陳國慶，邢紫麒，張 戈，張秉剛，呂世雄

（ 哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)焊接與連接國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150001）

作為一種新型金屬材料，塊體非晶合金又被稱作金屬玻璃。區(qū)別于普通晶體，非晶合金的原子結(jié)構(gòu)具有長(zhǎng)程無序和短程有序的特點(diǎn)，因此非晶合金具備很多優(yōu)越的物理化學(xué)性能：良好的強(qiáng)度硬度與塑性以及相對(duì)優(yōu)異的電磁性能、耐磨耐腐蝕性等。基于這些優(yōu)勢(shì)，非晶合金在航空航天領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)生物范疇甚至在軍工領(lǐng)域都有著較為廣泛的應(yīng)用[1–2]。

鋯基非晶合金是種類繁雜的非晶合金類型，其優(yōu)異性能使得越來越多的研究者投入大量的精力進(jìn)行探索。然而，目前鋯基非晶合金生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展尚未成熟，僅可制備小尺寸非晶材料，導(dǎo)致其無法成為市場(chǎng)應(yīng)用的主要選擇，通過小尺寸非晶合金的焊接制備大尺寸非晶合金結(jié)構(gòu)件逐漸成為研究熱點(diǎn)。由于非晶合金屬于亞穩(wěn)態(tài)材料，導(dǎo)致其在焊接過程中易發(fā)生晶化，且脆硬的晶化區(qū)會(huì)使材料喪失其優(yōu)異的力學(xué)性能。以上問題明顯阻礙了非晶合金在新型特種材料上的研究進(jìn)展，極大程度限制其在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中的價(jià)值。因此，本研究對(duì)近年來鋯基非晶合金焊接以及晶化控制研究取得的成果進(jìn)行了綜述，并針對(duì)非晶合金焊接存在的具體問題提出了相應(yīng)的解決措施，為拓展鋯基非晶合金的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)其有效連接提供借鑒參考。

1 熔化焊

非晶合金熔化焊接是將非晶合金加熱至熔化再快速冷凝實(shí)現(xiàn)有效連接的方法。在冷卻過程中，金屬原子是否能夠按照非晶材料短程有序、長(zhǎng)程無序的方式進(jìn)行排列成為鋯基非晶合金焊接最大的困難?，F(xiàn)有研究結(jié)果表明，熱輸入量過小無法實(shí)現(xiàn)非晶合金的有效連接，而熱輸入量過大又會(huì)導(dǎo)致接頭在高溫區(qū)域停留時(shí)間過長(zhǎng)，引發(fā)焊縫及熱影響區(qū)的晶化。因此，有效控制晶化成為非晶合金熔化焊接的難點(diǎn)與重點(diǎn)。目前國內(nèi)外常用的熔化焊接技術(shù)包括激光焊接、電子束焊接、脈沖電流焊接。這3種焊接方法的對(duì)比情況如表1所示。

表1 鋯基非晶合金不同熔化焊接方法對(duì)比列表Table 1 Comparison of different melting welding methods for Zirconium-based amorphous alloys

1.1 激光焊接

激光焊接作為一種使用激光束作為熱源的熱加工技術(shù)，其能量集中，高溫停留時(shí)間短，冷卻速度快。在激光焊接過程中，焊縫的凝固速率極高，冷卻曲線可以避免與等溫轉(zhuǎn)變曲線（TTT曲線）相交，進(jìn)而避免發(fā)生晶化。隨著激光焊接技術(shù)日趨完善以及設(shè)備成本逐漸降低，其在非晶合金焊接的研究中也越來越多地被提及[3]。

李智等[4]對(duì)厚度為1.5mm的鋯基非晶合金進(jìn)行激光點(diǎn)焊，通過開展正交試驗(yàn)確定最佳焊接工藝參數(shù)，當(dāng)焊接熱輸入量為6.75J/cm時(shí)，鋯基非晶合金熔池內(nèi)部呈現(xiàn)出非晶狀態(tài)，然而熱影響區(qū)發(fā)生晶化，生成了細(xì)小的納米晶，導(dǎo)致每個(gè)單獨(dú)的焊點(diǎn)可承受的最大載荷變大。當(dāng)焊接熱輸入量增加到9.60J/cm時(shí)，熔池并未發(fā)生晶化，但熱影響區(qū)產(chǎn)生位錯(cuò)并降低焊點(diǎn)的力學(xué)性能。

