（一）固態(tài)焊接技術(shù)的概念     

固態(tài)焊接，顧名思義、簡(jiǎn)而言之即：非熔化焊接、非機(jī)械連接、非膠接連接。

隨著科技的發(fā)展，新技術(shù)、新材料的不斷涌現(xiàn)，新型金屬材料、陶瓷材料、復(fù)合材料、有序金屬間化合物和功能材料等需求的日益增長(zhǎng)，在其構(gòu)件的制造過(guò)程中，不可避免地存在著結(jié)構(gòu)分離面和工藝分離面，故當(dāng)它們作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用時(shí)，會(huì)遇到大量同質(zhì)材料、異質(zhì)材料乃至多層材料的連接問(wèn)題。     

由于新材料所具有的優(yōu)異特性或功能，以及在極限工作條件下對(duì)焊接接頭的成份、組織、性能和可靠性壽命等提出的極為苛刻的要求，已經(jīng)很難、甚至不可能采用傳統(tǒng)的焊接技術(shù)作為它們的連接工藝。這樣，就使得更多的人對(duì)固態(tài)焊接技術(shù)的產(chǎn)品，有了廣泛的需求。固態(tài)焊接技術(shù)（包括摩擦焊接、擴(kuò)散焊接、爆炸焊接、超聲波焊接、熱壓焊接等）最重要的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是在被焊接材料不熔化的條件下，通過(guò)加熱、加壓和塑性流變使接觸界面高度激活、相互擴(kuò)散和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶而形成連接，其接合區(qū)為鍛造組織。因此，固態(tài)焊接這種特有的熱力耦合作用過(guò)程對(duì)被焊接材料原有的組織結(jié)構(gòu)、理化性能所造成的焊接損傷和破壞性影響最小，連接接頭的可靠性壽命最高，這些都是其它傳統(tǒng)的熔化焊接、機(jī)械連接和膠接工藝所不能比擬的。     

通過(guò)與材料技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、過(guò)程仿真技術(shù)、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的相互滲透融合，在先進(jìn)材料、機(jī)電一體化及先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域中，當(dāng)前，固態(tài)焊接這一在國(guó)際、國(guó)內(nèi)有著40余年歷史，歷經(jīng)不斷發(fā)展、不斷成熟、日臻完美的傳統(tǒng)技術(shù)正在以全新的面貌展示在人們面前。  

（二） 固態(tài)焊接技術(shù)的形式    

 固態(tài)焊接方法指兩塊被焊材料在固態(tài)下（無(wú)熔池）通過(guò)接觸面上的擴(kuò)散和再結(jié)晶過(guò)程達(dá)到牢固結(jié)合的一種方法。     

焊接特點(diǎn)：固態(tài)焊接方法不發(fā)生原子熔化再形核，這樣就可以避免一些相變的發(fā)生，減少焊接界面處一些化合物的形成，從而最大程度上增強(qiáng)了界面結(jié)合強(qiáng)度。

常見(jiàn)的固態(tài)焊接方法：電阻焊、超聲波焊、摩擦焊、擴(kuò)散焊、電磁焊等。  

三、固態(tài)焊接技術(shù)的原理及特點(diǎn)

（一）電阻焊  電阻焊是將被焊工件壓緊于兩電極之間，并施以電流，利用電流流經(jīng)工件接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱效應(yīng)將其加熱到熔化或塑性狀態(tài)，使之形成金屬結(jié)合的一種方法。電阻焊方法主要有四種，即點(diǎn)焊、縫焊、凸焊、對(duì)焊。

1. 點(diǎn)焊   

點(diǎn)焊是將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩柱狀電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點(diǎn)的電阻焊方法。點(diǎn)焊主要用于薄板焊接。  

點(diǎn)焊的工藝過(guò)程：   

1、預(yù)壓，保證工件接觸良好。  

2、通電，使焊接處形成熔核及塑性環(huán)。 

3、斷電鍛壓，使熔核在壓力繼續(xù)作用下冷卻結(jié)晶，形成組織致密、無(wú)縮孔、裂紋的焊點(diǎn)。

2. 縫焊   

縫焊的過(guò)程與點(diǎn)焊相似，只是以旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)狀滾輪電極代替柱狀電極，將焊件裝配成搭接或?qū)�接接頭，并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉(zhuǎn)動(dòng)，連續(xù)或斷續(xù)送電，形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法。 

