（一）固態(tài)焊接技術(shù)的概念     

固態(tài)焊接，顧名思義、簡而言之即：非熔化焊接、非機械連接、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，在其構(gòu)件的制造過程中，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，會遇到大量同質(zhì)材料、異質(zhì)材料乃至多層材料的連接問題。     

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)勢是在被焊接材料不熔化的條件下，通過加熱、加壓和塑性流變使接觸界面高度激活、相互擴散和動態(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程對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、機械連接和膠接工藝所不能比擬的。     

通過與材料技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(shù)、機電一體化技術(shù)、過程仿真技術(shù)、無損檢測技術(shù)的相互滲透融合，在先進材料、機電一體化及先進制造技術(shù)領(lǐng)域中，當(dāng)前，固態(tài)焊接這一在國際、國內(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（無熔池）通過接觸面上的擴散和再結(jié)晶過程達到牢固結(jié)合的一種方法。     

焊接特點：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了界面結(jié)合強度。

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

三、固態(tài)焊接技術(shù)的原理及特點

（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，即點焊、縫焊、凸焊、對焊。

1. 點焊   

點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，形成焊點的電阻焊方法。點焊主要用于薄板焊接。  

點焊的工藝過程：   

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、無縮孔、裂紋的焊點。

2. 縫焊   

縫焊的過程與點焊相似，只是以旋轉(zhuǎn)的圓盤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，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. 對焊 

對焊是使焊件沿整個接觸面焊合的電阻焊方法。

(1) 電阻對焊  電阻對焊是將焊件裝配成對接接頭，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。  

電阻對焊主要用于截面簡單、直徑或邊長小于20mm和強度要求不太高的焊件。

 (2) 閃光對焊  

 閃光對焊是將焊件裝配成對接接頭，接通電源，使其端面逐漸移近達到局部接觸，利用電阻熱加熱這些接觸點，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)達到預(yù)定溫度時，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。閃光對焊常用于重要焊件的焊接�？珊竿�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個要素決定的：

⒈電流；

2.通電時間；

3.加壓力；

4.電阻頂端直徑。

4. 凸焊 

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

（二）超聲波焊 

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

焊接特點：接頭間的冶金結(jié)合是母材不發(fā)生熔化的情況下實現(xiàn)的一種固態(tài)焊接，因此它有效地克服了電阻焊接時所產(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焊。點焊：A、將二片塑膠分點熔接無需預(yù)先設(shè)計焊線，達到熔接目的。 B、對比較大型工件，不易設(shè)計焊線的工件進行分點焊接，而達到熔接效果，可同時點焊多點。

（三）摩擦焊    

 摩擦焊是在壓力作用下，通過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，通過界面的分子擴散和再結(jié)晶而實現(xiàn)焊接的固態(tài)焊接方法（見圖3.1所示）。 

 摩擦焊通常由如下四個步驟構(gòu)成：

1、機械能轉(zhuǎn)化為熱能；

2、材料塑性變形；

3、熱塑性下的鍛壓力；

4、分子間擴散再結(jié)晶。

摩擦焊技術(shù)經(jīng)過長年的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展出很多種摩擦焊接的分類：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，攪拌摩擦焊焊接過程是由一個圓柱體形狀的焊頭伸入工件的接縫處，通過焊頭的高速旋轉(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。同時對材料進行攪拌摩擦來完成焊接的。焊接過程如圖3.2所示。在焊接過程中，工件要剛性固定在背墊上，焊頭邊高速旋轉(zhuǎn)邊沿工件的接縫與工件相對移動。焊頭的突出段伸進材料內(nèi)部進行摩擦和攪拌，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，同時可以起到清除表面氧化膜的作用。

（四）擴散焊 

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

為了加速焊接過程、降低對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。擴散焊可與其他熱加工工藝聯(lián)合形成組合工藝，如熱耗-擴散焊、粉末燒結(jié)-擴散焊和超塑性成形-擴散焊等。

這些組合工藝不但能大大提高生產(chǎn)率，而且能解決單個工藝所不能解決的問題。如超音速飛機上各種鈦合金構(gòu)件就是應(yīng)用超塑性成形-擴散焊制成的擴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行焊接的。當(dāng)高壓充電電源給脈沖儲能電容器充電后，接通高壓間隙放電開關(guān)，則電容向線圈快速放電，產(chǎn)生一瞬時、高壓的電磁力，該力迫使焊件高速撞擊另一個焊件，當(dāng)條件（如壓力或速度）滿足時，則可使兩焊件焊在一起（如圖5.1所示）。

焊接特點：

（1）焊接過程很短，瞬間（30～100 us）即可完成，且無污染；

（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    非金屬材料進行連接或焊接；

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

（5）比爆炸焊安全，且簡單易行；

（6）能量易精確控制，重復(fù)性好，故容易實現(xiàn)機械化和自動化；

（7）兼有電磁成形和爆炸焊的一些特點。      

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)認真清理，使其干凈和無污染；

（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)立即進行焊接，否則會因處理過的表面上重新形成吸附層和氧化層，而增加焊接難度，甚至無法焊接。

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2015-090201