焊接就是通過加熱或加壓，或兩者并用，有時還采用填充材料，使焊件達到原子間結合的一種加工方法。焊接技術在空空導彈彈體的制造工藝中占有重要地位。目前，空空導彈彈體中幾乎所有的重要部件，包括動力部件殼體、各艙段殼體、舵面和翼面等，都是通過焊接組合而成的。

先進焊接技術的采用還使以前認為無法進行加工的焊接結構和難以接近的焊接部位得以實現(xiàn)可靠的焊接，這對新一代先進空空導彈的研制開發(fā)起到了重要的促進作用。可以毫無夸張地說，沒有先進焊接技術作為支撐，就沒有現(xiàn)代空空導彈彈體結構的發(fā)展。

空空導彈彈體的焊接特點

1 焊縫質(zhì)量要求嚴格

由于在飛行過程中空空導彈的彈體不但要承受很大的縱向和橫向過載，而且動力部件殼體還要承受高速氣流的沖擊和火藥燃燒時高溫高壓的惡劣環(huán)境，這就對其焊縫的質(zhì)量、焊接接頭的力學性能等技術指標提出了很高的要求。因此設計一般都選用國軍標、航天系統(tǒng)的標準作為焊縫探傷和接頭質(zhì)量驗收的依據(jù)，焊縫大都定為I級要求。

2 尺寸精度難以保證

空空導彈的彈體大都是筒形薄壁細長結構件，設計對其圓度、直線度、跳動量提出了很高的要求。但由于其筒壁薄、剛性差、易變形，而且由多個零件組成，如某艙段殼體，由60多個零件通過多種焊接方法組合為一個整體，不但焊接變形難以控制，而且各零件之間的相對位置精度也難以保證。

3 材料的焊接性較差

為了減輕重量、增加射程，設計所選用的材料大都是超高強度合金鋼、馬氏體沉淀硬化不銹鋼、高強鈦合金、高強鋁合金等比強度高的材料。一般來講，對于鋼制零件，材料的強度越高，其焊接性就越差，而高強鈦合金、高強鋁合金等有色金屬由于易出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷更是難以焊接出高質(zhì)量的焊縫。

空空導彈彈體制造常用的先進焊接方法

根據(jù)空空導彈彈體的焊接結構特點和所用材料的分析，焊接時必須選用能量集中、熱輸入小、所引起的變形小的焊接方法。

真空電子束焊

1 焊接原理

真空電子束焊是利用空間定向高速運動的電子束撞擊工件表面后，將部分動能轉(zhuǎn)化成熱能，使被焊金屬熔化、冷凝、結晶而形成焊縫的。

焊接時，電子槍的陰極通電加熱到高溫而發(fā)射大量電子，在陰極表面形成一團密集的電子云，這些熱電子在強電場的作用下被加速到很高的速度，高速運動的電子經(jīng)過聚束極、陽極的靜電場作用和聚焦透鏡的電磁場作用而聚集成高能量密度的一束電子射線，它在工件的轟擊點處與材料晶格電子、原子相碰撞時被散射和阻止，其動能轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ц裾駝幽芰考礋崮埽瑥亩刍ぜ⑿纬珊缚p。

2 技術特點

與其他熔化焊方法相比，電子束焊有如下特點：

（1）電子束能量密度高、束流直徑小，能形成深而窄的穿透性焊縫，不開坡口能一次焊成300mm 厚的金屬，焊縫深寬比可達50∶1，這是其它焊接方法所無法達到的。

（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后焊接，也可以保證有足夠高的精度。

（3）現(xiàn)代電子束焊機可通過CNC 控制電子束的偏移，實現(xiàn)復雜焊縫的自動焊接，并且可焊到一般焊接方法難以接近的部位。

（4）由于是在真空狀態(tài)下施焊，所以它尤其適合鈦及鈦合金等活性材料的焊接。

（5）由于電子束焊無法進行加絲焊接，所以僅適應于對接焊縫，像需要加絲的角接焊縫，目前尚無法進行電子束焊。搭接焊縫的質(zhì)量也不理想，一般情況下應盡量避免。

3 焊接設備

電子束焊機按真空狀態(tài)可分為真空型、局部真空型和非真空型3類；按電子槍加速電壓的高低分又可分為高壓型（60~150kV）、中壓型（40~60kV）和低壓型（<40V）3 種。

