焊接可以是加熱或加壓或兩者并用，使用填充材料使焊接部件原子間結(jié)合的加工方法。焊接技術(shù)在空空導(dǎo)彈彈體制造技術(shù)中占有重要地位。目前，空空導(dǎo)彈彈體的關(guān)鍵部件大部分包括動(dòng)力部件殼體、各艙口殼體、舵面、翼面等，通過(guò)焊接組合而成。先進(jìn)焊接技術(shù)的采用還使以前認(rèn)為無(wú)法加工的焊接結(jié)構(gòu)和難以接近的焊接部位實(shí)現(xiàn)了可靠的焊接，這對(duì)新一代先進(jìn)空腔導(dǎo)彈的研制起到了重要的促進(jìn)作用。毫不夸張地說(shuō)，沒(méi)有先進(jìn)的焊接技術(shù)，就沒(méi)有現(xiàn)代空空導(dǎo)彈彈體結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

空導(dǎo)彈彈體的焊接特征

1、焊接質(zhì)量要求嚴(yán)格

飛行中的空空導(dǎo)彈彈體不僅受到較大的縱向和橫向過(guò)載，動(dòng)力部件殼體還必須承受高速氣流沖擊和火藥燃燒時(shí)的高溫高壓惡劣環(huán)境，因此對(duì)焊接接頭質(zhì)量、焊接接頭力學(xué)性能等技術(shù)指標(biāo)提出了較高要求。因此，設(shè)計(jì)一般選擇國(guó)軍標(biāo)識(shí)、航天系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)作為焊縫探傷和接頭質(zhì)量驗(yàn)收的依據(jù)，焊縫大部分定為Ⅰ級(jí)要求。

2、難以確保尺寸精度

空空導(dǎo)彈彈體大部分為筒形薄壁細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)物，設(shè)計(jì)對(duì)其圓形度、直線度、鼓動(dòng)量提出了較高要求。然而，由于其筒壁薄、剛性差、易變形，且由多個(gè)部件如某艙口殼體構(gòu)成，60多個(gè)部件采用多種焊接方法組合成一個(gè)，不僅焊接變形難以控制，而且各部件之間的相對(duì)位置精度也難以保證。

3、材料焊接性差

為了減輕重量和增加射程，設(shè)計(jì)中使用的材料大部分為高強(qiáng)度合金鋼、馬氏體沉淀硬化不銹鋼、高強(qiáng)度鈦合金、高強(qiáng)度鋁合金等高強(qiáng)度比材料。一般來(lái)說(shuō)，在鋼制部件中，材料的強(qiáng)度越高，焊接性越差，但由于高強(qiáng)度鈦合金、高強(qiáng)度鋁合金等非鐵金屬容易產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷，因此更難以焊接高品質(zhì)的焊道。

一真空電子束焊接

1.1焊接原理

真空電子束焊接是在利用空間取向高速運(yùn)動(dòng)的電子束與工件表面碰撞后，將動(dòng)能的一部分轉(zhuǎn)換為熱能，使焊接的金屬熔融、冷凝、結(jié)晶而形成焊道的電子束焊接，其原理如圖1所示。

焊接時(shí)，電子槍的陰極通電被加熱到高溫釋放出大量的電子，陰極表面形成密集的電子云，這些熱電子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下加速到高速度，高速運(yùn)動(dòng)的電子聚焦極經(jīng)過(guò)陽(yáng)極靜電場(chǎng)作用和聚焦透鏡的電磁場(chǎng)作用而聚集成高能量密度的電子束在工件的沖擊點(diǎn)散射、阻止材料晶格電子，當(dāng)原子碰撞時(shí)，其動(dòng)能變?yōu)榫Ц裾駝?dòng)能即熱能，從而使工件熔融形成焊接。

1.2技術(shù)特征

與其它熔融焊接方法相比，電子束焊接具有以下特點(diǎn)：

（1）電子束能量密度高，束流直徑小，可形成深窄的貫通性焊道，無(wú)坡口可一次焊成300mm厚的金屬，焊道深度比可達(dá)50∶1，這是其他焊接方法無(wú)法達(dá)到的。

