先进连接技术概述
前言：
连接技术是制造业的重要组成部分，一般包括焊接技术、机械连接技术和胶接技术。
连接技术是随着人类利用材料的历史的发展而不断发展的。选择何种连接方法完成连接，主要考虑材料的强度、负载的类型与方向、结构工作的可靠性、使用环境、维护、生产成本以及外观等因素。机械连接包括螺纹连接、铆接、销钉、扣环和快动连接等方法，一般是可拆卸或半可拆卸连接，不受材料冶金因素影响，可以达到较高的连接强度，但其连接头往往较笨重，消耗材料多。胶接是利用胶黏剂完成连接的，一般有热固性胶黏剂和热塑性胶黏剂两种，可以连接任意搭配的同种或异种材料，接头外观好，生产成本低；但接头强度一般较低，多数胶黏剂的使用温度不高，一些胶黏剂会受到细菌等因素的破坏以及水分、溶剂等的腐蚀。焊接接头的特点是强度大，形成永久性连接，因焊接方法的多样性而能满足多方面的使用要求；单焊接接头往往是经过局部加热过程完成成的，因此会产生内引力，且受到复杂的冶金因素的影响。
新型材料和新构建对连接技术提出了新的要求，促进传统连接技术的不断改进与连接技术的创新。如新型或特种材料及异种材料构件的连接；复杂产品、构件和器件精密连接；焊接过程的自动化与智能控制；太空等特殊换进工作条件下的焊接；复杂焊接产皮的可靠性检测与寿命评估；传统连接工艺的改进及新型焊接工艺方法的开发；绿色连接技术和再利用修复技术等。
焊接工艺可以制造牢固、轻便、密封性好的接头的特点，在制造业中具有不可替代的作用。按照连接机理(母材和填充材料的状态)可以将连接技术分为熔化焊，压焊和钎焊三大类，熔焊是指通过母材和填充材料的熔合实现连接的一类连接方法，包括电弧焊、电子束焊和激光焊等；压焊是通过连接材料在固态条件下的物质迁移或塑性变形实现连接的一类连接方法，主要有扩散焊、摩擦焊、爆炸焊等；钎焊是利用低熔点液态合金(钎料)对母材的润湿和毛细填缝而实现连接的一类连接方法。本篇综述着重讲述熔焊和压焊两大类中的一些先进的焊接技术的定义、分类、特点和应用场合。
1. 电子束焊
电子束焊是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。由高压加速装置产生的高能束流，进过加速和会聚的高能电子束流具有极高的能量密度。
1.1 分类
1、按焊件所处环境分类
真空电子束焊；低真空电子束焊；非真空电子束焊；局部真空电子束焊 2、按电子束加速电压分类
高压电子束焊接；中压电子束焊接；低压电子束焊接 3、按电子束对材料的加热机制分类 传热焊接；深熔焊接 1.2 电子束焊的特点
1、电子束焊优点
加热功率密度大；焊缝深宽比大；焊接速度快；焊缝热物理性能好； 焊缝纯度高；可参数调节范围广；适应性强；可焊接材料多。
2、电子束焊的缺点
设备复杂，价格高，使用维护要求高；焊接装备要求高，焊接件尺寸受真空室大小的限制；高压电子束焊接需防护X射线。
1.3 电子束的应用
1、除含锌高的材料、低级铸铁和委脱氧处理的普通低碳钢外，绝大多数金属及合金都可以用电子束焊接，按焊接性由易到难的顺序排列为钛、铂族、镍基合金、钛基合金、铜、钼、钨、铍、铝及镁。
2、可以焊接熔点、热导率、溶解度相差很大的异种金属。
3、对不开坡口焊厚大工件、焊接变形很小；能焊接可达性差的焊缝。 4、可用于焊接质量要求高，在真空使用的器件，或用于焊接内部要求真空的密封器件；焊接精密仪器、仪表或电子工业中的微型器件。
5、散热电子束可用于焊前预热或焊后冷却，还可用作钎焊热源。 6、在外太空等极端条件下的焊接，可能是其潜在的应用领域。
2. 激光焊
激光焊是以高能量密度热的激光作为热源，对金属进行融化形成焊接接头的焊接方法。激光焊接具有能量密度高、可聚焦、成穿透、高效率、高精度等特点。
2.1 激光焊分类
按激光器输出能力方式分类： 脉冲激光焊；连续激光焊。
按激光聚焦后光斑上功率密度的不同分类 传热焊；深熔焊。 2.2 激光焊的特点 1、激光焊优点