真空電子束焊機主要由真空系統(tǒng)、NC軸控制系統(tǒng)及電子槍系統(tǒng)組成。

真空系統(tǒng)為電子槍及焊接室提供所需要的真空環(huán)境；NC軸控制系統(tǒng)提供焊接時所需機械運動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的核心部件，用于發(fā)射電子和產(chǎn)生電子束。另外還有供電系統(tǒng)、觀察、測量與對中系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、工作臺以及輔助裝置等幾大部分。

我單位的電子束焊機是法國TECHMETA S A. 公司生產(chǎn)的LARA52型焊機，配置了CT-4型電子束焊槍，為間熱式陰極的三極槍，焊機的使用由CNC控制單元控制，

主要用于空空導彈長筒型薄壁殼體零件的焊接生產(chǎn)，適用于結構鋼、不銹鋼、高強度合金鋼、超高強度鋼、鈦合金、鋁合金等材料縱、環(huán)縫的焊接。

4 焊接工藝

電子束焊的工藝參數(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）和工作室的真空度等。由于焊時無法加絲，故焊縫容易出現(xiàn)凹陷、咬邊、弧坑等焊接缺陷。

焊接工藝流程包括：接頭型式選擇與接縫制備、焊前清理、工件退磁、工裝設計、工件的裝夾與裝配、校正焊機合軸、焊接參數(shù)調(diào)試、工件焊接及檢驗等。

真空擴散焊

1 焊接原理

擴散焊技術由前蘇聯(lián)的卡扎克夫在1957年發(fā)明，它是依靠界面原子間的相互擴散而實現(xiàn)結合的一種精密的連接方法。真空擴散連接是指在一定溫度和壓力條件下，在真空環(huán)境中將待焊工件的表面相互接觸，并通過微觀塑性變形使之緊密結合，界面處的原子經(jīng)過一定時間的相互擴散，形成整體接頭的一種固態(tài)焊接方法。

焊接時，將2個或2個以上的焊件置于真空中緊壓在一起，加熱至母材熔點以下的某個溫度，然后對其施加壓力，使其表面的氧化膜破碎，表面微觀凸起處發(fā)生塑性變形和高溫蠕變而達到緊密接觸，激活界面原子之間的擴散，在若干微小區(qū)域出現(xiàn)界面間的結合。

再經(jīng)過一定時間的保溫，這些區(qū)域進一步通過原子相互擴散不斷擴大。當整個連接界面均形成金屬鍵結合時，則完成了擴散連接過程。實際上，金屬表面經(jīng)過精密加工，其平均偏差也將達到0.8×10-4~1.6×10-4cm ，而實現(xiàn)金屬鍵結合的距離需要 1.0×10-8~5×10-8cm 以內(nèi)，因此在零壓力時實際接觸點僅為表面積的百萬分之一；

施加一般壓力也只能達到1%左右，其余表面積的間隙都在原子的引力范圍以外，即使接觸點形成金屬鍵，其結合力也極小。除接觸面凸凹不平外，還有氣體吸附層、氧化層及變形層等，擴散連接時就是采用一定方法克服這些主礙層。

2 焊接特點

和其他焊接方法相比，真空擴散焊有如下特點：

（1）同種金屬的接頭能獲得與母材接近或相同的物理、化學、機械性能。

（2）接頭無鑄造組織、脆性區(qū)、裂紋等缺陷，工藝容易控制，批生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定。

