冷壓焊

冷壓焊是在常溫下或者再結晶溫度以下藉助外加壓力使待焊金屬產生明顯塑性變形而實現固態焊接的一種方法。“冷”指的是在常溫條件下即可完成焊接。

冷壓焊實物圖

這種方法的焊接機理主要以下幾種理論：1.薄膜理論：對於潔淨的材料表面，向待結合表面施加壓力。當待結合新鮮表面原子間距離達到原子間力作用範圍時，兩表面即形成結合。2.擴散理論：冷壓焊過程中強烈的塑性變形產生的晶體缺陷、內應力等降低了擴散啟用能，使得在常溫下也可以產生淺層擴散。3.再結晶理論：當金屬塑性變形量較大時，再結晶溫度會下降。冷壓焊金屬結合介面處因為塑性變形溫度升高，從而誘發再結晶產生，從而形成被兩個金屬共同佔有的晶粒。

薄膜理論機理圖

這種方法在電線電纜行業應用廣泛，相比於原來的電阻焊，無需加熱，容易對中，操作簡單，而且焊接後強度更高，所以是目前是主流的電纜焊接方法。

利用冷壓焊電線圖

真空冷焊是在超高真空下，清潔、無汙染金屬接觸面間原子鍵結合造成的粘接現象稱為冷焊效應。由於是在真空條件下進行的，所以相比於冷壓焊對壓力的要求沒那麼高。它的機理一般認為：在超高真空條件下，當固體表面所吸附的氣體逸出，各種有機汙染膜解析消失，多個固體表面相互接觸時，分子便會相互擴散發生不同程度的粘合現象，如果表面達到原子級的清潔程度，在一定的壓力負荷下就會產生進一步整體粘著，即引起冷焊。

真空冷焊後效果圖

由於需要真空環境，所以在太空中發生此類效應的比較多。有趣的是，在航天器上很多時候冷焊會產生不良效果，因此是要避免的。例如：1989年NASA發射了一顆用於觀測木星及其衛星的伽利略號探測器，其帶有價值370萬美元、5公尺寬的高功率傳輸天線，平時處於收起狀態。在超高真空的太空中飛行了一年多後，91年地面控制中心打算控制伽利略號開啟天線傳輸資料，卻發現天線無法開啟。為什麼呢？排查後發現，原來天線中的3根骨架因為潤滑物質以及氧化物在真空環境中磨損殆盡，使骨架與其他金屬部件發生了冷焊現象。所以目前許多航空器都材料或結構上進行了防冷焊設計。

伽利略號航空器圖

其實焊接技術發展到今天，很多方法都已經替代了傳統的高溫熔化焊接方法。高溫可能只是一個結果，並不是一個必要條件。比如：摩擦焊（用工件端面相互摩擦產生的熱量使之達到塑性狀態，然後在兩端面完成焊接的方法）

摩擦焊加工圖

和爆炸焊（利用炸藥爆炸產生的衝擊力造成工件迅速碰撞而現焊接的方法），

爆炸焊原理圖

超聲波焊（利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。補充：口罩接帶就是用超聲波焊接的），

超聲波焊原理圖

超聲波焊介面罩接帶圖

甚至出現了用攪拌針進行焊接的方法，這些方法都不需要特別的加熱。

分子動理論有很重要的一條：一切物體的分子都在不停地做無規則的運動。其宏觀表現就是擴散，即不同的物質在互相接觸時彼此進入對方的現象。

記得初中物理中為了說明固體之間也發生擴散現象，舉的例子，是將磨得很光滑的金片和鉛片壓在一起，在室溫下過了5年，結果金片和鉛片便結合在一起，切開以後發現，金和鉛相互滲透了1mm。從而說明，固體分子也在不停地運動。

受此啟發，鐵分子（原子）也在不停地運動，如果將兩塊鐵打磨光滑後壓在一起，兩塊鐵之間也會發生擴散現象，假以時日，也應該能結合在一起。當然，需要有耐心噢！

把金屬焊接在一起，一定要採用高溫把被焊部位熔化才能完成焊接。但也有一些溫度相對低一些的焊接方式，比如錫焊、銅焊、銀焊等，但這些焊接方式引入了新的金屬材料並非本體熔合，而且焊口的強度也往往低於被焊金屬。

另外還有一種焊接方式叫做超聲波焊接。這種方法是20世紀30年代偶然發現的。當時在作電流點焊加超聲振動試驗時，發現不在焊口通上電流也能完成焊接，因而催生出了超聲金屬冷焊技術。

但目前這種技術由於受工藝條件限制，主要用於小件物體的焊接。

另外超聲波還可用於不同材質物體的焊接。在這當中我比較熟悉的就是LED晶片引出線的焊接。

由於晶片的電極無法承受高溫，所以LED晶片的引出線都採用超聲波來焊接。首先把金線穿過瓷嘴並用電將端部燒成球狀，然後用瓷嘴把金球壓在電極上施以超聲波將其焊牢。最後再把金線另一頭焊到支架的正極引線上。這就是說每顆LED燈珠內至少要有兩個超聲波焊點。

此外超聲波也可用於塑膠等非金屬材料的焊接。以上是我的回答。