冷焊技術是一門新型發展起來并得到廣泛應用的技術,在很多傳統焊接技術無法滿足的情況下扮演著重要的作用。冷焊是應用機械力、分子力或電力使得焊材擴散到器具表面的一種工藝,常用于修復超差,涂層。在物理學中納米尺寸下必須考慮的一種負效應。機電冷焊機的原理是利用充電電容,以10-3~10-1秒的周期,10-6~10-5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攝氏度,等離子化狀態的熔融金屬以冶金的方式過渡到工件的表面。由于與母材之間產生了合金化作用,向工件內部擴散,熔滲,形成了擴散層,得到了高強度的結合。實現冷焊的原理是放電時間與下一次放電間隔時間相比較短,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聚集。雖然模具的升溫幾乎停留在室溫,可是由于瞬時融化的原因,電極尖端的溫度可以到達10000攝氏度左右。焊條瞬間產生金屬熔融,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,呈現出高結合性,不會脫落。由于冷焊區別于傳統意義的焊接,冷焊劑的硬度、粘附力和強度特別高,幾乎沒有收縮率,能可靠的防止許多化學作用、物理應力和機械應力等,人們又稱其為“液體金屬”。采用合理的工藝,選擇適當的化學粘合材料將同種材料或異種材料連接在一起,實現連接、密封、固持、功能涂層,是冷焊當前的主要應用之一。冷焊可以用來對大部分金屬以及其他各種原材料進行相互連接、固定焊接和密封,硬化后和金屬一樣能銼、刨、磨、銑、拋光、車、噴丸等,能用各種刀具進行加工。對于修復舊設備,減少制造過程的廢次品,具有重要意義。再者某些材料的連接用一般的焊接法時,由于焊接時溫度高,不僅有損材料的強度,而且還容易變形,特別對薄型材料就更成問題。但這些問題對冷焊來說是不存在的,因為冷焊是在常溫下進行,同時接頭的應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題,提高了疲勞壽命?,F在隨著冷焊技術應用的成熟,高分子復合材料類冷焊應用較為穩定廣泛,其中較具權威的有美國美嘉華高分子復合材料冷焊技術。其可以很好避免熱應力變形,同時材料良好的附著抗壓、抗腐蝕等綜合性能,可以較大限度地滿足各種設備部件的使用,從而在低成本的投入下有效保證生產?! ±浜讣夹g常用的一個方面,便是焊接鑄鐵件。在焊接工藝中,直接用碳鋼焊條補焊鑄鐵件,其困難有三:一是母體金屬碳質向焊縫擴散,在迅速冷卻中成為白口鐵或高碳鋼;二是由于在冷卻后母材與焊縫間殘存巨大內應力。因此,若不采取特殊工藝措施,施焊中或焊后會隨即開裂。即使僥幸成功,也難于作用下一步的切削加工。用冷焊技術便可解決上述問題。焊后工件焊縫強度高于母材,可切削加工。焊前首先要清理工件,去除油污,查明裂紋和破損形態。為此可用氣焊槍或噴燈加熱,再用鋼絲刷清理,細微裂紋須用四氯化碳洗凈后細心檢查。在裂紋端頭開孔止裂,再沿裂紋開孔。清理做好后,需要焊熔敷打底層。首先在焊槽坡口兩側分別熔敷第一層,這一層應薄而均勻,完全覆蓋坡口,使以后各層不再接觸母體金屬。為此,選用盡可能小的電流:交流60~80安,直流略小一點,焊條直徑2.5毫米。小于5毫米的薄件,用1.6毫米焊條。為了防止產生熱應力,要掌握“繼續、分散、低溫起焊”的原則。每段以15~25毫米為宜,每次起焊溫度要低于60度,并及時撞擊?! ∏謇碓⒘鲋?,在打底層上面堆焊第二、三、四層。方法也如打底層一樣,但應注意勿再觸及母體金屬。兩側坡口填充到只剩下3~4毫米縫隙,即可蓋面合縫。整個焊縫由打底、充填、蓋面三種層次組成,各起不同作用。打底層直接與母體金屬接觸,大量的碳素擴散到這一層,使得本來為低碳鋼的焊條材料變成高碳鋼,冷卻后形成以網狀滲碳體為主、夾有馬氏體、屈氏體和殘余奧氏體的結構,在與母體金屬之間的界面上,還會出現一層0.07~0.34毫米的白口鐵。