（3）真空擴散連接可與真空熱處理結合進行，很多接頭能一次焊接成功。

（4）工件變形小，尺寸精密高，能完成大面積的擴散連接。

（5）能焊接一般焊接方法難以焊接的高熔點金屬、陶瓷材料和耐熱合金。

3 焊接工藝

真空擴散焊工藝參數(shù)包括加熱溫度、焊接時對零件施加的壓力和在焊接溫度下保持的時間及真空度等，其中前三者也是擴散焊接的必要條件。

（1）溫度。

溫度是擴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，則擴散速度越快，結合強度也越高。但達到一定數(shù)值后，提高溫度由于晶粒長大接頭質(zhì)量反而會下降。受材料物理性能、工件表面狀態(tài)、設備等因素限制，許多金屬及合金擴散連接合適的加熱溫度一般為0.6~0.8母材熔點。TC4 鈦合金通常選擇920~930℃。

（2）壓力。

主要作用是使結合面微觀凸起部分產(chǎn)生塑性變形，達到緊密接觸，同時促進擴散，加速再結晶過程。一般增加壓力可提高強度，但過大會變形，同時增加成本，從經(jīng)濟角度考慮應選擇較低壓力，鈦合金通常選擇1.0~2.0MPa。

（3）時間。

在焊接溫度下保持的時間，必須保證擴散過程全部完成，達到所需的結合強度。時間太短，接頭達不到與母材相等程度；高溫、高壓持續(xù)時間太長，質(zhì)量不能進一步提高，反而會使晶粒長大，形成脆性化合物的接頭，應控制保溫時間以控制脆性層的生成。

保溫時間與溫度、壓力是密切相關的，溫度較高或壓力較大時，時間可縮短。在一定溫度和壓力下，焊接時間可在較寬范圍內(nèi)變化。為提高生產(chǎn)率，在保證強度的條件下，時間越短越好。TC4 鈦合金通常選擇60~90min。

真空擴散焊的工藝流程包括工件表面制備、裝配與裝爐、真空擴散焊接及冷卻后出爐檢驗等。其中表面制備和裝配質(zhì)量與其他焊接方法相比，要求尤為嚴格，因為保證待焊表面有可靠的金屬間接觸是決定焊接質(zhì)量的充分條件，必須保證待焊金屬表面的粗糙度、平面度要求；

必須祛除待焊金屬表面的氧化物、污染物，其殘留在焊接時應能徹底破壞和分解；必須保證待焊金屬界面的空隙彌合。由于設備所限，我們委托外單位用真空擴散焊方法加工的某型號TC4鈦合金翼面類空心焊接件已獲得初步成功，其焊接質(zhì)量和尺寸精度都優(yōu)于電阻焊的同類零件。

電阻點焊和滾焊

1 焊接原理

電阻點焊及滾焊就是將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極或兩滾輪電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點或焊縫的電阻焊方法。電阻點焊一般由以下4個基本程序組成

一個循環(huán)過程：

（1）預壓：電極下移、施加壓力、焊件貼合、過程開始。

（2）焊接：通電加熱、母材熔化、形成熔核、焊接開始。

（3）維持：繼續(xù)施壓、斷電冷卻、熔核結晶、焊接結束。

（4）休止：去除壓力、電極上移、焊機休止、過程結束。

電阻滾焊的原理與點焊的基本相同，為了解決勻速滾焊時焊接后的壓力維持問題，現(xiàn)已開發(fā)出了步進式滾焊技術，就是在通電焊接時滾輪停頓，一直將壓力維持到金屬凝固、形成熔核為止。

2 技術特點

電阻點焊及滾焊的最大特點是沒有電弧弧光的照射，熔化金屬被包裹在母材金屬中間，避免了外界空氣的污染，因此焊接接頭的質(zhì)量較高；焊接時無須填加任何填充金屬，在被焊零件內(nèi)外表面無任何焊接凸起，能夠克服其他先進焊接方法焊后存在加強高的缺點；而且焊接變形極小，能夠保證較高的尺寸精度，特別適應于不銹鋼、合金鋼、時效鋼、鈦合金等材料制成的薄壁搭接零件的焊接。