Chen等[5]研究了塊狀非晶合金Zr41Ti14Cu12Ni10Be23的激光焊接和溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬，當(dāng)焊接功率1.3kW、焊接速度7m/min時(shí)，由XRD衍射圖譜呈現(xiàn)出的饅頭峰可以看出，焊接接頭仍然保持非晶態(tài)。但在相同焊接功率的條件下，過低的焊速會(huì)造成熱量積累接頭晶化，過高的焊速導(dǎo)致焊縫未完全焊透。有限元分析結(jié)果表明，該工藝下非晶合金多處節(jié)點(diǎn)的加熱速率和冷卻速率較快，熱循環(huán)曲線形狀相似，均避免了與TTT曲線相交，從而使得非晶合金焊接接頭仍保持非晶結(jié)構(gòu)。

馬焰議等[6]對(duì)1mm厚的塊體鋯基非晶合金Zr67.8-Cu24.7Al3.43Ni4.07進(jìn)行激光焊接，接頭產(chǎn)生最小結(jié)晶度的優(yōu)化工藝為激光功率600W、焊接速度110mm/s。圖1[6]中透射電鏡的明場(chǎng)像顯示焊接熱影響區(qū)出現(xiàn)大面積晶化，在熱循環(huán)熱積累的反復(fù)作用下產(chǎn)生橢球形粗大晶粒，Zr、Cu、Al、Ni的元素分布較均勻，更多的Zr元素在晶間富集而Cu元素主要分布在已經(jīng)發(fā)生晶化的晶粒中。焊縫區(qū)域由于激光作用和高的冷卻速率仍保持一定程度的非晶狀態(tài)，并且伴隨少量納米晶產(chǎn)生顯微硬度相較于母材提高約10HV。

圖1 接頭熔化區(qū)、熱影響區(qū)顯微組織透射電鏡圖像及熱影響區(qū)元素分布[6]Fig.1 Transmission electron microscopy images of molten zone， heat affected zone and element distribution images of heat affected zone[6]

綜上可知，在激光焊接過程中，熱影響區(qū)會(huì)經(jīng)歷一個(gè)溫度起伏的熱循環(huán)過程，是容易形成晶化相的區(qū)域。但當(dāng)冷卻條件足夠快時(shí)，熔融狀態(tài)下金屬原子沒有足夠的時(shí)間完成長(zhǎng)程有序的規(guī)則排列，即達(dá)到抑制結(jié)晶的目的，進(jìn)而得到非晶態(tài)焊縫金屬。此外當(dāng)焊縫中出現(xiàn)納米晶，力學(xué)性能將得到一定程度提升。

1.2 電子束焊接

電子束焊接是利用場(chǎng)發(fā)射或熱發(fā)射陰極產(chǎn)生電子，高壓電場(chǎng)作用下的高速電子撞擊工件表面與工件內(nèi)部粒子互相作用，使被轟擊工件迅速熔化甚至汽化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)焊接的方法[7]。電子束焊接低熱輸入量、高能量密度以及可持續(xù)焊接性使得很多專家學(xué)者傾向?qū)⑵鋺?yīng)用于大尺寸塊體非晶合金上[8]。

Kagao等[9]實(shí)現(xiàn)了3.5mm的真空電子束焊接Zr41Be23Ti14Cu12Ni10塊狀非晶合金并保持良好的非晶特性，當(dāng)加速電壓達(dá)到60kV，焊接速度為33mm/s，電子束流為15mA，甚至更高時(shí)可實(shí)現(xiàn)焊縫焊透，抗拉強(qiáng)度為1840MPa，與母材基本保持相同；但束流大小為20mA時(shí)焊縫被焊穿，結(jié)構(gòu)完整性受損。

王廷等[10]向電弧熔煉的Cu46Zr46Al8施加加速電壓70kV、束流5mA的電子束，并以1000mm/min的焊接速度完成焊接。其中焊縫區(qū)（Welding zone， WZ）微觀組織大部分仍為非晶態(tài)，非晶合金的過冷液相區(qū)（Supercooled liquid zone， SLZ）加熱時(shí)是亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，當(dāng)冷卻速度較慢時(shí)，形成過冷液相并發(fā)生明顯的結(jié)晶轉(zhuǎn)變，生成多種Cu–Zr化合物[11]。如圖2所示[10]，分析XRD衍射圖樣的衍射峰對(duì)應(yīng)的析出相主要為ZrCu相，以及部分CuZr2共析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物和Cu10Zr7金屬間化合物，同時(shí)存在少量AlCuZr2化合物。拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材的65%，斷口特征表現(xiàn)為明顯的沿晶斷裂。