（2）焊接熱影響區(qū)小，焊接變形小，即使用于精加工零件的最終焊接，也能保證足夠高的精度。

（3）現(xiàn)代電子束焊機(jī)通過(guò)CNC控制電子束偏移，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜焊縫自動(dòng)焊接，可焊接在一般焊接方法難以接近的部位。

（4）由于在真空狀態(tài)下實(shí)施焊接，所以特別適用于鈦或鈦合金等活性物質(zhì)的焊接。

（5）由于電子束焊接不能進(jìn)行焊絲焊接，所以現(xiàn)在不能進(jìn)行電子束焊接，在僅適應(yīng)對(duì)接焊接的情況下，需要追加焊絲的角焊。疊焊質(zhì)量也不理想。一般情況下你要盡量避免。

1.3焊接設(shè)備

電子束焊機(jī)根據(jù)真空狀態(tài)可分為真空型、局部真空型、非真空型三種，根據(jù)電子槍加速電壓的高低可分為高壓型（60~150kV）、中壓型（40~60kV）和低壓型（40V）三種。

真空電子束焊機(jī)主要由真空系統(tǒng)、NC軸控制系統(tǒng)及電子槍系統(tǒng)組成。真空系統(tǒng)提供電子槍及焊接室所需的真空環(huán)境，NC軸控制系統(tǒng)提供焊接時(shí)所需的機(jī)械運(yùn)動(dòng)軸和控制電子槍電子束的電子軸，電子槍是真空電子束焊機(jī)的核心部件，用于發(fā)射電子產(chǎn)生電子束。此外，有供電系統(tǒng)、觀察、測(cè)量、對(duì)中系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、工作臺(tái)、輔助裝置等多個(gè)大部分。

1.4焊接工藝

電子束焊接工藝參數(shù)主要包括加速電壓（kV）、聚焦電流（mA）、電子束流（mA）、焊接速度（mm/s）和工作室真空度等。由于焊接時(shí)不能施加焊絲，所以容易在焊道上產(chǎn)生凹陷、邊緣、電弧坑等焊接缺陷。焊接工藝包括接頭的型式選擇與接縫制造、焊前整理、工件消磁、工件設(shè)計(jì)、工件夾具與裝配、焊機(jī)對(duì)準(zhǔn)校正、焊接參數(shù)調(diào)整、工件焊接與檢驗(yàn)等。

二、真空擴(kuò)散焊接

2.1焊接原理

擴(kuò)散焊接技術(shù)由前蘇聯(lián)卡杰科夫于1957年發(fā)明，是一種通過(guò)界面原子間的相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)鍵合的精密連接方法。真空擴(kuò)散連接是指在一定溫度和壓力條件下，使焊接在真空環(huán)境中的工件表面相互接觸，通過(guò)微塑性變形緊密結(jié)合，界面原子經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的相互擴(kuò)散，形成整體接頭的固體焊接方法。

焊接時(shí)，將兩個(gè)或多個(gè)焊接件置于真空中一起壓縮，加熱至母材熔點(diǎn)以下的某一溫度，對(duì)其施加壓力，使其表面氧化膜破碎，使塑性變形與高溫蠕變密接在表面微觀突起上，使界面原子間擴(kuò)散界面間的結(jié)合活化而出現(xiàn)在一些微區(qū)域。再經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的保溫，這些區(qū)域進(jìn)一步通過(guò)原子相互擴(kuò)散繼續(xù)擴(kuò)大。當(dāng)整個(gè)連接界面形成金屬鍵時(shí)，完成擴(kuò)散連接過(guò)程。實(shí)際上，金屬表面被精密加工，其平均偏差也達(dá)到0.8×10-4~1.6×10?4cm，實(shí)現(xiàn)金屬結(jié)合距離1.0×10-8~5×由于在10-8cm以內(nèi)，零壓力時(shí)實(shí)際接觸點(diǎn)僅為表面積的百萬(wàn)分之一，加上一般壓力僅為1%左右，其余表面積間隙在原子引力范圍之外，即使接觸點(diǎn)形成金屬鍵，結(jié)合力也極小。除了接觸面的凹凸之外，還有氣體吸附層、氧化層、變形層等，在擴(kuò)散連接時(shí)可以使用一定的方法克服這些主阻擋層。

