先進(jìn)固態(tài)焊接技術(shù)

先進(jìn)固態(tài)焊接技術(shù)第1節(jié)概述形成可靠的連接接頭將耐高溫硬質(zhì)材料制成的一定形狀的攪拌頭旋轉(zhuǎn)插入到被焊接焊件。(7)操作人員不需受特殊訓(xùn)練；（2）固態(tài)連接能最大程度地實現(xiàn)此類材料與母材組織性能一致的高質(zhì)固材料等采用熔焊會有不良反應(yīng)的材料；分組織超塑性和相變超塑性，其中止，同時將軸向壓力加大，并★涵義：指被連接材料完全不熔化的壓力焊接，它是通過各種★分類：按接合機理的不同，固態(tài)連接可大致分為兩類。適當(dāng)保壓一段時間以產(chǎn)生足夠（3）焊接前對待焊表面的潔凈度、粗糙度和活化度有較高要求(9)不需開專門坡口，可用于幾種接頭形式:對接,搭接和角焊；互摩擦而升溫，當(dāng)溫度達(dá)到使★從廣義上講，使被焊物體相互靠近達(dá)到原子間結(jié)合的程度，1.焊接及其分類★從廣義上講，使被焊物體相互靠近達(dá)到原子間結(jié)合的程度，以獲得永久牢固的連接，或者說除可拆卸的螺釘連接、鉚接等機械連接外，使材料之間產(chǎn)生不可拆卸的冶金結(jié)合?！锓诸悾喝刍?、釬焊和壓力焊接。

1．熔化焊：

2．壓力焊：3．釬焊：加熱。電弧焊、激光焊等加壓或同時加熱。電阻焊、摩擦焊、擴散焊等焊件不熔化。軟釬焊、硬釬焊接頭區(qū)焊件材料要發(fā)生熔化、擴散和凝固過程。釬料要發(fā)生熔化、擴散及凝固過程。2.固態(tài)焊接及其特點★涵義：指被連接材料完全不熔化的壓力焊接，它是通過各種物理方法克服兩個連接表面的不平度，除去氧化膜及其它污染物，使兩個連接表面上的原子相互接近達(dá)到晶格距離，形成金屬鍵結(jié)合的固態(tài)下的連接?！锓诸悾喊唇雍蠙C理的不同，固態(tài)連接可大致分為兩類。★以塑性變形為主的變形焊接，如鍛焊，它是在較高溫度較大外力作用下使結(jié)合區(qū)發(fā)生大的塑性流變，提高接觸面的密合性，同時破壞表面的氧化膜，使之露出新鮮表面，從而實現(xiàn)原子間結(jié)合?！镆詳U散為主的擴散焊接，它是在真空或保護(hù)氣氛下通過高溫低應(yīng)力、長時間控制擴散的形式，利用高溫蠕變變形使結(jié)合面密合，爾后靠空位擴散或邊界擴散實現(xiàn)固態(tài)連接?！镆c：接觸連接塑變和擴散★固態(tài)焊接技術(shù)在實施中均需在一定外力作用下，使結(jié)合區(qū)的材料發(fā)生塑性變形以實現(xiàn)緊密接觸并破壞表面氧化膜并擴散?！锱e例：擴散焊，摩擦焊，超塑焊，爆炸焊，鍛焊，超聲波焊★優(yōu)點（1）傳統(tǒng)的熔焊方法難以實現(xiàn)高性能復(fù)合連接構(gòu)件成形。如金屬/陶瓷、銅/鎢合金、鋼/鈦、銅、硬質(zhì)合金等連接。

（2）固態(tài)連接能最大程度地實現(xiàn)此類材料與母材組織性能一致的高質(zhì)量連接和精密連接。第2節(jié)擴散焊1.固態(tài)焊接及其特點★涵義：相互接觸的材料表面，在溫度和壓力作用下相互靠近，局部發(fā)生塑性變形，原子間產(chǎn)生相互擴散，在界面形成擴散層，從而實現(xiàn)可靠連接。分為直接擴散及加中間層的擴散焊接?！锾攸c：（1）適用材料對象上廣泛．（2）可實現(xiàn)多點和內(nèi)部及大面積焊接．（3）接頭質(zhì)量高，精密焊接．