圖2 焊接接頭XRD衍射圖樣[10]Fig.2 XRD pattern of welded joint[10]

本研究團(tuán)隊(duì)對(duì) Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金厚度為2.4mm的電子束焊接過程進(jìn)行研究，并對(duì)焊接接頭形貌、顯微組織以及力學(xué)性能進(jìn)行分析。結(jié)果顯示加速電壓55kV、束流電流6mA、焊接速度7.5mm/s時(shí)，焊接接頭連接良好，無明顯焊接缺陷，焊縫區(qū)XRD結(jié)果顯示無晶化現(xiàn)象。但在熱影響區(qū)會(huì)有一定量的析出相產(chǎn)生，如圖3所示，脆硬析出相的產(chǎn)生極大削弱了焊接接頭的力學(xué)性能。有限元方法模擬結(jié)果顯示，非晶合金焊接熱影響區(qū)高溫停留時(shí)間長(zhǎng)，冷卻緩慢相較于熔化區(qū)更容易發(fā)生晶化。

圖3 熱影響區(qū)晶化相顯微組織Fig.3 Microstructure of crystallized phase in HAZ

綜上可知，電子束焊接方法是目前連接塊體非晶合金較為理想的焊接方法。相同焊接功率下焊接速度越快越容易保持焊縫非晶態(tài)，這是由于集中的熱輸入、快的冷卻速度和較短的高溫停留時(shí)間使得焊縫金屬可以避免晶化行為。而熱影響區(qū)更加容易晶化，這是由于熱影響區(qū)溫度下降明顯比焊縫緩慢，熱量堆積最終致使結(jié)晶相產(chǎn)生。因此在焊接過程中更應(yīng)該注意提高熱影響區(qū)的冷卻速度。

1.3 脈沖電流焊

脈沖焊接是將待焊接的材料夾在兩個(gè)加熱元件之間，引入強(qiáng)電流后，加熱元件在極短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)熱能的脈沖，然后冷卻過程中焊接表面在加熱和壓力作用下熔合。非晶合金脈沖電流焊可瞬時(shí)熔化母材，焊后接頭均勻平整，不易虛焊，具有較高的焊接效率。

日本熊本大學(xué)Kawamura等[12]首次通過脈沖焊接成功地連接了非晶合金Zr55Al10Ni5Cu30，選擇電容為4×104μF的低壓電容器作為電源，待焊工件尺寸大小為7mm×50mm×2.5mm，加壓壓力100MPa。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)電弧電壓為100V時(shí)，試件無法成功連接；當(dāng)電弧電壓升至220V時(shí)，可以觀察到X射線光譜圖中的衍射峰出現(xiàn)了晶化相，拉伸試驗(yàn)結(jié)果顯示，晶化接頭強(qiáng)度下降至母材強(qiáng)度的20%；當(dāng)電弧電壓為150V時(shí)，焊接接頭如圖4所示[12]，焊接得到平整的接頭且無明顯晶化相產(chǎn)生。

圖4 150V電弧電壓脈沖電流焊接的Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金界面光學(xué)顯微照片[12]Fig.4 Optical micrographs of interface in Zr55Al10Ni5Cu30 bulk metallic glasses welded at charged voltage of 150V[12]

Zhou等[13]在室溫下采用高電流密度電子脈沖法連接塊體Zr55Al10Ni5Cu30塊體非晶合金，加壓壓力為200MPa，脈沖周期約為130μs，脈沖時(shí)間約為800μs，最大脈沖電流密度為2.5kA/mm2。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基體未結(jié)晶，焊接區(qū)僅出現(xiàn)少量的納米晶，對(duì)接頭性能影響較小。

盡管脈沖電流焊接方法可實(shí)現(xiàn)鋯基非晶合金的焊接且接頭平整，但相比于高能束焊接方法，待焊材料受整體加熱冷卻的影響冷卻速度緩慢，最終導(dǎo)致在焊縫甚至母材區(qū)發(fā)生晶化。因此利用脈沖電流焊的方法焊接鋯基非晶合金時(shí)需嚴(yán)格控制焊接工藝，在保證有效連接的前提下降低熱輸入量避免塊體合金大面積晶化。