這并非是一個理想的結構,但它在母體金屬與焊縫之間形成一堵“墻”,有效地阻擋住碳素再向其后各層擴散,而且,這一層又很薄,他減少了母材成分在焊縫中的融合比,這正是獲得成功的關鍵點?! √畛鋵映鳛楹噶现?,另一個重要作用是對底層作多次反復的退火。分析表明:第一層熔敷打底所產生的界面白口鐵,在其后作了第二層充填時,已縮減為0.2毫米以下,呈不連續薄片填第三層之后,白口鐵進一步縮減到0.0毫米以下,原先白口鐵界面只殘存極少量不連續薄片,其余均以轉化為網狀滲碳體+馬氏體+殘余奧氏體;第三、四層均為低碳鋼正火組織:鐵素體+索氏體,母材過熱區則是片狀石墨+回火屈氏體或回火索氏體?! ∩w面層的作用是最后的封閉裂縫,它也起著對以前各層焊料的退火作用。由于離母材金屬已遠,焊料成分不受母體干擾,保持了應有的強度和塑性。此時,所有各層已經多次退火,殘余白口鐵幾乎全部轉化,對切削加工已無影響。為了防止熱應力的破壞作用,采取了相應措施:焊前開透孔,開通槽底使兩邊金屬完全分離,這樣在施焊過程的大多數時間里,母體金屬可自由漲縮,不致產生過高應力;后期蓋面時的熱應力主要有塑性蓋面層承受,其次,施焊中的氣體、熔渣極易排出,再加上分段、斷續、低溫起焊、錘擊等常規措施,均可使熱應力的破壞作用減到很低限度。經實踐證明,此工藝方法在實際生產中成功率達85%以上,經實驗,證明焊縫強度超過母材,可以切削加工。“結422”普通焊條比焊鑄鐵專用高鎳焊條便宜許多,全部作業過程又不需特殊裝備,因此采用此工藝方法,焊補鑄件具有很高的經濟效益?!∫?、冷焊技術在艦船應急搶修中的應用也非常廣泛,主要表現在船體應急修補和關鍵設備修理兩方面(1)船體應急修補現代船舶制造早已突破了傳統的鉚釘、螺絲、焊接等固定方式,而采用不同材質如鋁材、生鐵及輕型合成材料的粘合組裝技術。由于船舶航行于江、河、海等特殊環境,氣候復雜多變,因此存在大量的臨時性修理工程,如船體粘接修補、零件的結構粘接和修復等施工。(2)水下搶修。大型水面艦艇噸位大、攜帶儀器設備等比較多,同時擔負著重要的戰備訓練任務,航行的水域環境比較復雜,遇到的臨時搶修任務也很多。某艦在航行過程中船體水下部位破裂7個孔洞,直徑均在10mm左右,嚴重影響艦艇航行和主機等設備安全。搶修人員采用冷焊技術進行修補,根據船體結構和破損部位決定使用加強型MM-UM聚合金屬粘結材料附加玻璃纖維布的方法進行局部除銹的表面處理,最后進行水下修復。值得一提的是,該材料具有水中直接施工的特點,,且粘結穩定、牢固,經過6個月以上的航行檢驗,修補部位完好無損(3)甲板修理。船用甲板敷層種類比較多,對其修補應該重點考慮被修基體的材質。甲板敷層修理時要對被敷層鋼板進行表面處理,除油、漆、銹等雜質,并保持干燥。將選定的修補材料進行調制等預處理,均勻涂覆在甲板表面,并刮平光表面,常溫固化即可,緊急時可進行加溫固化。某艇經過甲板表面處理修復后,修復處性能和正常甲板相近,使用2年以上未出現問題。二、關鍵設備修理 艦船主機、油柜等關鍵設備的正常運行關系到整艦的安全航行,對于這些設備損壞和故障應該及時修復,并保持可靠運行。(1)油柜修理。艦船油柜焊縫及油艙底部的高壓油管接頭焊縫處比較容易泄露,而一旦發生泄露將直接影響油艙中儲油品質的變化。由于震動的緣故,這些部位即使是正常焊接也容易再次開裂損壞,考慮這一情況,采用高彈金屬——橡膠混合修補劑進行修復,不僅有效堵漏,而且抗震動,經過實船航行驗證,效果良好(2)柴油機修復。船用柴油機由于長期處于環境惡劣的工作環境之中,振動和疲勞嚴重,缸體外殼往往出現裂紋損傷。某船柴油機缸體出現長達2m以上的裂紋,寬度1mm,滲油嚴重,如不采取措施裂紋講繼續擴大,嚴重影響柴油機正常運轉。經過現場勘查、論證,采用特制MM-OL鋼陶瓷帶油修復技術,對缸體表面直接進行修補,快速完成了搶修任務,被修船迅速投入正常航行。