2.2焊接特征

與其它焊接方法相比，真空擴(kuò)散焊具有以下特點(diǎn)：

（1）同種金屬的接合部可以接近母材，可以得到相同的物理、化學(xué)、機(jī)械特性。

（2）接頭無(wú)鑄造組織、脆性區(qū)、裂紋等缺陷，工藝易于控制，批量生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定。

（3）真空擴(kuò)散連接可與真空熱處理結(jié)合進(jìn)行，許多接頭可一次性焊接成功。

（4）工件變形小，尺寸精密高，可完成大面積擴(kuò)散連接。

（5）能夠焊接在一般的焊接方法中難以焊接的高熔點(diǎn)金屬、陶瓷材料及耐熱合金。

2.3焊接工藝

真空擴(kuò)散焊接工藝參數(shù)包括加熱溫度、焊接時(shí)施加在部件上的壓力、在焊接溫度下保持的時(shí)間及真空度等，其中前3位也是擴(kuò)散焊接的必要條件。

（1）溫度。溫度是擴(kuò)散連接最重要的工藝參數(shù)。在一定溫度范圍內(nèi)，溫度越高，擴(kuò)散速度越快，結(jié)合強(qiáng)度也越高。但是，當(dāng)達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，提高溫度時(shí)晶粒變大，因此接頭的質(zhì)量反而降低。受材料物理性能、工件表面狀態(tài)、設(shè)備等因素的限制，許多適合金屬與合金擴(kuò)散連接的加熱溫度一般為0.6~0.8母材的熔點(diǎn)。TC4鈦合金通常選擇920-930℃。

（2）壓力。主要作用是在結(jié)合面的微突起部分產(chǎn)生塑性變形，達(dá)到密合的同時(shí)，促進(jìn)擴(kuò)散，加速再結(jié)晶過(guò)程。一般增加壓力可提高強(qiáng)度，但過(guò)度變形，同時(shí)可增加成本，從經(jīng)濟(jì)角度應(yīng)選擇較低壓力，鈦合金通常選擇1.0~2.0MPa。

（3）時(shí)間。在焊接溫度下保持的時(shí)間應(yīng)保證擴(kuò)散過(guò)程全部完成，達(dá)到所需的結(jié)合強(qiáng)度。時(shí)間太短，接頭未達(dá)到與母材相同的程度，高溫、高壓持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，質(zhì)量不能進(jìn)一步提高，反而要加大晶粒，形成脆性化合物的接合處，控制保溫時(shí)間控制脆性層的生成。保溫時(shí)間與溫度、壓力密切相關(guān)，在溫度高時(shí)或壓力大時(shí)，可縮短時(shí)間。在一定的溫度和壓力下，焊接時(shí)間可以在很寬的范圍內(nèi)變化。為了提高生產(chǎn)率，在保證強(qiáng)度的條件下，時(shí)間越短越好。TC4鈦合金通常選擇60~90min。

真空擴(kuò)散焊的工藝包括工件的表面制造、組裝和組裝爐、真空擴(kuò)散焊和冷卻后的出爐檢查等。其中，表面的制造和組裝質(zhì)量與其他焊接方法相比，要求特別嚴(yán)格，保證待焊表面可靠的金屬間接觸是決定焊接質(zhì)量的充分條件，必須保證待焊金屬的表面粗糙度、平面度的要求包括待焊金屬表面的氧化物、必須除去污染物，其殘留物在焊接時(shí)應(yīng)能完全破壞、分解，以保證待焊接金屬界面空隙的擴(kuò)散。由于設(shè)備有限，委托外部機(jī)組采用真空擴(kuò)散焊接方法加工的某型號(hào)TC4鈦合金翼面類中空焊接件已初步成功，其焊接質(zhì)量和尺寸精度優(yōu)于電阻焊同類件。