2 固相焊

固相連接是通過機(jī)械壓力作用使得界面塑性變形并且破碎氧化膜，在潔凈的表面，原子吸附擴(kuò)散形成冶金結(jié)合。焊接界面的同步變形和接觸面氧化膜的去除是可靠連接的關(guān)鍵問題，充分利用其過冷液相下的超塑性和熱穩(wěn)定性可實(shí)現(xiàn)有效結(jié)合。目前國內(nèi)外常用的固相焊技術(shù)包括摩擦焊、擴(kuò)散焊、超聲波焊接、爆炸焊。這4種焊接方法的對(duì)比情況如表2所示[14]。

表2 鋯基非晶合金不同固相焊方法對(duì)比[14]Table 2 Comparison of different solid-phase welding methods for zirconium-based amorphous alloys[14]

2.1 摩擦焊

摩擦焊通過摩擦使焊縫金屬溫度升高直至軟化但不達(dá)到金屬熔點(diǎn)，在焊件兩端施加一定壓力，幫助焊縫兩側(cè)的金屬原子充分?jǐn)U散，實(shí)現(xiàn)可靠連接。借助摩擦焊技術(shù)，可以在低于合金熔點(diǎn)的溫度實(shí)現(xiàn)非晶合金材料的連接，從而避免類似熔焊高溫停留時(shí)間長(zhǎng)、冷卻速度慢造成的非晶合金的結(jié)晶現(xiàn)象[15]。

張帥謀等[16]對(duì)焊接工藝優(yōu)化后得出結(jié)論：在摩擦焊轉(zhuǎn)速2200r/min、摩擦壓力70MPa、摩擦?xí)r間0.3s的工藝參數(shù)下，直徑3mm的Zr41Be22.5Ti14Cu12.5Ni10棒材可以成功焊接。在不適宜的焊接參數(shù)下，摩擦面溫度未超過玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg，材料心部未能發(fā)生塑性變形。通過仿真模擬結(jié)果優(yōu)化參數(shù)后，接觸面溫度高于玻璃轉(zhuǎn)變溫度，并在施加的頂鍛壓力下實(shí)現(xiàn)原子層面的連接。

Kobata等[17]將攪拌摩擦加工技術(shù)應(yīng)用于塊體非晶合金Zr55Al10Ni5Cu30的組織和力學(xué)性能研究之中，利用攪拌摩擦焊的基本原理將“納米剪切帶”和“納米顆?！币敕蔷Ш辖鹬?。納米剪切帶是通過非晶合金在攪拌摩擦加工過程中過冷液相區(qū)域的塑性變形引入的，可以更方便地研究非晶合金與剪切帶之間的力學(xué)性能關(guān)系。

Ji等[18]使用3°凹軸肩攪拌頭焊接2mm厚的塊體非晶合金Zr55Al10Ni5Cu30，其探針軸肩25mm，直徑5mm。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)3°凹軸肩攪拌頭有助于阻止焊接過程中毛刺的產(chǎn)生，并且避免了軸肩部位的熱量集中與堆積。觀察轉(zhuǎn)速為130r/min的焊接接頭，透射電鏡掃描衍射圖（TEM）呈現(xiàn)典型的非晶衍射環(huán)，且攪拌區(qū)與母材的硬度沒有明顯的區(qū)別，表明母材區(qū)材料仍為非晶結(jié)構(gòu)。當(dāng)攪拌頭轉(zhuǎn)速提升超過150r/min，攪拌區(qū)溫度升高并超過晶化溫度，焊縫晶化。

塊體非晶合金的過冷液相憑借其獨(dú)特的短程有序、長(zhǎng)程無序原子態(tài)，具有很強(qiáng)的抗結(jié)晶能力，過冷液相區(qū)具有牛頓黏性流體的特征，在焊接過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的超塑性。非晶合金的摩擦焊和攪拌摩擦焊就是通過在過冷液相區(qū)所具有的超塑性來抑制結(jié)晶并獲得與母材力學(xué)性能相近甚至小幅提升的接頭。在摩擦焊過程中旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速需要合理選擇，轉(zhuǎn)速過慢無法實(shí)現(xiàn)合金的塑性變形；轉(zhuǎn)速過快易使溫度快速上升，當(dāng)超過晶化溫度時(shí)產(chǎn)生結(jié)晶，降低接頭性能。

2.2 擴(kuò)散焊

擴(kuò)散焊是在一定的溫度和壓力下，通過使連接表面發(fā)生局部微觀塑性變形或使連接表面產(chǎn)生微觀液相，經(jīng)過一定時(shí)間原子相互擴(kuò)散后達(dá)到整體可靠連接的過程[19]。作為一種精密的連接技術(shù)，其加熱溫度通常遠(yuǎn)低于母材熔點(diǎn)，這使得在焊接非晶合金的過程中可以避免超過晶化溫度，減小對(duì)母材性能的不利影響[20]；通過引入中間層，可以實(shí)現(xiàn)快速連接，并便于控制接頭脆性相的形成。

