（一）固態焊接技術的概念     

固態焊接，顧名思義、簡而言之即：非熔化焊接、非機械連接、非膠接連接。

隨著科技的發展，新技術、新材料的不斷涌現，新型金屬材料、陶瓷材料、復合材料、有序金屬間化合物和功能材料等需求的日益增長，在其構件的制造過程中，不可避免地存在著結構分離面和工藝分離面，故當它們作為結構材料應用時，會遇到大量同質材料、異質材料乃至多層材料的連接問題。     

由于新材料所具有的優異特性或功能，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，已經很難、甚至不可能采用傳統的焊接技術作為它們的連接工藝。這樣，就使得更多的人對固態焊接技術的產品，有了廣泛的需求。固態焊接技術（包括摩擦焊接、擴散焊接、爆炸焊接、超聲波焊接、熱壓焊接等）最重要的技術優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、相互擴散和動態再結晶而形成連接，其接合區為鍛造組織。因此，固態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構、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、信息技術、計算機技術、機電一體化技術、過程仿真技術、無損檢測技術的相互滲透融合，在先進材料、機電一體化及先進制造技術領域中，當前，固態焊接這一在國際、國內有著40余年歷史，歷經不斷發展、不斷成熟、日臻完美的傳統技術正在以全新的面貌展示在人們面前。  

（二） 固態焊接技術的形式    

 固態焊接方法指兩塊被焊材料在固態下（無熔池）通過接觸面上的擴散和再結晶過程達到牢固結合的一種方法。     

焊接特點：固態焊接方法不發生原子熔化再形核，這樣就可以避免一些相變的發生，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合強度。

常見的固態焊接方法：電阻焊、超聲波焊、摩擦焊、擴散焊、電磁焊等。  

三、固態焊接技術的原理及特點

（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，利用電流流經工件接觸面及鄰近區域產生的電阻熱效應將其加熱到熔化或塑性狀態，使之形成金屬結合的一種方法。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、預壓，保證工件接觸良好。  

2、通電，使焊接處形成熔核及塑性環。 

3、斷電鍛壓，使熔核在壓力繼續作用下冷卻結晶，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，只是以旋轉的圓盤狀滾輪電極代替柱狀電極，將焊件裝配成搭接或對接接頭，并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉動，連續或斷續送電，形成一條連續焊縫的電阻焊方法。 

縫焊主要用于焊接焊縫較為規則、要求密封的結構，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，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，產生閃光，使端面金屬熔化，直至端部在一定深度范圍內達到預定溫度時，斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。   

閃光焊的接頭質量比電阻焊好，焊縫力學性能與母材相當，而且焊前不需要清理接頭的預焊表面。閃光對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熱源，只是在靜壓力之下，將框框振動能量轉變為工作間的摩擦功、形變能及有限的溫升。     

焊接特點：接頭間的冶金結合是母材不發生熔化的情況下實現的一種固態焊接，因此它有效地克服了電阻焊接時所產生的飛濺和氧化等現象。  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先設計焊線，達到熔接目的。 B、對比較大型工件，不易設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，伴隨著材料產生塑性流變，通過界面的分子擴散和再結晶而實現焊接的固態焊接方法（見圖3.1所示）。 

 摩擦焊通常由如下四個步驟構成：

1、機械能轉化為熱能；

2、材料塑性變形；

3、熱塑性下的鍛壓力；

4、分子間擴散再結晶。

摩擦焊技術經過長年的發展，已經發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，而以攪拌摩擦焊應用較廣。 

11    1. 攪拌摩擦焊 

攪拌摩擦焊與常規摩擦焊一樣，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，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接的焊接方法。  焊接特點：影響擴散焊過程和接頭質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。根據材料類型和對接頭質量的要求，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用最廣，這是因為在真空狀態下，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合形成組合工藝，如熱耗-擴散焊、粉末燒結-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件就是應用超塑性成形-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、金屬基復合材料和多孔性燒結材料等。

（五）電磁焊 

電磁焊是利用由線圈感應產生的脈沖電磁壓力進行焊接的。當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，則電容向線圈快速放電，產生一瞬時、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構和性能差別很大；

（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）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，重復性好，故容易實現機械化和自動化；

（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（物理的或化學的）→焊接→后序處理，如熱處理、性能及質量檢查等。該工藝的要求：

（1）待焊表面應認真清理，使其干凈和無污染；

（2）材料應具有良好的導電性和耐沖擊性能；

（3）為了有利于射流的形成，應有初始接觸角存在；

（4）表面處理后應立即進行焊接，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