（4）設(shè)備大、復(fù)雜?！锖x：利用材料在超塑狀態(tài)下易焊合的特點而進(jìn)行的固態(tài)壓力焊接。固材料等采用熔焊會有不良反應(yīng)的材料；（4）高效、低能、清潔向的壓力作用下，隨著摩擦運在固態(tài)接合的體積相互作用階段，晶體缺陷密度增加和運動加劇，使焊接表面的活化中心數(shù)增多，以界面擴散為主的擴散顯著加快，因而導(dǎo)致該階段迅速完成。物理方法克服兩個連接表面的不平度，除去氧化膜及其它污(1)固相連接在合金中保持母材冶金性能,可焊金屬基復(fù)合材料、快速凝焊接件接觸端部呈熱塑性狀態(tài)(3)實現(xiàn)不同材料的連接,如鑄件與擠壓件；（3）焊接時間:壓接時間比擴散焊接時間短?！锓诸悾喝刍浮⑩F焊和壓力焊接。固材料等采用熔焊會有不良反應(yīng)的材料；鋼的恒溫超塑焊(ISSW)與擴散焊、鍛焊的對比線性摩擦焊主要用于飛機發(fā)動機渦（1）超塑性焊接ISSW2.固態(tài)焊基本原理

(a)凹凸不平的初始接觸(b)變形和形成部分界面階段

(c)元素相互擴散和反應(yīng)階段(d)體積擴散及微孔消除階段（1）第一階段為物理接觸階段

（2）第二階段是接觸界面原子間的相互擴散，形成牢固的結(jié)合層

（3）第三階段是在接觸部分形成的結(jié)合層，逐漸向體積方向發(fā)展，形成可靠的連接接頭

3.擴散焊工藝參數(shù)（1）溫度：溫度高，擴散系數(shù)大，金屬塑變能力好．T＝0.7Tm（2）擴散時間：愈短愈好．（3）壓力：愈小愈好

．

（4）表面準(zhǔn)備：光潔度，平直度，表面處理等

第3節(jié)摩擦焊1.摩擦焊★涵義：是一種固態(tài)熱壓焊，在外力作用下，利用焊件接觸面之間的相對摩擦運動和塑性流動所產(chǎn)生的熱量，使接觸面及其近區(qū)金屬達(dá)到塑性狀態(tài)，而后加壓形成的焊接接頭的方法。★由原蘇聯(lián)學(xué)者首先提出．摩擦焊以其優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能和無污染的技術(shù)特色，受到制造業(yè)的重視。近年來不斷開發(fā)出的摩擦焊新技術(shù)使焊件的形狀由典型的圓截面擴展到非圓截面(線性摩擦焊)和板材(攪拌摩擦焊)，所焊材料由傳統(tǒng)金屬材料拓寬到粉末合金、復(fù)合材料、功能材料、難熔材料，及陶瓷-金屬等新型和異種材料領(lǐng)域。2.分類（1）連續(xù)驅(qū)動摩擦焊（continuesdrivefrictionwelding）

是利用被焊工件的相對轉(zhuǎn)動，同時施加適當(dāng)?shù)妮S向壓力(摩擦壓力)，使工件接觸面相互摩擦而升溫，當(dāng)溫度達(dá)到使焊接件接觸端部呈熱塑性狀態(tài)時，迫使工件相對轉(zhuǎn)動迅速停止，同時將軸向壓力加大，并適當(dāng)保壓一段時間以產(chǎn)生足夠塑性變形，從而使兩工件牢固地焊接在一起。（2）連續(xù)驅(qū)動摩擦焊（continuesdrivefrictionwelding）

