固相连接方法的步骤和优势

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：通常把这类连接方法称为压焊。这种连接方法仅产生微量的塑性变形，界面扩散是形成接头的主导因素。搅拌摩擦焊是20世纪90年代初由英国焊接研究所开发的一种专利焊接技术，可以焊接用熔焊方法较难焊接的有色金属。搅拌摩擦焊具有连接工艺简单、接头晶粒细小、疲劳性能、拉伸性能和弯曲性能良好、无需焊丝、无需使用保护气体以及焊后残余应力和变形小等优点。搅拌摩擦焊工艺将使铝合金、镁合金等有色金属的连接技术发生重大变革。

固相连接（Solid phase welding）可分为两大类。一类是温度低、压力大、时间短的连接方法，通过塑性变形促进工件表面的紧密接触和氧化膜破裂，塑性变形是形成连接接头的主导因素。属于这类的连接方法有摩擦焊、爆炸焊、冷压焊和滚轧焊等。通常把这类连接方法称为压焊。另一类是温度高、压力小、时间相对较长的扩散连接方法，一般是在保护气氛或真空中进行的。这种连接方法仅产生微量的塑性变形，界面扩散是形成接头的主导因素。属于这一类的连接方法主要是扩散连接（Diffusion bonding），如真空扩散连接、过渡液相扩散连接、热等静压扩散连接、超塑性成形扩散连接等。

1.扩散连接

有的教材或书籍把扩散连接方法归类到压焊范畴，但以扩散为主导因素的扩散连接和以塑性变形为主导的压焊在连接机理、方法和工艺上是有很大区别的。特别是近年来随着各种新型结构材料（如高技术陶瓷、金属间化合物、复合材料、非晶材料等）的迅猛发展，扩散连接的研究和应用受到各国研究者的关注，新的扩散连接工艺不断涌现，如过渡液相扩散连接、超塑性成形扩散连接等。再把扩散连接归类为压焊已不适宜，把以扩散为主导因素的扩散连接列为一种独立的连接方法已逐渐成为人们的共识。

钎焊属于典型的液-固相连接。钎焊连接时，选用比母材熔点低的填充材料（钎料），在低于母材熔点、高于钎料熔点的温度下，通过熔融钎料与母材的相互作用并借助熔化钎料的毛细作用填满被连接件间的间隙，冷却凝固形成牢固的接头。钎焊时只有钎料熔化而母材保持固态，应归类为液-固相连接。

2.摩擦焊

摩擦焊（Friction welding）是在外力作用下，利用接触面之间的相对摩擦和塑性流动产生的热量，使接触面及附近区金属达到粘塑性状态并产生宏观塑性变形，通过两侧材料间的相互扩散和动态再结晶而实现焊接。摩擦焊以其高效、节能、无污染的技术特点，深受制造业的重视，特别是近年来开发的搅拌摩擦焊新技术，利用搅拌头高速旋转，特型指棒迅速钻入被焊板的接缝处，与金属摩擦生热形成很薄的热塑性层。一方面，轴肩与被焊板表面摩擦，产生辅助热；另一方面，搅拌头和工件相对运动时，在搅拌头前面不断形成的热塑性金属转移到搅拌头后面，填满后面的空腔，形成连续的焊缝。

搅拌摩擦焊（Stir friction welding）是20世纪90年代初由英国焊接研究所开发的一种专利焊接技术，可以焊接用熔焊方法较难焊接的有色金属。搅拌摩擦焊具有连接工艺简单、接头晶粒细小、疲劳性能、拉伸性能和弯曲性能良好、无需焊丝、无需使用保护气体以及焊后残余应力和变形小等优点。

搅拌摩擦焊已在欧、美等发达国家的航空航天工业中得到了应用，并已成功应用于在低温下工作的铝合金薄壁压力容器的焊接，完成了纵向焊缝的直线对接和环形焊缝沿圆周的对接。该技术及其工程应用已在新型运载工具的结构设计中采用，在航空航天、船舶、车辆制造等产业部门也得到了应用。搅拌摩擦焊的主要应用领域见表2-4。

表2-4　搅拌摩擦焊的主要应用领域

我国的搅拌摩擦焊工艺开发时间还不长，但发展很快，在焊接铝及铝合金方面受到极大重视，在航空航天、交通运输工具的生产中有很好的前景，在异种材料的焊接中也崭露头角。搅拌摩擦焊工艺将使铝合金、镁合金等有色金属的连接技术发生重大变革。

固相连接方法的步骤和优势

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