燃烧合成焊接技术浅探

燃烧合成焊接技术浅探韩文君朱晓刚(装甲兵技术学院，辽宁葫芦岛130117)应屉挝筮嘣i要]燃烧合成焊接是利用燃烧合成反应的放热及其产物来焊接受焊母材的技术。

作为一门交叉学科，因其独特的优越№而吸引着各国学者进行研究。

巨键词]燃烧合成；燃：晓合成焊接；燃烧型焊条燃烧合成(com bus t i onsynt hes i s，缩写为C S)也称自蔓延高温合成技术，它是利用化学反应自身放热制备(合成)材料的技术。

自1967年，前苏联科学院化学物理研究所宏观动力学研究室的B orovi n—sk aya、S k i r o和M e rz ha nov等人发现“固体火焰”，并从燃烧学的角度进行了深入的研究，提出了“自蔓延高温合成”概念，简称为S H S。

由于燃烧合成技术颇受物理学、化学、数学、化学工程、j台金学和材料科学与工程领域的工作者的重视，无论是在理论方面还是在应用方面，都得到广泛的研究和迅速发展。

M e rz hanov根据工艺、目的不同将燃烧合成技术的研究分为6个方向：C S直接制备粉料、C S烧结、C S致密化、C S冶金、C S焊接和C S涂层。

1燃烧合成焊接的概念及分类11燃烧合成焊接的概念燃烧合成焊接是利用燃烧合成反应的放热及其产物来焊接受焊母材的技术。

即以反应放出的热为高温热源，以燃烧合成产物为焊料，在焊接件间形成牢固连接的过程，是燃烧合成技术的重要分支之一。

12燃烧合成焊接的分类根据不同的分类标准，燃烧合成焊接有不同的分类方法。

根据焊接母材来源不同，燃烧合成焊接可分为一次焊接和二次焊接。

一次焊接是指焊接的母材或部件是在焊接过程中原位合成的焊接工艺，即在焊接过程中通过燃烧合成反应得到的生成物既是焊料也是基体的焊接工艺，而二次焊接则是指焊接现在的母材或部件的工艺，也即被焊接母材在焊接前已经制备好，通过焊料的燃烧合成反应来将其焊接在一下的工艺。

根据焊接过程有无液相出现，可分为燃烧合成焊接和燃烧合成连接。

根据燃烧方式的不同，可分为自蔓延方式和热爆方式。

在原料坯体的一端点火，让燃烧波从坯体的一端蔓延到另一端，称为自蔓延方式：整个原料坯体同时达到点燃温度，各处同时发生燃烧反应，反应激烈，称为热爆方式。

2燃烧合成焊接的工艺特点燃烧合成焊接技术与传统焊接技术相比，具有以下特点1)焊接时可利用反应原料(配置的梯度焊料)合成梯度材料(F G M)来焊接异型材料，以克服母材间的化学、力学和物理性能的不匹配。

2)焊料中可以加入增强相，如增强粒子、短纤维、晶须等，以构成复合焊料，从而增加可焊材料的种类和焊接接头的强度。

3)在反应中产生用于焊接的能量，节约能源。

4)可方便地进行一次焊接和二次焊接。

5)对于某些受焊母材的焊接，可采用与制备母材工艺相似的焊接工艺，从而可使母材与焊料有很好的物理、化学相容性。

6)燃烧合成焊接过程中的局部快速放热，可减小母材的热影响区，避免热敏感材料微观组织的破坏，有利于保护母材的性能。

3燃烧合成焊接的现状31燃烧理论燃烧合成焊接的理论与燃烧合成理论发展是同步进行的，并在燃烧合成理论的基础上针对燃烧合成焊接有了更进一步的认识，反之，燃烧合成焊接理论的发展又丰富了燃烧合成理论。

经过不断的探索和试验，学者们在燃烧理论上找到了影响燃烧合成焊接的因素，包括反应物的原始状态(原料的组成、颗粒度及其分布、原坯的相对密度等)、燃烧状态(点燃式、燃烧模式等)和焊接工艺参(焊接层的厚度、加压的时间和大小、点燃温度和燃烧温度等)，对最终的焊接接头组织和性能都有重要的影响。