（1）聚焦后的激光具有很高的功率，焊接可以以深熔方式进行；与电弧焊相比，在相同功率和焊接厚度条件下，焊接速度高；由于激光加热范围小，所以焊接热影响区小，激光焊残余应力和变形小。
（2）可焊接一般焊接方法难以焊接的材料，如高熔点金属等，甚至可用于非金属材料的焊接，如陶瓷，有机玻璃等。
（3）激光能反射、投射，能在空间传播相当距离而衰减很小，可进行远距离或一些难以接近部位的焊接。因此对于一些产生有毒气体和物质的材料，由于激光能穿透透明物质，可以将其置于玻璃制成的密封容器中进行激光焊
（4）一台激光器可以提供多个工作台进行不同的工作，既可以用于焊接，又可以用于切割、合金化和热处理，一机多用。
2、激光焊缺点
（1）焊接一些高反射率的金属还比较困难 （2）设备一次性投资比其他方法大
（3）对焊件加工、组装、定位要求均很高。
（4）激光器的电光转换及整体运行效率较低
2.3 激光焊的应用
在电厂的建造及化工行业有大量的管—管接头、管—板接头，用激光焊可得到高质量的单面焊双面成型焊缝。在舰船制造业，用激光焊焊接大厚度板，接头性能优于通常的电弧焊，提高构件的可靠性。激光焊还可以应用于电动机定子铁心的焊接，发动机壳体、机翼隔架等飞机零件的焊接，航空涡轮叶片的修复。
3. 等离子弧焊
等离子弧焊是利用等离子弧作为热源的焊接方法。气体由电弧加热产生离解，在高速通过水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，形成等离子弧。它的稳定性、发热量和温度都高于一般电弧，因而具有较大的熔透力和焊接速度。
3.1 等离子弧焊的工作方式 等离子弧有两种工作方式。一种是“非转移弧”，电弧在钨极与喷嘴之间燃烧，主要用於等离子喷镀或加热非导电材料；另一种是“转移弧”，电弧由辅助电极高频引弧后，电弧燃烧在钨极与工件之间，用於焊接。形成焊缝的方式有熔透式和穿孔式两种。前一种形式的等离子弧只熔透母材，形成焊接熔池，多用於0.8～3毫米厚的板材焊接；后一种形式的等离子弧只熔穿板材，形成钥匙孔形的熔池，多用於 3～12毫米厚的板材焊接。此外，还有小电流的微束等离子弧焊，特别适合於0.02～1.5毫米的薄板焊接。 3.2 等离子弧焊特点
1、等离子弧的能量密度大，弧柱温度高，对焊件加热集中，不仅熔透能力和焊接速度显著提高，而且可以利用小孔效应实现单面焊双面成型，生产效率显著提高。
2、焊缝深宽比大，热影响区小，焊件变形小，可以获得优良的焊接质量。 3、焊接电流下限小到0.1A时，电弧仍然能稳定燃烧，并保持良好的挺度和方向性，所以不仅能焊接中厚板，也适合于焊接超薄件。
4、由于电弧呈圆柱形，堆焊墙高度变化的敏感性显著降低，这对保证焊缝成形和荣头均匀性都十分有益，但焊枪与焊缝的对中性要求较高。
3.3 等离子弧焊应用
采用等离子弧焊接方法可以焊接不锈钢、高强度和金刚、耐高温合金、钛及其合金、铝及其合金、统计其合金以及低合金结构钢等。目前，等离子弧焊接已应用于化工，原子能、电子、精密仪器仪表、轻工。冶金、车辆、航空航天等工业和空间技术中。
4. 摩擦焊
摩擦焊接是利用金属焊接表面摩擦加热的一种热压焊接方法。 4.1 摩擦焊的特点 1、摩擦焊的优点
生产效率高；焊接时间以秒级，摩擦焊机易实现自动化，操作简单，容易维护；焊接质量好且稳定；由于抹茶韩热源特点和顶锻压力的作用，使得焊缝金属
形成晶粒细化、力学性能高的锻造组织，焊件尺寸精度高，废品率低；成本低；适用面广。
2、摩擦焊的缺点
接头形状应为原型或圆环形，非圆截面工件的焊接很困难；由于受到摩擦焊
2机主轴电动机功率和压力不足的限制，目前最大的焊接断面为200cm；大型盘状工件和薄壁管件因不容易加持也很难焊接；摩擦焊机的一次性设备投资较贵，因此更适合大批量集中生产。
5. 扩散焊
扩散焊（或称为扩散连接）是在一定的温度和压力下使待焊表面相互接触，通过围观塑性变形或通过在待焊表面上产生的微量液相而扩大待焊表面的物理接触，然后经过较长时间的原子相互扩散来时间结合的一种焊接方法。扩散焊是异种金属材料、耐热合金和新材料连接的主要方法。
