冷焊技術(shù)是一門(mén)新型發(fā)展起來(lái)并得到廣泛應(yīng)用的技術(shù)，在很多傳統(tǒng)焊接技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足的情況下扮演著重要的作用。冷焊是應(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，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負(fù)效應(yīng)。
冷焊機(jī)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(shí)間放電。電極材料與模具接觸部位會(huì)被加熱到8000~10000攝氏度，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)冷焊的原理是放電時(shí)間與下一次放電間隔時(shí)間相比較短，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)有熱量聚集。雖然模具的升溫幾乎停留在室溫，可是由于瞬時(shí)融化的原因，電極尖端的溫度可以到達(dá)10000攝氏度左右。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。
由于冷焊區(qū)別于傳統(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)在隨著冷焊技術(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，其中較具權(quán)威的有美國(guó)美嘉華高分子復(fù)合材料冷焊技術(shù)。其可以很好避免熱應(yīng)力變形，同時(shí)材料良好的附著抗壓、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，從而在最低成本的投入下有效保證生產(chǎn)。
冷焊技術(shù)最常用的一個(gè)方面，便是焊接鑄鐵件。在焊接工藝中，直接用碳鋼焊條補(bǔ)焊鑄鐵件，其困難有三：一是母體金屬碳質(zhì)向焊縫擴(kuò)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(nèi)應(yīng)力。因此，若不采取特殊工藝措施，施焊中或焊后會(huì)隨即開(kāi)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(shù)便可解決上述問(wèn)題。焊后工件焊縫強(qiáng)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(tài)。為此可用氣焊槍或噴燈加熱，再用鋼絲刷清理，細(xì)微裂紋須用四氯化碳洗凈后細(xì)心檢查。在裂紋端頭開(kāi)孔止裂，再沿裂紋開(kāi)孔。
清理做好后，需要焊熔敷打底層。首先在焊槽坡口兩側(cè)分別熔敷第一層，這一層應(yīng)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(diǎn)，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(chǎn)生熱應(yīng)力，要掌握“繼續(xù)、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(shí)撞擊。
清理渣、瘤之后，在打底層上面堆焊第二、三、四層。方法也如打底層一樣，但應(yīng)注意勿再觸及母體金屬。兩側(cè)坡口填充到只剩下3~4毫米縫隙，即可蓋面合縫。
整個(gè)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?cái)U(kuò)散到這一層，使得本來(lái)為低碳鋼的焊條材料變成高碳鋼，冷卻后形成以網(wǎng)狀滲碳體為主、夾有馬氏體、屈氏體和殘余奧氏體的結(jié)構(gòu)，在與母體金屬之間的界面上，還會(huì)出現(xiàn)一層0.07~0.34毫米的白口鐵。
這并非是一個(gè)理想的結(jié)構(gòu)，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(kuò)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(guān)鍵點(diǎn)。
填充層除作為焊料之外，另一個(gè)重要作用是對(duì)底層作多次反復(fù)的退火。金相分析表明：第一層熔敷打底所產(chǎn)生的界面白口鐵，在其后作了第二層充填時(shí)，已縮減為0.2毫米以下，呈不連續(xù)薄片填第三層之后，白口鐵進(jìn)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(xù)薄片，其余均以轉(zhuǎn)化為網(wǎng)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(guò)熱區(qū)則是片狀石墨+回火屈氏體或回火索氏體。