3 焊接設備

先進直流電阻點焊機多為次級整流式焊機，具備多脈沖焊接功能，可在焊機上進行預熱和回火，焊接主脈沖有上坡和下坡的功能；中航工業(yè)導彈院從國外引進的SM-AS-2/200/1000型直流縱橫兩用滾焊機如圖3所示，

采用三相直流電源、無摩擦薄膜焊接汽缸和16位焊接控制器等先進技術，保證了較高的焊接質(zhì)量，先進的恒流控制系統(tǒng)可保證焊接質(zhì)量的高度一致性。焊機具有3段脈沖程序，可提供調(diào)質(zhì)鋼等材料所需的焊后回火脈沖，并且具備勻速滾焊和步進式滾焊的功能。

4 焊接工藝

電阻點焊的工藝參數(shù)主要包括焊接電流、通電時間、電極壓力和電極的工作面尺寸等；步進式電阻滾焊的焊接參數(shù)除和點焊的相同部分外，還包括焊接速度、焊點間距和停頓時間等。焊接工藝流程主要包括焊前清理、焊接參數(shù)調(diào)試、零件焊接及檢驗。

調(diào)試電阻點焊工藝參數(shù)時，應根據(jù)零件的材料和厚度在有關《焊接手冊》上查取基本參數(shù)。以此為依據(jù)，首先確定電極的端面形狀和尺寸，初步選定電極壓力和焊接脈沖時間，然后調(diào)節(jié)脈沖電流，以不同的的電流焊接幾組試樣。經(jīng)檢驗從對應熔核直徑合格試樣的參數(shù)中優(yōu)化、篩選出一組參數(shù)，再在適當范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電極壓力、脈沖時間和電流，反復多次進行驗證，直到焊點完全符合質(zhì)量要求。

對于電阻滾焊參數(shù)的調(diào)試，當焊件厚度相同時，滾焊的焊接電流比點焊的要大出10％ ~20％，這是由于在已經(jīng)焊完的焊縫處會出現(xiàn)較大的分流；在焊接脈沖時間、焊接休止時間及焊接速度一定時，焊接電流的大小決定著焊縫熔核的寬度和熔核重疊率；

而在焊接電流一定時，通常用脈沖時間控制熔核寬度、用休止時間和焊接速度控制熔核的重疊率。衡量焊點和焊縫質(zhì)量的主要技術指標有熔核直徑、熔核寬度、焊透率、剪切力及有無內(nèi)、外部缺陷等。

激光焊

1 焊接原理

激光焊是利用高能量密度的激光束作為熱源進行焊接的一種高效精密的焊接方法。激光焊時，激光照射到金屬表面，與金屬發(fā)生相互作用，金屬中的自由電子吸收光子導致電子溫度升高，然后通過振動將能量傳遞給金屬離子，金屬溫度上升，光能變?yōu)闊崮堋?/p>

當激光光斑的功率密度較低時，金屬材料表面被加熱的溫度不會超過其沸點，所吸收的激光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎螅ㄟ^熱傳導將工件熔化，這就是所謂的“熔化焊”；而當激光光斑的功率密度足夠大時，則金屬表面在光斑的照射下溫度迅速升高，直至沸騰、蒸發(fā)，金屬蒸汽以一定速度離開熔池表面，其反作用力使液態(tài)金屬向下凹陷，在激光光斑下產(chǎn)生一個小凹坑。

隨著加熱過程的進行，激光可直接射入坑底，形成一個細長的“小孔”。當金屬蒸汽的反作用力與液態(tài)金屬的表面張力和重力平衡后，小孔不再繼續(xù)深入。當光斑功率密度很大時，所產(chǎn)生的小孔將貫穿整個板厚。隨著小孔的向前移動，熔化金屬繞過小孔流向后方，冷卻、凝固而形成焊縫，這就是所謂的“小孔焊”，它與電子束焊的小孔效應類似。