縫焊主要用于焊接焊縫較為規(guī)則、要求密封的結(jié)構(gòu)，板厚一般在3mm以下。

3. 對(duì)焊 

對(duì)焊是使焊件沿整個(gè)接觸面焊合的電阻焊方法。

(1) 電阻對(duì)焊  電阻對(duì)焊是將焊件裝配成對(duì)接接頭，使其端面緊密接觸，利用電阻熱加熱至塑性狀態(tài)，然后斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。  

電阻對(duì)焊主要用于截面簡(jiǎn)單、直徑或邊長(zhǎng)小于20mm和強(qiáng)度要求不太高的焊件。

 (2) 閃光對(duì)焊  

 閃光對(duì)焊是將焊件裝配成對(duì)接接頭，接通電源，使其端面逐漸移近達(dá)到局部接觸，利用電阻熱加熱這些接觸點(diǎn)，在大電流作用下，產(chǎn)生閃光，使端面金屬熔化，直至端部在一定深度范圍內(nèi)達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。   

閃光焊的接頭質(zhì)量比電阻焊好，焊縫力學(xué)性能與母材相當(dāng)，而且焊前不需要清理接頭的預(yù)焊表面。閃光對(duì)焊常用于重要焊件的焊接。可焊同種金屬，也可焊異種金屬；可焊0.01mm的金屬絲，也可焊20000mm的金屬棒和型材。 

電阻焊接的品質(zhì)是由以下4個(gè)要素決定的：

⒈電流；

2.通電時(shí)間；

3.加壓力；

4.電阻頂端直徑。

4. 凸焊 

凸焊是點(diǎn)焊的一種變型形式；在一個(gè)工件上有預(yù)制的凸點(diǎn)，凸焊時(shí)，一次可在接頭處形成一個(gè)或多個(gè)熔核。

（二）超聲波焊 

金屬材料的超聲波焊接是利用超聲頻率（超過(guò)16KHz）的機(jī)械振動(dòng)能量，連接同種金屬或異種金屬的一種特殊方法。金屬在進(jìn)行超聲波焊接時(shí)，既不向工件輸送電流，也不向工件施以高溫?zé)嵩矗�只是在靜壓力之下，將框框振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鏖g的摩擦功、形變能及有限的溫升。     

焊接特點(diǎn)：接頭間的冶金結(jié)合是母材不發(fā)生熔化的情況下實(shí)現(xiàn)的一種固態(tài)焊接，因此它有效地克服了電阻焊接時(shí)所產(chǎn)生的飛濺和氧化等現(xiàn)象。  超聲波焊接金屬方法主要使用點(diǎn)焊。點(diǎn)焊：A、將二片塑膠分點(diǎn)熔接無(wú)需預(yù)先設(shè)計(jì)焊線，達(dá)到熔接目的。 B、對(duì)比較大型工件，不易設(shè)計(jì)焊線的工件進(jìn)行分點(diǎn)焊接，而達(dá)到熔接效果，可同時(shí)點(diǎn)焊多點(diǎn)。

（三）摩擦焊    

 摩擦焊是在壓力作用下，通過(guò)待焊工件的摩擦界面及其附近溫度升高，材料的變形抗力降低、塑性提高、界面氧化膜破碎，伴隨著材料產(chǎn)生塑性流變，通過(guò)界面的分子擴(kuò)散和再結(jié)晶而實(shí)現(xiàn)焊接的固態(tài)焊接方法（見(jiàn)圖3.1所示）。 

 摩擦焊通常由如下四個(gè)步驟構(gòu)成：

1、機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能；

2、材料塑性變形；

3、熱塑性下的鍛壓力；

4、分子間擴(kuò)散再結(jié)晶。

摩擦焊技術(shù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展出很多種摩擦焊接的分類(lèi)：包括慣性摩擦焊、徑向摩擦焊、線性摩擦焊、軌道摩擦焊、攪拌摩擦焊等，而以攪拌摩擦焊應(yīng)用較廣。 

11    1. 攪拌摩擦焊 

攪拌摩擦焊與常規(guī)摩擦焊一樣，也是利用摩擦熱作為焊接熱源。不同之處在于，攪拌摩擦焊焊接過(guò)程是由一個(gè)圓柱體形狀的焊頭伸入工件的接縫處，通過(guò)焊頭的高速旋轉(zhuǎn)，使其與焊接工件材料摩擦，從而使連接部位的材料溫度升高軟化。同時(shí)對(duì)材料進(jìn)行攪拌摩擦來(lái)完成焊接的。焊接過(guò)程如圖3.2所示。在焊接過(guò)程中，工件要?jiǎng)傂怨潭ㄔ诒硥|上，焊頭邊高速旋轉(zhuǎn)邊沿工件的接縫與工件相對(duì)移動(dòng)。焊頭的突出段伸進(jìn)材料內(nèi)部進(jìn)行摩擦和攪拌，焊頭的肩部與工件表面摩擦生熱，并用于防止塑性狀態(tài)材料的溢出，同時(shí)可以起到清除表面氧化膜的作用。

