冷焊航空危害

冷焊概念

在空間高真空條件下，固體表面會(huì)失去所吸附的氣體，固體表面相互接觸時(shí)便發(fā)生不同程度的粘合現(xiàn)象，稱(chēng)為粘著。如果除去氧化膜，使表面達(dá)到原子清潔程度，在一定的壓力負(fù)荷下可進(jìn)一步整體粘著，即引起冷焊。這種現(xiàn)象可使航天器上的一些活動(dòng)部件出現(xiàn)故障，如加速軸承磨損、電氣活動(dòng)觸點(diǎn)卡住、太陽(yáng)能電池翼伸展困難等。

冷焊預(yù)防

1、選擇不易發(fā)生冷焊的配偶材料，如常見(jiàn)的三氧化二鋁，和一些其他材料如三氧化二鉻、二硫化鉬等制成的薄膜，因?yàn)槠淠芙档徒饘僦g的摩擦，將其貼附在航天器上能有效降低冷焊現(xiàn)象。

2、在接觸面上涂敷固體潤(rùn)滑劑或設(shè)法補(bǔ)充液體潤(rùn)滑劑也能降低冷焊現(xiàn)象。2100433B

冷焊機(jī)可分為堆焊型冷焊機(jī)、貼薄片修復(fù)型的冷焊機(jī)、焊接銅鋁線冷焊機(jī)。其中前兩者用于修復(fù)金屬、鑄件表面的磨損、劃傷、氣孔、砂眼等細(xì)小缺陷；后者用于焊接銅線、鋁線等有色金屬線材，如電動(dòng)機(jī)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(shí)間放電。電極材料與模具接觸部位會(huì)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(guò)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(kuò)散，熔滲，形成了擴(kuò)散層，得到了高強(qiáng)度的結(jié)合。實(shí)現(xiàn)冷焊（熱輸入低）的原理是放電時(shí)間（Pt）與下一次放電間隔時(shí)間（It）相比極短，機(jī)器有足夠的相對(duì)停止時(shí)間，熱量會(huì)通過(guò)模具基本體擴(kuò)散到外界，因此模具的被加工部位不會(huì)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(shí)熔化的原因，電極尖端的溫度可以到達(dá)10000℃左右。焊條瞬間產(chǎn)生金屬熔融，過(guò)渡到母材金屬的接觸部位，同時(shí)由于等離子電弧的高溫作用，表層深處開(kāi)成像生了根一樣的強(qiáng)固的擴(kuò)散層，呈現(xiàn)出高結(jié)合性，不會(huì)脫落。

堆焊型冷焊機(jī)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(bǔ)。冷焊機(jī)補(bǔ)焊后工件不產(chǎn)生熱裂紋、不變形、無(wú)色差、沒(méi)有硬點(diǎn)、熔接強(qiáng)度高，可進(jìn)行機(jī)加工。金屬修補(bǔ)冷焊機(jī)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(fù)領(lǐng)域。

冷焊貼薄片式

貼片式冷焊機(jī)業(yè)內(nèi)叫工模具修補(bǔ)機(jī)。采用電阻焊原理修復(fù)模具等設(shè)備表面的磨損等缺陷。常用于工模具使用過(guò)程中產(chǎn)生的局部磨損、模具裂紋、模具生產(chǎn)過(guò)程中的切削過(guò)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(jī)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(fù)。該冷焊機(jī)修復(fù)工件時(shí)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(diǎn)，特別適合修補(bǔ)精細(xì)工件和不能進(jìn)行高溫補(bǔ)焊修復(fù)的工件。

冷焊銅鋁線

銅線冷焊機(jī)、鋁線冷焊機(jī)又叫冷接機(jī)，冷壓焊機(jī)，冷焊鉗等名稱(chēng)。是焊接銅線、鋁線的設(shè)備?？煞譃槭帚Q式、長(zhǎng)柄式、臺(tái)式、液壓型冷焊機(jī)等。焊接的有色金屬線規(guī)從0.08到25MM之間。

該冷焊機(jī)是靠壓力來(lái)焊接有色金屬，不需要用電 、用氣 、無(wú)需加熱 、也不需用填料和焊劑，焊接起來(lái)的電線結(jié)實(shí)牢固，常用于發(fā)動(dòng)機(jī)漆包線的焊接。

