除了高温,有什么方法能把两块钢铁「焊接」,也就是融合在一起?

分子动理论有很重要的一条:一切物体的分子都在不停地做无规则的运动 。其宏观表现就是扩散 , 即不同的物质在互相接触时彼此进入对方的现象 。


除了高温,有什么方法能把两块钢铁「焊接」,也就是融合在一起?

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记得初中物理中为了说明固体之间也发生扩散现象 , 举的例子 , 是将磨得很光滑的金片和铅片压在一起 , 在室温下过了5年 , 结果金片和铅片便结合在一起 , 切开以后发现 , 金和铅相互渗透了1mm 。从而说明 , 固体分子也在不停地运动 。

受此启发 , 铁分子(原子)也在不停地运动 , 如果将两块铁打磨光滑后压在一起 , 两块铁之间也会发生扩散现象 , 假以时日 , 也应该能结合在一起 。当然 , 需要有耐心噢!

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冷压焊

冷压焊是在常温下或者再结晶温度以下借助外加压力使待焊金属产生明显塑性变形而实现固态焊接的一种方法 。“冷”指的是在常温条件下即可完成焊接 。


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冷压焊实物图

这种方法的焊接机理主要以下几种理论:1.薄膜理论:对于洁净的材料表面 , 向待结合表面施加压力 。当待结合新鲜表面原子间距离达到原子间力作用范围时 , 两表面即形成结合 。2.扩散理论:冷压焊过程中强烈的塑性变形产生的晶体缺陷、内应力等降低了扩散激活能 , 使得在常温下也可以产生浅层扩散 。3.再结晶理论:当金属塑性变形量较大时 , 再结晶温度会下降 。冷压焊金属结合界面处因为塑性变形温度升高 , 从而诱发再结晶产生 , 从而形成被两个金属共同占有的晶粒 。


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薄膜理论机理图

这种方法在电线电缆行业应用广泛 , 相比于原来的电阻焊 , 无需加热 , 容易对中 , 操作简单 , 而且焊接后强度更高 , 所以是目前是主流的电缆焊接方法 。


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利用冷压焊电线图

真空冷焊

真空冷焊是在超高真空下 , 清洁、无污染金属接触面间原子键结合造成的粘接现象称为冷焊效应 。由于是在真空条件下进行的 , 所以相比于冷压焊对压力的要求没那么高 。它的机理一般认为:在超高真空条件下 , 当固体表面所吸附的气体逸出 , 各种有机污染膜解析消失 , 多个固体表面相互接触时 , 分子便会相互扩散发生不同程度的粘合现象 , 如果表面达到原子级的清洁程度 , 在一定的压力负荷下就会产生进一步整体粘着 , 即引起冷焊 。


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真空冷焊后效果图

由于需要真空环境 , 所以在太空中发生此类效应的比较多 。有趣的是 , 在航天器上很多时候冷焊会产生不良效果 , 因此是要避免的 。例如:1989年NASA发射了一颗用于观测木星及其卫星的伽利略号探测器 , 其带有价值370万美元、5公尺宽的高功率传输天线 , 平时处于收起状态 。在超高真空的太空中飞行了一年多后 , 91年地面控制中心打算控制伽利略号打开天线传输数据 , 却发现天线无法打开 。为什么呢?排查后发现 , 原来天线中的3根骨架因为润滑物质以及氧化物在真空环境中磨损殆尽 , 使骨架与其他金属部件发生了冷焊现象 。所以目前许多航空器都材料或结构上进行了防冷焊设计 。


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伽利略号航空器图

其他方法

其实焊接技术发展到今天 , 很多方法都已经替代了传统的高温熔化焊接方法 。高温可能只是一个结果 , 并不是一个必要条件 。比如:摩擦焊(用工件端面相互摩擦产生的热量使之达到塑性状态 , 然后在两端面完成焊接的方法)


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摩擦焊加工图

和爆炸焊(利用炸药爆炸产生的冲击力造成工件迅速碰撞而现焊接的方法) , 


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爆炸焊原理图

超声波焊(利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面 , 在加压的情况下 , 使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合 。补充:口罩接带就是用超声波焊接的) , 


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超声波焊原理图


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超声波焊接口罩接带图

甚至出现了用搅拌针进行焊接的方法 , 这些方法都不需要特别的加热 。

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其他网友观点

把金属焊接在一起 , 一定要采用高温把被焊部位熔化才能完成焊接 。但也有一些温度相对低一些的焊接方式 , 比如锡焊、铜焊、银焊等 , 但这些焊接方式引入了新的金属材料并非本体熔合 , 而且焊口的强度也往往低于被焊金属 。

另外还有一种焊接方式叫做超声波焊接 。这种方法是20世纪30年代偶然发现的 。当时在作电流点焊加超声振动试验时 , 发现不在焊口通上电流也能完成焊接 , 因而催生出了超声金属冷焊技术 。


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但目前这种技术由于受工艺条件限制 , 主要用于小件物体的焊接 。

另外超声波还可用于不同材质物体的焊接 。在这当中我比较熟悉的就是LED芯片引出线的焊接 。


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由于芯片的电极无法承受高溫 , 所以LED芯片的引出线都采用超声波来焊接 。首先把金线穿过瓷嘴并用电将端部烧成球状 , 然后用瓷嘴把金球压在电极上施以超声波將其焊牢 。最后再把金线另一头焊到支架的正极引线上 。这就是说每颗LED灯珠内至少要有两个超声波焊点 。

此外超声波也可用于塑料等非金属材料的焊接 。以上是我的回答 。

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