在線性摩擦焊中，摩擦副中的一個焊件被往復(fù)機驅(qū)動，相對于另一側(cè)的焊件表面做相對運動。在垂直于往復(fù)運動方向的壓力作用下，隨著摩擦運動的進(jìn)行，摩擦表面被清理并產(chǎn)生摩擦熱，摩擦表面的金屬逐漸達(dá)到粘塑性狀態(tài)并產(chǎn)生變形。然后，停止往復(fù)運動并施加頂鍛力，完成焊接。（2）可實現(xiàn)多點和內(nèi)部及大面積焊接．★超塑性(10)可焊熱裂紋敏感的材料。（2）連續(xù)驅(qū)動摩擦焊（continuesdrivefrictionwelding）約(10～20)MPa（3）焊接時間:壓接時間比擴散焊接時間短。（4）高效、低能、清潔物理方法克服兩個連接表面的不平度，除去氧化膜及其它污連續(xù)驅(qū)動摩擦焊和慣性摩擦焊一般限于把圓柱截面刀頭的旋轉(zhuǎn)，對母材也有攪動、碾壓和鍛造等作用，隨(9)不需開專門坡口，可用于幾種接頭形式:對接,搭接和角焊；釬料要發(fā)生熔化、擴散及凝固過程。等機械連接外，使材料之間產(chǎn)生不可拆卸的冶金結(jié)合。焊件及不規(guī)則構(gòu)件。焊接件接觸端部呈熱塑性狀態(tài)

連續(xù)驅(qū)動摩擦焊和慣性摩擦焊一般限于把圓柱截面或管截面的焊件焊到相同類型的截面或板上，而線性摩擦焊的主要優(yōu)點是不管工件截面是否對稱，均可進(jìn)行焊接。如：可焊接方形、圓形、多邊形截面的金屬、塑料焊件及不規(guī)則構(gòu)件。線性摩擦焊主要用于飛機發(fā)動機渦輪盤與葉片的焊接，還可用于焊接大截面的塑料部件，如汽車減振器、貨車罩、底板，以及塑料或金屬的復(fù)合焊件。（3）攪拌摩擦焊(Frictionstirwelding)

攪拌摩擦焊是英國焊接研究所推出的一項專利技術(shù)，即利用高速旋轉(zhuǎn)的摩擦焊頭進(jìn)行焊接，摩擦焊頭一邊旋轉(zhuǎn)一邊沿著工件的焊縫移動，使被焊工件在摩擦熱的作用下焊接成一體。將耐高溫硬質(zhì)材料制成的一定形狀的攪拌頭旋轉(zhuǎn)插入到被焊接工件的待焊處，高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭與被焊接材料之間的摩擦剪切阻力產(chǎn)生摩擦熱，摩擦熱使攪拌頭鄰近區(qū)域的材料受熱變軟從而得到了熱塑化。刀頭的旋轉(zhuǎn)，對母材也有攪動、碾壓和鍛造等作用，隨著刀具的移動，在其后形成一道焊縫。

★工藝特點：(1)固相連接在合金中保持母材冶金性能,可焊金屬基復(fù)合材料、快速凝固材料等采用熔焊會有不良反應(yīng)的材料；(2)對擠壓型材進(jìn)行焊接,可制成大型結(jié)構(gòu),如船板、框架、平臺等；(3)實現(xiàn)不同材料的連接,如鑄件與擠壓件；(4)殘余應(yīng)力比熔焊低；(5)不需焊料；(6)設(shè)備簡單,能耗低,

功效高；(7)操作人員不需受特殊訓(xùn)練；(8)適于自動化生產(chǎn)；(9)不需開專門坡口，可用于幾種接頭形式:對接,搭接和角焊；(10)可焊熱裂紋敏感的材料。3.摩擦焊技術(shù)特點（1）固態(tài)焊（2）廣泛的工藝適應(yīng)性（材料，尺寸）（3）焊接過程可靠性高（壓力、時間、速度和位移