美国的TT Or l i ng等人研究了I nc one l600金属的CS连接过程及工艺参数对连接结果的影响，重点考察了反应产物、反应的程度、连接完整性和填充金属密度随工艺参数变化规律，结果表明，对于反应点火温度之上的所有温度，在液相形成的地方连接整体性较好，反应程度和产物密度随着连接温度的增加而增加，而延长保温时间和增大连接压力对其影响较小，加热速率对连接结果有明显的影响。

32自蔓延压力焊接燃烧合成焊接技术为了提高焊接接头的强度，增加焊缝区的致密性，一般采用压力焊的方法对进行自蔓延高温反应的区域施加一定的压力或者对反应物料加压制成反应原坯。

321焊接陶瓷方向常规焊接方法很难实现对陶瓷的焊接，而且长时间的加热，将导致陶瓷性能下降，甚至分解，特别是对于增韧陶瓷，加热会极大地损害陶瓷的强度。

CS焊接陶瓷是利用活性元素在陶瓷的界面处与陶瓷发生界面反应来改善陶瓷的表面状态，以提高焊料反应产物与陶瓷的浸润性，实现对陶瓷的焊接。

R abi n详细地研究了Si C陶瓷及其纤维增强陶瓷的C S焊接，采用T；一C—N j粉末作为焊料实现了Si C陶瓷的焊接用原位反应连接Si C化合物，焊料中加入N i的目的是为了降低反应的激发温度和燃烧温度，并提高焊料反应产物的致密度，该体系在C S焊接过程中，不仅反应生成Ti C—N i，而且由于T1，N i中活性比较强的元素，因此在界面处可以与陶瓷反应生成一些复杂的化合物，另外，R a bi n还采用熔融渗入含碳物质中发生Si+C—S I C反应来焊接Si C陶瓷，并通过焊缝区显微组织的分析，比较了两种方法的优劣，认为后者有可能获得力学性能优良的接头。

北京航空航天大学的李树杰等人采用多种焊料配方，采用加压自蔓延高温合成焊接工艺，实现了S i C陶瓷／S i C陶瓷，以及Si C陶瓷／N i基高温合金的连接，并对SH S焊接界面微观结构进行了研究。

322焊接金属方向国外俄罗斯在CS连接方面开展工作较早，他们首先对金属材料的C S连接过程进行了研究，Shche r ba kov利用C S焊接实现了W C一8C o硬质合金和45钢的焊接实验中选用了Zr—N I、N卜A1、Zr_N卜_C等多种C S反应体系，这些反应填充物均可以实硬质合金与钢的C S焊接；N i t t a等人研究了铸铁与铜的C S焊接，实验中采用了预压实的N i—A1元素粉末混合物为焊料，对球墨铸铁和铜进行了C S试验，并通过变换不同粒度的A1粉研究了填充物粒度对反应的影响。

韦维等人以20钢／N i A I或N i T i粉末／1C r l8N i gTi为C S焊接模型，对反应的点燃温度、最高燃烧温度及接头致密度等进行了测定，指出C S焊接的焊缝与金属问化合物的冶金过渡层。

胡道雄等人采用C S焊接实现了N i3A1与3N i—A1粉系原位合成产物之间的焊接，指出接头形成机理为界面反应。

323焊接金属——陶瓷方向燃烧合成焊接金属——陶瓷是以C S反应放出的热为高温热源，以CS产物为焊料，在陶瓷和金属间形成牢固连接的过程。

即在金属一陶瓷界面间预置高能焊料，点燃焊料产生短时间高温燃烧，使焊料和陶瓷一金属界面迅速融合，并快冷形成接头。

在此而，杨伟群、李树杰等认为实现陶瓷——金属C S焊接首先要解决预置焊料的热力学计算问题。

利用电弧或辐射加热焊料可以达到这一点火温度(下转第182页)，180控制要求见(图一)。

圈水泉逐台肼动的水f 口控制方式槲位I 逆必一J—一—一痔幕求位／≈‘一一}矧．水采／J}J 备的水{、，拎圳力式液位控制的方式有浮球式和液位传感器式，其安装的位置远离进水口。