（四）擴(kuò)散焊 

擴(kuò)散焊是將焊件緊密貼合，在一定溫度和壓力下保持一段時(shí)間，使接觸面之間的原子相互擴(kuò)散形成聯(lián)接的焊接方法。  焊接特點(diǎn)：影響擴(kuò)散焊過(guò)程和接頭質(zhì)量的主要因素是溫度壓力擴(kuò)散時(shí)間和表面粗糙度。在一定范圍內(nèi)焊接溫度越高,原子擴(kuò)散越快焊接溫度一般為材料熔點(diǎn)的0.5～0.8倍，一般在0.7倍的時(shí)候效果最好。根據(jù)材料類(lèi)型和對(duì)接頭質(zhì)量的要求，擴(kuò)散焊可在真空、保護(hù)氣體或溶劑下進(jìn)行，其中以真空擴(kuò)散焊應(yīng)用最廣，這是因?yàn)樵谡婵諣顟B(tài)下，焊接過(guò)程中焊接界面的氣體會(huì)被吸到真空中。 

為了加速焊接過(guò)程、降低對(duì)焊接表面粗糙度的要求或防止接頭中出現(xiàn)有害的組織，常在焊接表面間添加特定成分的中間夾層材料,其厚度在0.01毫米左右。擴(kuò)散焊可與其他熱加工工藝聯(lián)合形成組合工藝，如熱耗-擴(kuò)散焊、粉末燒結(jié)-擴(kuò)散焊和超塑性成形-擴(kuò)散焊等。

這些組合工藝不但能大大提高生產(chǎn)率，而且能解決單個(gè)工藝所不能解決的問(wèn)題。如超音速飛機(jī)上各種鈦合金構(gòu)件就是應(yīng)用超塑性成形-擴(kuò)散焊制成的擴(kuò)散焊的接頭性能可與母材相同，特別適合于焊接異種金屬材料、石墨和陶瓷等非金屬

 12    材料、彌散強(qiáng)化的高溫合金、金屬基復(fù)合材料和多孔性燒結(jié)材料等。

（五）電磁焊 

電磁焊是利用由線圈感應(yīng)產(chǎn)生的脈沖電磁壓力進(jìn)行焊接的。當(dāng)高壓充電電源給脈沖儲(chǔ)能電容器充電后，接通高壓間隙放電開(kāi)關(guān)，則電容向線圈快速放電，產(chǎn)生一瞬時(shí)、高壓的電磁力，該力迫使焊件高速撞擊另一個(gè)焊件，當(dāng)條件（如壓力或速度）滿(mǎn)足時(shí)，則可使兩焊件焊在一起（如圖5.1所示）。

焊接特點(diǎn)：

（1）焊接過(guò)程很短，瞬間（30～100 us）即可完成，且無(wú)污染；

（2）可焊接異種金屬，即使兩金屬的晶體結(jié)構(gòu)和性能差別很大；

（3）可使金屬材料和 13    非金屬材料進(jìn)行連接或焊接；

（4）一般可在常溫（即冷態(tài)）下進(jìn)行，且焊接過(guò)程無(wú)顯明的溫升，故可保持材料的原有性能；

（5）比爆炸焊安全，且簡(jiǎn)單易行；

（6）能量易精確控制，重復(fù)性好，故容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化；

（7）兼有電磁成形和爆炸焊的一些特點(diǎn)。      

工藝流程：待焊面的表面處理（物理的或化學(xué)的）→焊接→后序處理，如熱處理、性能及質(zhì)量檢查等。該工藝的要求：

（1）待焊表面應(yīng)認(rèn)真清理，使其干凈和無(wú)污染；

（2）材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性和耐沖擊性能；

（3）為了有利于射流的形成，應(yīng)有初始接觸角存在；

（4）表面處理后應(yīng)立即進(jìn)行焊接，否則會(huì)因處理過(guò)的表面上重新形成吸附層和氧化層，而增加焊接難度，甚至無(wú)法焊接。

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2015-090201