式可以不受限制，焊縫成型良好

20、、表面光亮。 焊接鋁及鋁合金最佳的工藝方法是交流焊和交流脈沖焊，其次是直流反接焊。采用交流脈沖電源，其特點是負(fù)半波（工件為負(fù)）是，有陰極清理作用，正半波（工件為正）時，鎢極因發(fā)熱量低，不易熔化，同樣大小直 第一章緒論徑的鎢極可比直流反接的需用電流大的多。 鎢極氬弧焊電弧穩(wěn)定，所得焊縫金屬致密，焊接接頭強度和塑性高，且不存在焊后殘留熔劑腐蝕的問題。適用于薄的板、管焊接及鑄件焊補。本課題研究意義 社會進步和現(xiàn)代化程度提高，使得通訊基礎(chǔ)建設(shè)產(chǎn)品具有更廣闊的市場，對通訊電纜的需求量也越來越大。皺紋同軸電纜廣泛用于發(fā)射、微波通訊、移動通訊等領(lǐng)域。電纜的生產(chǎn)過程主要包括：銅帶成形一焊接一牽引一軋紋一成品，在軋紋過程中，焊