）

（4）高效、低能、清潔

第4節(jié)超塑性焊1.超塑性及其形成條件★超塑性

★超塑性分類及形成條件

（1）等軸細(xì)晶組織

（2）應(yīng)變速率

（3）應(yīng)變速率

分組織超塑性和相變超塑性，其中

2.超塑性焊接及其特點★涵義：利用材料在超塑狀態(tài)下易焊合的特點而進(jìn)行的固態(tài)壓力焊接。分恒溫超塑性固態(tài)焊接和相變超塑性固態(tài)焊接?！飳嵸|(zhì)：超塑變形在低應(yīng)力下實現(xiàn)大的塑性流變，因而能比常規(guī)塑變、蠕變更有效地實現(xiàn)待焊面的緊密接觸。材料在超塑狀態(tài)下原子擴散遷移率較高，非常有利于實現(xiàn)待連接面兩側(cè)原子擴散而實現(xiàn)固態(tài)連接?！锕虘B(tài)接合過程一般分為三個階段，超塑性都能在其中起到促進(jìn)作用：在超塑狀態(tài)下，材料可以在小應(yīng)力下產(chǎn)生大的塑性流變，從而促進(jìn)了氧化膜破碎及焊接面的緊密接觸；超塑性效應(yīng)可以使接觸表面活化和形成活化中心；在固態(tài)接合的體積相互作用階段，晶體缺陷密度增加和運動加劇，使焊接表面的活化中心數(shù)增多，以界面擴散為主的擴散顯著加快，因而導(dǎo)致該階段迅速完成。成金屬鍵結(jié)合的固態(tài)下的連接。成金屬鍵結(jié)合的固態(tài)下的連接。是利用被焊工件的相對轉(zhuǎn)（1）超塑性焊接ISSW（2）可實現(xiàn)多點和內(nèi)部及大面積焊接．超塑性及其形成條件（3）壓力：愈小愈好．（1）溫度：溫度高，擴散系數(shù)大，金屬塑變能力好．止，同時將軸向壓力加大，并分組織超塑性和相變超塑性，其中超塑性效應(yīng)可以使接觸表面活化和形成活化中心；量連接和精密連接。（2）連續(xù)驅(qū)動摩擦焊（continuesdrivefrictionwelding）逐漸達(dá)到粘塑性狀態(tài)并產(chǎn)生變★涵義：是一種固態(tài)熱壓焊，在外力作用下，利用焊件接觸面之間的相對摩擦運動和塑性流動所產(chǎn)生的熱量，使接觸面及其近區(qū)金屬達(dá)到塑性狀態(tài)，而后加壓形成的焊接接頭的方法。

鋼的恒溫超塑焊(ISSW)與擴散焊、鍛焊的對比恒溫超塑焊(ISSW)擴散焊鍛焊焊接工藝特點焊前清理、裝配較嚴(yán)格、較精確嚴(yán)格、精確一般焊接溫度(0.6～0.7)Tm

≈0.7Tm(0.8～0.9)Tm應(yīng)變速率(10-2～10-4)s-1≈0(100～101)s-1焊接壓力約(30～50)MPa約(10～20)MPas的2～7倍焊接時間幾分鐘幾十分鐘約1分鐘保護(hù)介質(zhì)大氣、真空或保護(hù)氣氛真空、保護(hù)氣氛大氣工藝控制參量組織、溫度、應(yīng)變速率溫度、壓力、時間變形量接頭質(zhì)量接頭強度接近或達(dá)到母材接近母材—接頭質(zhì)量好好一般變形一般2%～6%小于3%約＞15%連接對象適用范圍有限制無限制有限制3.恒溫超塑性焊接★原理：指材料在滿足恒溫超塑性變形的組織條件和變形條件下，接觸界面兩側(cè)或一側(cè)材料發(fā)生超塑流變，使待連接面緊密接觸至原子間作用力能達(dá)到的范圍之內(nèi)并發(fā)生界面兩側(cè)原子的擴散，致使原界面消失以實現(xiàn)界面兩側(cè)材料的固態(tài)連接。借助于材料在超塑狀態(tài)下具有低應(yīng)力大塑性流變能力，及原子的遷移率，在短時間內(nèi)實現(xiàn)材料的固態(tài)冶金結(jié)合。（1）被焊材料的雙方或至少其中一方具有一定的恒溫超塑性變形能力（2）焊接溫度及變形速率在材料超塑性流變的溫度及應(yīng)變速率范圍（3）焊接前對待焊表面的潔凈度、粗糙度和活化度有較高要求（4）環(huán)境★影響因素A（1）超塑性焊接ISSW

（2）單邊或單側(cè)恒溫超塑性焊接U