冷焊納米線

超細(xì)金屬納米線之間的焊接是由美國(guó)萊斯大學(xué)的Lu等人在Nature Nanotechnology《自然 納米》上首次報(bào)道 。研究者原位觀察到了金、銀納米線的奇特的冷焊行為：當(dāng)兩根直徑小于 10 nm的單晶金納米線接觸時(shí)，即使外界不施加熱和壓力，它們也能自發(fā)地融合起來(lái)，形成無(wú)缺陷的完美單晶納米線。原位電學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)表明焊接處有著良好的導(dǎo)電性能，原位力學(xué)拉伸測(cè)量實(shí)驗(yàn)表明焊接處有著和完美納米線一樣的斷裂強(qiáng)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(kuò)散的共同作用導(dǎo)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(xì)納米線（特征尺寸小于10納米）的焊接中。

由于冷焊區(qū)別與傳統(tǒng)意義的焊接，冷焊劑的硬度、粘附力和強(qiáng)度特別高，幾乎沒(méi)有收縮率，能可靠的防止許多化學(xué)作用、物理應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力等，人們又稱(chēng)其為“液體金屬”。采用合理的工藝，選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)粘合材料（膠粘劑、密封劑、固持劑、修補(bǔ)劑等）將同種材料或異種材料連接在一起，實(shí)現(xiàn)連接、密封、固持、功能涂層，是冷焊當(dāng)前的主要應(yīng)用之一。

冷焊可以用來(lái)對(duì)一切金屬以及幾乎所有的其他各種原材料進(jìn)行相互連接、固定焊接和密封，硬化后和金屬一樣能銼、刨、磨、銑、拋光、車(chē)、噴丸等,能用各種刀具進(jìn)行加工。對(duì)于修復(fù)舊設(shè)備，減少制造過(guò)程的廢次品，具有重要意義。再者某些材料的連接用一般的焊接法時(shí)，由于焊接時(shí)溫度很高，不僅有損材料的強(qiáng)度，而且還容易變形，特別對(duì)薄型材料就更成問(wèn)題。但這些問(wèn)題對(duì)冷焊來(lái)說(shuō)是不存在的，因?yàn)槔浜甘窃诔叵逻M(jìn)行，同時(shí)接頭的應(yīng)力能比較均勻地分布在全部膠面上，從而改善了金屬由于焊、鉚、螺栓連接所引起的上述部分問(wèn)題，提高了疲勞壽命。

現(xiàn)隨著冷焊技術(shù)應(yīng)用的成熟，高分子復(fù)合材料類(lèi)冷焊應(yīng)用較為穩(wěn)定廣泛，而納米材料之間的冷焊則獲得越來(lái)越多的關(guān)注，包括納米組裝和先進(jìn)制造，生物傳感器，下一代微電子元件和芯片互聯(lián)技術(shù)等 。

應(yīng)用機(jī)械力、分子力或電力使得焊材擴(kuò)散到器具表面的一種工藝（方法）。常用于修復(fù)超差，涂層。在物理學(xué)中納米尺寸下必須考慮的一種特殊效應(yīng)。

原理

冷焊磨損一般在中等偏低的切削速度下比較嚴(yán)重。研究表明：脆性金屬比塑性金屬的抗冷焊能力強(qiáng)；相同的金屬或晶格類(lèi)型、晶格間距、電子密度、電化學(xué)性質(zhì)相近的金屬冷焊傾向小；金屬化合物比單相固熔體冷焊傾向??；化學(xué)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(mǎn)足產(chǎn)生冷焊的條件，故此時(shí)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

切削時(shí)，切屑、工件與前、后刀面之間，存在很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦，因而它們之間會(huì)發(fā)生冷焊。由于摩擦面之間有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，冷焊結(jié)將產(chǎn)生破裂被一方帶走，從而造成冷焊磨損。

一般來(lái)說(shuō)，工件材料或切屑的硬度較刀具材料的硬度低，冷焊結(jié)的破裂往往發(fā)生在工件或切屑這方。但由于交變能力、接觸疲勞、熱應(yīng)力以及刀具表層結(jié)構(gòu)缺陷等原因，冷焊結(jié)的破裂也可能發(fā)生在刀具這一方，刀具材料的顆粒被切屑或工件帶走，從而造成刀具磨損。

隨著冷焊技術(shù)的不斷發(fā)展，在冷焊應(yīng)用中最為穩(wěn)定廣泛的是高分子復(fù)合材料類(lèi)，高分子復(fù)合材料可以很好避免熱應(yīng)力變形，同時(shí)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(mǎn)足各種設(shè)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。