2 技術特點

（1）聚焦后的激光束具有很高的功率密度，加熱速度快，可實現(xiàn)深熔焊和高速焊。

（2）激光束加熱范圍小、熱影響區(qū)小、殘余應力和焊接變形小。

（3）激光束能反射、透射，能在空間遠距離傳播而衰減小，可進行遠距離或一些難以接近的部位的焊接。

（4）與電子束焊相比，激光束最大的特點是不需要真空室，不產(chǎn)生X射線。缺點是焊接一些高反射率的金屬比較困難。

3 焊接設備

激光焊設備一般包括激光器、光束傳輸與聚焦系統(tǒng)、電源、氣源、工作臺及控制系統(tǒng)等。

4 焊接工藝

脈沖激光焊的工藝參數(shù)主要包括脈沖能量、脈沖寬度、功率密度和離焦量等。其中脈沖能量決定加熱量的大小，主要影響金屬的熔化量。脈沖寬度決定焊接的加熱時間，主要影響熔深。連續(xù)激光焊的工藝參數(shù)主要包括激光功率、焊接速度、光斑直徑、焦點距離及保護氣體的種類與流量等。

空空導彈彈體常用材料的焊接性

鋁合金的焊接性

鋁合金具有比重小、熔點低、導熱系數(shù)高、線膨脹系數(shù)大、對氧的親和力強等特點，焊接較為困難。 鋁很容易生成一層致密而穩(wěn)定的氧化膜，其熔點高達2050℃（純鋁的熔點為695℃），在焊接過程中它會阻礙熔化金屬的良好結合，形成未熔合；鋁氧化膜的密度比純鋁大1.4倍，且易吸附水分，焊接時易形成氣孔和夾渣；另外，鋁由于其導熱率大而在焊接時消耗的熱量多，必須采用大功率的電源。

鈦合金的焊接性

由于鈦合金重量輕，導熱性能差，化學活性高，在焊接高溫下容易與氫、氧、氮等有害氣體結合，使接頭變脆，焊接時必須加強保護并使焊接接頭焊后為銀白色或金黃色；又由于鈦合金重量較輕，氣泡上浮速度慢，熔池中的氣體來不及逸出而形成氣孔，這是鈦合金焊縫中氣孔時常超標而又難以消除的主要原因。

馬氏體沉淀硬化不銹鋼的焊接性

馬氏體沉淀硬化不銹鋼具有良好的焊接性。由于在固溶處理后所得到的馬氏體組織是超低碳的，因而沒有脫碳現(xiàn)象和強烈的淬硬傾向，一般焊前無需預熱，焊后也不須要緩冷，在拘束度不大的情況下，不會產(chǎn)生焊接冷裂紋；

由于淬火時不需要急冷，所以淬火開裂的危險性較小；又由于超低碳馬氏體具有良好的塑性, 所以能抵抗較大的應力集中, 而且在焊接熱影響區(qū)形成的馬氏體組織對冷裂紋的敏感性不大, 比具有相同強度水平的低合金高強度鋼的熱影響區(qū)的氫脆敏感性要小。

但是，由于馬氏體沉淀硬化不銹鋼的合金元素含量高達20％ ~30％，屬高合金鋼，焊接時容易產(chǎn)生偏析并形成逆轉(zhuǎn)奧氏體組織，從而導致焊接熱影響區(qū)的軟化、焊接接頭的強度與韌性低于母材等問題。又由于合金元素中含有一定數(shù)量的Cu、Ti、S、P等元素和雜質(zhì)，易產(chǎn)生熱裂紋。

結束語

隨著空空導彈性能的提高，其飛行距離越來越遠、速度越來越快、過載越來越大，對彈體焊縫的質(zhì)量要求也就越來越高，一些粉末冶金材料、復合材料等高強度、高性能的材料將會被陸續(xù)應用于空空導彈的彈體制造，其對焊接的質(zhì)量要求將會更加嚴刻，這就需要我們?nèi)ヅρ芯俊⑻剿鞲鼮橄冗M的焊接方法和工藝技術來滿足未來先進空空導彈彈體的焊接要求。