附著和冷焊

影響附著、冷焊的因素主要是：表面清潔度、壓力負荷、接觸時間、材料性能和溫度。一般來說，表面越清潔，接觸壓力越大，接觸時間越長，溫度越高，則越易附著或冷焊。附著、冷焊現(xiàn)象的出現(xiàn)，有可能使航天飛行器上一些活動部件發(fā)生故障，因此防止冷焊是空間技術研究的課題之一。在金屬工藝學中，冷焊已成為一種新出現(xiàn)的焊接技術。2100433B

在固體和固體接觸過程中發(fā)生在表面上的物理現(xiàn)象。1963年, P.J.布賴恩特等人解理云母、石墨層狀固體時，發(fā)現(xiàn)在超高真空下比在大氣壓下需要更大的能量。他們認為這是層間表面電荷間靜電力引起的附著力造成的。1965年H.I.史密斯等人報道過光學石英片在超高真空中接觸后，可有kgf/cm級的附著力的實驗結果,他們認為這是由范德瓦耳斯力引起的。1966年P.M.溫斯洛和D.V.麥金太爾測量了許多金屬配組在超高真空下的冷焊，看到：軟金屬及其合金較易附著；硬金屬及其合金較難附著。D.V.小凱勒于1972年運用表面能譜儀對此進行了更加深入的研究。 即便是精密加工過的固體表面,其不平度仍在0.1μm左右；通常認為很干凈的固體表面，實際上仍有異種物質(zhì)層覆蓋著（見圖）。若用化學方法洗掉污物，并在真空環(huán)境中除去吸附的氣體，再使兩個表面接觸，則在兩者接觸部位之間因分子的相互擴散而粘合在一起，稱為附著。如果除去異物，使表面高度清潔，并在一定的壓力負荷下使表面接觸，所產(chǎn)生的整體附著叫做冷焊。

冷焊機可分為堆焊型冷焊機、貼薄片修復型的冷焊機、焊接銅鋁線冷焊機。其中前兩者用于修復金屬、鑄件表面的磨損、劃傷、氣孔、砂眼等細小缺陷；后者用于焊接銅線、鋁線等有色金屬線材，如電動機漆包線的焊接等。

冷焊堆焊型

利用充電電容，以10^-3~10^-1秒的周期，10^-6~10^-5秒的超短時間放電。電極材料與模具接觸部位會被加熱到8000~10000℃，等離子化狀態(tài)的熔融金屬以冶金的方式過渡到工件的表面。由于與母材之間產(chǎn)生了合金化作用，向工件內(nèi)部擴散，熔滲，形成了擴散層，得到了高強度的結合。實現(xiàn)冷焊（熱輸入低）的原理是放電時間（Pt）與下一次放電間隔時間（It）相比極短，機器有足夠的相對停止時間，熱量會通過模具基本體擴散到外界，因此模具的被加工部位不會有熱量的聚集。雖然模具的升溫幾乎停留在室溫，可是由于瞬時熔化的原因，電極尖端的溫度可以到達10000℃左右。焊條瞬間產(chǎn)生金屬熔融，過渡到母材金屬的接觸部位，同時由于等離子電弧的高溫作用，表層深處開成像生了根一樣的強固的擴散層，呈現(xiàn)出高結合性，不會脫落。

堆焊型冷焊機用于鐵、鋼、鋁、銅等鑄造件裂紋、沙眼、凹坑、氣孔、磨損、缺口、劃傷等金屬表面缺陷的修補。冷焊機補焊后工件不產(chǎn)生熱裂紋、不變形、無色差、沒有硬點、熔接強度高，可進行機加工。金屬修補冷焊機常用于曲軸磨損、塑膠模具磨損、軋輥腐蝕洞眼、氣孔沙眼等修復領域。

冷焊貼薄片式

貼片式冷焊機業(yè)內(nèi)叫工模具修補機。采用電阻焊原理修復模具等設備表面的磨損等缺陷。常用于工模具使用過程中產(chǎn)生的局部磨損、模具裂紋、模具生產(chǎn)過程中的切削過度、尺寸超差、棱角損傷、氬焊不足等加工缺陷。它可以將不銹鋼等薄焊片（0.05-0.20mm）粘貼到工件表面，每次粘貼厚度最大等同與焊片厚度。該機器也可以將焊粉（或加工廢削），填充到缺陷處（如氣孔沙眼），經(jīng)放電后修復。該冷焊機修復工件時整體上發(fā)熱很小，因此可以避免傳統(tǒng)焊接的變形、裂紋、變色等缺點，特別適合修補精細工件和不能進行高溫補焊修復的工件。

冷焊銅鋁線

銅線冷焊機、鋁線冷焊機又叫冷接機，冷壓焊機，冷焊鉗等名稱。是焊接銅線、鋁線的設備?？煞譃槭帚Q式、長柄式、臺式、液壓型冷焊機等。焊接的有色金屬線規(guī)從0.08到25MM之間。

該冷焊機是靠壓力來焊接有色金屬，不需要用電 、用氣 、無需加熱 、也不需用填料和焊劑，焊接起來的電線結實牢固，常用于發(fā)動機漆包線的焊接。

冷焊納米線

超細金屬納米線之間的焊接是由美國萊斯大學的Lu等人在Nature Nanotechnology《自然 納米》上首次報道 。研究者原位觀察到了金、銀納米線的奇特的冷焊行為：當兩根直徑小于 10 nm的單晶金納米線接觸時，即使外界不施加熱和壓力，它們也能自發(fā)地融合起來，形成無缺陷的完美單晶納米線。原位電學性能測試實驗表明焊接處有著良好的導電性能，原位力學拉伸測量實驗表明焊接處有著和完美納米線一樣的斷裂強度。 這一現(xiàn)象可能是在納米尺度下，晶格定向接觸和表面原子快速擴散的共同作用導致的 。另外，冷焊現(xiàn)象也廣泛存在于金納米線和銀納米線甚至其他貴金屬超細納米線（特征尺寸小于10納米）的焊接中。

隨著冷焊技術的不斷發(fā)展，在冷焊應用中最為穩(wěn)定廣泛的是高分子復合材料類，高分子復合材料可以很好避免熱應力變形，同時材料良好的附著、抗壓及抗腐蝕等綜合性能，可以最大限度地滿足各種設備部件的使用要求，從而在最低成本的投入下有效保證生產(chǎn)。安全、方便、可靠。

冷焊磨損一般在中等偏低的切削速度下比較嚴重。研究表明：脆性金屬比塑性金屬的抗冷焊能力強；相同的金屬或晶格類型、晶格間距、電子密度、電化學性質(zhì)相近的金屬冷焊傾向??；金屬化合物比單相固熔體冷焊傾向??；化學元素周期表中B族元素比鐵的冷焊傾向小。

在高速鋼刀具的正常工作速度和硬質(zhì)合金刀具偏低的工作速度下，正能滿足產(chǎn)生冷焊的條件，故此時冷焊磨損所占的比重較大。提高切削速度后，硬質(zhì)合金刀具冷焊磨損減輕。 2100433B