潜水泵的安装可参照国家标；隹图集01S305。

在设计中还应注意以下几个问题：a)出水管上的止回阀应采用球形污水专用止回阀：b)当水中的沉淀物较多或停留时间较多时，应采用带自动搅拌装置的潜水泵：C)当集水坑的水位升至报警水位时，应有声光报警信号，而且声光信号必须送至有人值班的地方，以便及时检查：应用科技d)排水泵应能自动启停和现场手动启停装置；e )排水泵、阀门应选择耐腐蚀、大流通量而不易堵塞的产品，管道也应选择耐腐蚀的管材。

5污水集水坑的设计健筑给水排水设计规范》G B50015-2003中第478条规定“集水池有效容积不宜／J 、于最大一台污水泵5m i n 的出水量且污水泵每小时启动的次数不超过6次”，此外集水坑“还应满足水泵设置、水位控制、格栅等安装、检查要求。

”但是实际工程中由于地质、结构、建筑条件的限制，集水坑的容积往往难以满足排水量较大的地下室的排水要求。

6造成建筑地下室排水故障的主要因素在实际过程中，供电不正常和排水设备损坏没有及时检修可能造成排水事故：在施工验收前排水设备已安装，但还没有使用，水位报警装置也没完善，也很容易造成事故。

另一种情况是发生火灾时由于消防水量较大，地下室排水能力不足，不能及时将消防水排走，造成地下室积水甚至被淹。

7总结建筑地下室的排水设计是整个建筑排水设计的重要组成部分。

地下室排水设计的是否合理得当直接影响整个工程的设计质量和今后投入使用的质量。

因而笔者认为，在地下室排水设计过程当中，应充分考虑上述各种因素，尽量避免出现由于设计不当而引起排水故障。

(上接第18{1负)焊料局部加热后，产生放热反应，此反应放热高且集中，继续引燃其余焊料，在极短的时间内发生绝热燃烧并达到最高燃烧温度。

这时燃烧波迅速蔓延，焊料由固一固态变成固一液态，完成其内部热量和质量的传递，最后经冷却形成稳定的固态接头。

日本学者M i ya rnot o 首次利用C S 焊接金属M o 与T i B 2和T i C 陶瓷，反应后形成了M o —Ti B 2一M O 或M o —Ti C —M o 的夹心结构，界面结合完整，并且都有反应过渡区。

大连理工大学的刘伟平等以N 卜_A 1一T i 混合粉为原料，采用加压C S 技术实现了A 1，0。

陶瓷的焊接，并对界面连接机理进行了研究，指出界面连接为反应扩散结合。

孙德超等配制了T i —C —N i 的梯度过渡层，采用自蔓延合成技术成功实现了S i C 陶瓷一N l 基高温合金焊接，研究发现过渡层可有效缓和界面热应力，可获得综合性能良好的异种材料焊接接头。

何代华用C S 焊接工艺制备了(T 旧。

+Fe)／Fe 结构材料，分析发现界面结合良好，接头断裂时断裂位置发生在T i B ，+Fe 金属陶瓷层，而不是沿T 旧，十F e 金属陶瓷层与F e 基片的界面断裂。

3．3手工自蔓延焊接在CS 焊接发展的基础上，手工自蔓延焊接是近年提出并被研究的一种新的焊接方法，是一种将燃烧合成技术与手工焊接技术相结合、借鉴熔化焊和钎焊焊接机理的焊接方法。

该焊接方法以燃烧合成反应放出的热量为高温热源，使焊接母材局部加热或熔化，以燃烧合成反应的产物为填料，采用手工电弧焊的操作方法，实现母材的牢固连接。

它不同于传统自蔓延焊接(C S 焊接)和热剂铸焊，而是将可进行燃烧合成反应的高热剂和必要的造渣剂、合金剂等混合均匀作为焊药，成型于直径击10～20m m 、长度200～300m m 的金属或±-E1#0筒外壳中，一端封闭，一端安装引火帽，称这种焊条为燃烧型焊条(com bust i onw e l d —i ng r od)，燃烧型焊条小巧轻便，便于携带，且操作简单，焊接效率高。