5.1 扩散焊的分类
按被焊材料的组合形式来分，扩散焊可分为加中间层扩散焊和无中间层扩散焊，无中间层扩散焊又包括同种材料扩散焊和异种材料扩散焊。
按焊接过程中接头区材料是否出现过液相来分，扩散焊可以分为固相扩散焊和液相扩散焊。
5.2 扩散焊的特点 1、扩散焊的优点
扩散焊接头的显微组织和性能和母材料接近或相同，不存在各种熔化焊特有的缺陷，也不存在具有过热组织的热影响区。焊接参数容易控制，批量生产时接头质量稳定；可焊接其他材料方法难于焊接的材料和材料，如弥散强化合金、活泼金属、耐热合金、陶瓷和复合材料等，特别适合不同种类的金属、非金属及异种材料的连接；可以进行内部及多点、大面积构件的连接以及电弧可达性不好或用熔焊方法不能实现的连接；作为异种高精密的连接方法，焊后焊件不变形，可以实现机械加工后的精密装配连接。
2、扩散焊的缺点
焊件待焊表面的制备和装配要求较高；焊接过程中焊接时间长，生产效率低。在某些情况下还会产生一些晶粒过渡长大等现象；备一次性投入较大，且焊件的尺寸受设备的限制。
6. 超声波焊
超声波焊是利用超声频率（超过16kHz）的机械振动能量和静压力的共同作用下，连接同种或异种金属、半导体、塑料及金属陶瓷灯的特殊焊接方法，是一种固态焊接。
6.1 超声波的分类
超声波焊接分类按照超声波弹性振动能量传入焊件的方向，超声波焊接的基本类型可以分为两类：一类是振动能量由切向传递到焊件表面而使焊接界面产生相对摩擦，这种方法适用于金属材料的焊接；另一类是振动能量由垂直于焊件表面的方向传入焊件，主要是用于塑料的焊接。常见的金属超声波焊接可分为点焊、环焊、缝焊及线焊；近年来，双振动系统的焊接和超声波对焊也有一定的应用。
6.2 超声波焊的特点
1、可焊接的材料范围广，可用于同种金属材料、特别是高导电、高导热性的材料（如金、银、铜、铝等）和一些难熔金属的焊接，也可用于性能相差悬殊的异种金属材料（如导热、硬度、熔点等）、金属与非金属、塑料等材料的焊接，还可以实现厚度相差悬殊以及多层箔片等特殊结构的焊接。
2、焊件不通电，不需要外加热源，接头中不出现宏观的气孔等缺陷，不生成脆性金属间化合物，不发生像电阻焊时易出现的熔融金属的喷溅等问题。 3、焊缝金属的物理和力学性能不发生宏观变化，其焊接接头的静载强度和疲劳强度都比电阻焊接头的强度高，且稳定性好。
4、被焊金属表面氧化膜或涂层对焊接质量影响较小，焊前对焊件表面准备工作比较简单。
5、形成接头所需电能少，仅为电阻焊的5％；焊件变形小。
6、不需要添加任何粘结剂、填料或溶剂，具有操作简便、焊接速度快、接头强度高、生产效率高等优点。超声波焊接的主要缺点是受现有设备功率的限制，因而与上声极接触的焊件厚度不能太厚，接头形式只能采用搭接接头，对接接头还无法应用。
6.3 超声波焊的应用
超声波焊接广泛应用于微电子器件的互联，晶体管芯的焊接、晶闸管控制级的焊接以及电子器件的封装等。
7. 爆炸焊
爆炸焊是一种动态焊接过程，以炸药为能源进行金属间焊接的方法。 7.1 爆炸焊的分类
根据初始工艺安装方式不同，爆炸焊有平行法和角度法两种基本方式。 7.2 爆炸焊的应用
1、用以焊接物理和化学性质相同、相近、特别是相差悬殊的金属材料。 2、用以生产金属复合材料。
3、用复合板、复合管和符合帮加工成各种对接。搭接和斜接的异种金属的过渡接头、一遍用常规的焊接方法连接不同金属及其零件，变不同金属的焊接为相同金属的焊接，解决工程中异种金属的焊接问题。
4、用爆炸焊的复合坯料进行多种形式的压力加工和机械加工，以生产各种形状和尺寸的复合板材、复合带材、复合箔材、复合管材、复合棒材、复合线材、复合型材以及复合零件等。
参考文献
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