焊接是工業生產與製造過程中最常見的工藝,比如用電烙鐵的釺焊,波峰焊,或者電焊、氣焊,點焊甚至高大上的殷瓦鋼焊接等等,原理都是利用熱量讓金屬熔化焊接在一起,有時候為了浸潤金屬表面,還會使用助焊劑,比如最常見的就是焊錫絲中自帶的松香!
但還有一種非常罕見的冷焊,它不需要熱量,靠在一起就能焊接起來,不過它帶來的並非便利,而是無比頭痛的故障!
伽利略探測器,被冷焊折騰到沒脾氣
1978年9月5日發射的旅行者一號探測器拍攝到了木衛一的火山,木衛二的冰球,但因為這是一顆前往外太陽系的探測器,匆匆路過,但木星系統中的驚人發現讓NASA實在心動,因此一直在籌備一顆專門探測木星系統的探測器,1989年10月18日,專門探測木星的伽利略探測器被亞特蘭蒂斯號太空梭帶上了太空,在近地軌道上釋放後啟動發動機開始了木星探測之旅。
伽利略探測器,太空梭上發射
原本伽利略探測器的發射計劃是在1986年5月,但被挑戰者太空梭爆炸事故給耽誤了,因此各種伽利略探測器完成後被“庫存”了三年,而且還不能攜帶火箭,因此伽利略探測器原定的在地球軌道上用人馬座火箭直接加速進入地木轉移軌道的希望落空了,經過金星、兩次經過地球的引力彈弓加速才飛向木星,2年的旅程增加到了6年。
但在地球軌道脫離前NASA就發現伽利略探測器的高增益天線打不開了,伽利略還有一具天線,但傳輸速度大不如前,本來幾分鐘就能發回一張照片,結果變成了幾天才能傳送一張,到了7.7億多千米外的木星就更慢了,而更要命的是儲存照片的磁帶記錄儀還壞了!
這尷尬到了極點,本來拍下來的照片可以慢慢發,結果不行了,幸虧NASA的工程師開發出了頂尖的圖片壓縮技術,使得照片傳輸終於比以前快了一些,讓這趟伽利略的木星之旅終於沒有白費。
冷焊是怎麼發生的?它需要什麼條件?
據NASA的工程師分析,伽利略探測器的的天線無法開啟是因為冷焊了,在地球含氧的大氣中,這種情況發生比較困難,因為金屬表面接觸氧氣後會形成一層氧化層,兩塊金屬接觸時候首先接觸的氧化面,而氧化面阻止了金屬原子的擴散。
而在隔絕氧氣的衛星存放或者太空中,金屬表面的氧化就停止了,如果表面粗糙度很低,或者貼合的面積比較大,比較緊密時就會發生一個神奇的情況,貼合面的金屬原子擴散,讓兩塊原來沒有任何關係的金屬“生長”在了一起,這種情況就是神奇的冷焊。
B圖為小方框中的放大圖,清晰的表明了原子的擴散通道,
當然現代有一些正規工藝的冷焊,比如堆焊冷焊或者壓接冷焊,前者其實和冷焊差異有點大了,同樣利用的是電焊的高溫,只是沒有電焊那樣火花四濺而已,而後者壓接冷焊則用在電線上比較多,利用鉗子產生的壓力讓金屬原子不分你我“生長”在一起。還有一種就是超聲波塑膠件的壓接,那個可能更神奇,“呲”一聲兩塊塑膠蓋子就完美結合在一起了!
超聲波焊接
一般為防止在真空或者惰性氣體環境下發生冷焊,會在表面塗抹潤滑脂等隔離金屬直接接觸,而伽利略探測器發生的問題可能是庫存過久,潤滑脂蒸發,或者根本沒有塗抹的原因,真可謂是“神油”啊,差點讓NASA工程師頭髮都愁白了。
不過也有專家稱只是卡住了!為了防止失控後的伽利略探測器汙染木衛二,NASA已經控制它在2003年9月21日以每秒50公里的速度墜入木星大氣層,結束了它為期14年的任務。
所以伽利略探測器到底是不是冷焊,永遠都無法查證了!