蓋面層的作用是最后的封閉裂縫，它也起著對(duì)以前各層焊料的退火作用。由于離母材金屬已遠(yuǎn)，焊料成分完全不受母體干擾，保持了應(yīng)有的強(qiáng)度和塑性。此時(shí)，所有各層已經(jīng)多次退火，殘余白口鐵幾乎全部轉(zhuǎn)化，對(duì)切削加工已無(wú)影響。
為了防止熱應(yīng)力的破壞作用，采取了相應(yīng)措施：焊前開(kāi)透孔，開(kāi)通槽底使兩邊金屬完全分離，這樣在施焊過(guò)程的大多數(shù)時(shí)間里，母體金屬可自由漲縮，不致產(chǎn)生過(guò)高應(yīng)力；后期蓋面時(shí)的熱應(yīng)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(xù)、低溫起焊、錘擊等常規(guī)措施，均可使熱應(yīng)力的破壞作用減到最低限度。
經(jīng)實(shí)踐證明，此工藝方法在實(shí)際生產(chǎn)中成功率達(dá)85%以上，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，證明焊縫強(qiáng)度超過(guò)母材，可以切削加工。“結(jié)422”普通焊條比焊鑄鐵專(zhuān)用高鎳焊條便宜許多，全部作業(yè)過(guò)程又不需特殊裝備，因此采用此工藝方法，焊補(bǔ)鑄件具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。
冷焊技術(shù)在艦船應(yīng)急搶修中的應(yīng)用也非常廣泛，主要表現(xiàn)在船體應(yīng)急修補(bǔ)和關(guān)鍵設(shè)備修理兩方面。
1）船體應(yīng)急修補(bǔ)。
現(xiàn)代船舶制造早已突破了傳統(tǒng)的鉚釘、螺絲、焊接等固定方式，而采用不同材質(zhì)如鋁材、生鐵及輕型合成材料的粘合組裝技術(shù)。由于船舶航行于江、河、海等特殊環(huán)境，氣候復(fù)雜多變，因此存在大量的臨時(shí)性修理工程，如船體粘接修補(bǔ)、零件的結(jié)構(gòu)粘接和修復(fù)等施工。
（1）水下?lián)屝?。大型水面艦艇噸位大、攜帶儀器設(shè)備等比較多，同時(shí)擔(dān)負(fù)著重要的戰(zhàn)備訓(xùn)練任務(wù)，航行的水域環(huán)境比較復(fù)雜，遇到的臨時(shí)搶修任務(wù)也很多。某艦在航行過(guò)程中船體水下部位破裂7個(gè)孔洞，直徑均在10mm左右，嚴(yán)重影響艦艇航行和主機(jī)等設(shè)備安全。
搶修人員采用冷焊技術(shù)進(jìn)行修補(bǔ)，根據(jù)船體結(jié)構(gòu)和破損部位決定使用加強(qiáng)型MM-UM聚合金屬粘結(jié)材料附加玻璃纖維布的方法進(jìn)行局部除銹的表面處理，最后進(jìn)行水下修復(fù)。值得一提的是，該材料具有水中直接施工的特點(diǎn)，，且粘結(jié)穩(wěn)定、牢固，經(jīng)過(guò)6個(gè)月以上的航行檢驗(yàn)，修補(bǔ)部位完好無(wú)損。
（2）甲板修理。船用甲板敷層種類(lèi)比較多，對(duì)其修補(bǔ)應(yīng)該重點(diǎn)考慮被修基體的材質(zhì)。甲板敷層修理時(shí)要對(duì)被敷層鋼板進(jìn)行表面處理，除油、漆、銹等雜質(zhì)，并保持干燥。將選定的修補(bǔ)材料進(jìn)行調(diào)制等預(yù)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(shí)可進(jìn)行加溫固化。某艇經(jīng)過(guò)甲板表面處理修復(fù)后，修復(fù)處性能和正常甲板相近，使用2年以上未出現(xiàn)問(wèn)題。
2）關(guān)鍵設(shè)備修理
艦船主機(jī)、油柜等關(guān)鍵設(shè)備的正常運(yùn)行關(guān)系到整艦的安全航行，對(duì)于這些設(shè)備損壞和故障應(yīng)該及時(shí)修復(fù)，并保持可靠運(yùn)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(fā)生泄露將直接影響油艙中儲(chǔ)油品質(zhì)的變化。由于震動(dòng)的緣故，這些部位即使是正常焊接也容易再次開(kāi)裂損壞，考慮這一情況，采用高彈金屬——橡膠混合修補(bǔ)劑進(jìn)行修復(fù)，不僅有效堵漏，而且抗震動(dòng)，經(jīng)過(guò)實(shí)船航行驗(yàn)證，效果良好。
（2）柴油機(jī)修復(fù)。船用柴油機(jī)由于長(zhǎng)期處于環(huán)境惡劣的工作環(huán)境之中，振動(dòng)和疲勞嚴(yán)重，缸體外殼往往出現(xiàn)裂紋損傷。某船柴油機(jī)缸體出現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)2m以上的裂紋，寬度1mm，滲油嚴(yán)重，如不采取措施裂紋講繼續(xù)擴(kuò)大，嚴(yán)重影響柴油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查、論證，采用特制MM-OL鋼陶瓷帶油修復(fù)技術(shù)，對(duì)缸體表面直接進(jìn)行修補(bǔ)，快速完成了搶修任務(wù)，被修船迅速投入正常航行。
