固態(tài)焊接方法

1、固態(tài)焊接方法固態(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(kuò)散和再結(jié)晶過程達(dá)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(qiáng)了界面結(jié)合強(qiáng)度。常見的固態(tài)焊接方法：電阻焊、超聲波焊、摩擦焊、擴(kuò)散焊、電磁焊等。1.電阻焊（resistance welding）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（見圖1.1）。電阻焊方法主要有四種，即點焊、縫焊、凸焊、對焊。圖1.1 電阻焊方法1.

2、1點焊（Spot Welding）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。1.2縫焊（Seam Welding）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)咏宇^，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?？p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。1

3、.3對焊（Butt Welding)對焊是使焊件沿整個接觸面焊合的電阻焊方法。1.4凸焊（Projection Welding）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。1.4.1電阻對焊（Resistance Butt Welding)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(qiáng)度要求不太高的焊件。閃光對焊（Flash Butt Welding)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(dá)到局部接觸，利

4、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(dá)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N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：電流；2.通電時間；3.加壓力；4.電阻頂端直徑。電阻焊優(yōu)點（1）熔核形成時，始終被塑性環(huán)包圍，熔化金屬與空氣隔絕，冶金過程簡單。（2）加熱時間短，熱量集中，故熱影響區(qū)小，變形與應(yīng)力也小，通常在焊后不必安排校正和

5、熱處理工序。（3）不需要焊絲、焊條等填充金屬，以及氧、乙炔、氫等焊接材料，焊接成本低。（4）操作簡單，易于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化，改善了勞動條件。（5）生產(chǎn)率高，且無噪聲及有害氣體，在大批量生產(chǎn)中，可以和其他制造工序一起編到組裝線上。但閃光對焊因有火花噴濺，需要隔離。電阻焊缺點（1）目前還缺乏可靠的無損檢測方法，焊接質(zhì)量只能靠工藝試樣和工件的破壞性試驗來檢查，以及靠各種監(jiān)控技術(shù)來保證。（2）點、縫焊的搭接接頭不僅增加了構(gòu)件的重量，且因在兩板焊接熔核周圍形成夾角，致使接頭的抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度均較低。（3）設(shè)備功率大，機(jī)械化、自動化程度較高，使設(shè)備成本較高、維修較困難，并且常用的大功率單相交流焊機(jī)不利

6、于電網(wǎng)的平衡運行。2.超聲波焊（ultrasonic welding）金屬材料的超聲波焊接是利用超聲頻率（超過16KHz）的機(jī)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(jìn)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。適用對象：超聲金屬焊機(jī)能對銅、銀、鋁、鎳等有色金屬的細(xì)絲或薄片材料進(jìn)行單點焊接、多點焊接和短條狀焊接。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

7、熔接無需預(yù)先設(shè)計焊線，達(dá)到熔接目的。 B、對比較大型工件，不易設(shè)計焊線的工件進(jìn)行分點焊接，而達(dá)到熔接效果，可同時點焊多點。3.摩擦焊（friction welding） 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(kuò)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(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。  圖3.1 摩擦焊摩擦焊技術(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、

8、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。3.1攪拌摩擦焊（Friction Stir Welding)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（welding pin）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(jìn)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(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)

9、材料的溢出，同時可以起到清除表面氧化膜的作用。圖3.2 攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊技術(shù)所涉及到的主要技術(shù)術(shù)語定義如下：攪拌頭（Pin tool）：攪拌摩擦焊的施焊工具；攪拌頭軸肩（Tool Shoulder）：攪拌頭與工件表面接觸的肩臺部分；攪拌針（Tool Pin）：攪拌頭插入工件的部分；前進(jìn)側(cè)（Advanced Side）：焊接方向與攪拌頭軸肩旋轉(zhuǎn)方向一致的焊縫側(cè)面；回轉(zhuǎn)側(cè)（Retreating Side）：焊接方向與攪拌頭軸肩旋轉(zhuǎn)方向相反的焊縫側(cè)面；軸向壓力（Down or Axial Force）：向攪拌頭施加的使攪拌針插入工件和保持?jǐn)嚢桀^軸肩與工件表面接觸的壓力。4.擴(kuò)散焊（diffusi

10、on welding）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：影響擴(kuò)散焊過程和接頭質(zhì)量的主要因素是溫度壓力擴(kuò)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(kuò)散越快焊接溫度一般為材料熔點的0.50.8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(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

11、左右。擴(kuò)散焊接壓力較小,工件不產(chǎn)生宏觀塑性變形，適合焊后不再加工的精密零件。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，而且能解決單個工藝所不能解決的問題。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。5. 電磁焊（magnetic discharge welding） 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能電容器充電后，

12、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）。這種方法適合于焊接直徑較小的鋁、銅和其他金屬管。圖5.1 電磁焊焊接特點：（1）焊接過程很短，瞬間（30100 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(jī)械化和自動化；（7）兼有電磁成形和爆炸焊的一些