擴(kuò)散焊首次應(yīng)用于非晶合金是2004年，Somekawa等[21]研究了Zr65Cu15Ni10Al10非晶合金的擴(kuò)散焊，樣品的尺寸為5mm×5mm×1.47mm，在400℃溫度下，分別保壓150MPa和200MPa，擴(kuò)散的時(shí)間從0.6ks提升至0.9ks再到1.8ks，檢測(cè)焊后非晶合金樣品內(nèi)部均未發(fā)現(xiàn)晶化的現(xiàn)象，在200MPa、400℃、0.6ks的工藝下，焊后的樣品具有155MPa的最大剪切強(qiáng)度，表明鋯基非晶合金可通過擴(kuò)散焊實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定連接。

Wen等[22]介紹了非晶合金的擴(kuò)散焊模型理論，非晶合金的擴(kuò)散焊接分為兩個(gè)階段，分別是塑性變形和孔的消失，同時(shí)對(duì)最佳擴(kuò)散時(shí)間進(jìn)行建模分析，與試驗(yàn)比較后發(fā)現(xiàn)結(jié)果一致，表明擴(kuò)散焊模型理論可對(duì)非晶合金擴(kuò)散過程進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

Lin等[23]以晶體合金為研究對(duì)象，采用擴(kuò)散焊技術(shù)制備出非晶合金復(fù)合材料，研究了非晶合金力學(xué)性能受到該工藝的影響，成功實(shí)現(xiàn)非晶合金與非晶合金之間的擴(kuò)散焊連接，并進(jìn)一步對(duì)非晶合金和2A12鋁合金的擴(kuò)散焊連接方法進(jìn)行研究，分析接頭焊接質(zhì)量以及擴(kuò)散焊工藝對(duì)焊接性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在穩(wěn)定的時(shí)間、溫度和壓力范圍內(nèi)，溫度的提高，保溫時(shí)間的延長(zhǎng)或者壓力的增大都對(duì)非晶合金與鋁合金的連接有利。最終得到了Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金擴(kuò)散焊的合理工藝條件：溫度在425～450℃，時(shí)間控制在90min以內(nèi)，壓力80MPa附近。同時(shí)還提出了“兩步擴(kuò)散”方法，將中間層設(shè)定為鋁合金，首先發(fā)生鋁與非晶合金連接，再進(jìn)一步與銅連接，BMG/Al界面和Al/Cu界面的EDS結(jié)果如圖5所示[23]。隨后對(duì)復(fù)合材料焊接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行分析，結(jié)果表明非晶合金在擴(kuò)散焊后硬度有一定程度增強(qiáng)。

圖5 多層擴(kuò)散鍵合界面的EDS結(jié)果[23]Fig.5 EDS results of multilayer diffusion bonding interfaces[23]

由此可見，擴(kuò)散焊的連接時(shí)間、連接溫度和連接壓力是決定焊接接頭性能的關(guān)鍵要素。而直接受三者影響的變形率可以更直觀地反映焊接接頭的成形效果，大的變形率被認(rèn)為會(huì)更大程度地破壞合金表面的鈍化膜，使得大面積潔凈的活性表面相互接觸，在保壓保溫的焊接環(huán)境下原子相互擴(kuò)散進(jìn)而實(shí)現(xiàn)焊接。然而鋯基非晶合金金屬原子擴(kuò)散能力弱，同時(shí)非晶合金缺少位錯(cuò)晶界等原子擴(kuò)散通道，仍然是導(dǎo)致鋯基非晶合金擴(kuò)散焊難度大的兩個(gè)主要問題。

2.3 其他固相焊接方法

超聲波焊接是利用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的波傳遞到工件表面使其發(fā)生高頻振動(dòng)，并在加壓條件下兩個(gè)物體表面相互摩擦形成原子層面的結(jié)合。Maeda等[24]對(duì)非晶合金Zr55Al10Ni5Cu30超聲波焊接的可行性進(jìn)行了研究。在不使用外部熱源和預(yù)加熱的情況下，可以實(shí)現(xiàn)非晶合金的部分連接，但是連接部位不連續(xù)，連接強(qiáng)度差。超聲波輸入功率為7.25W，振動(dòng)頻率為75.0kHz，焊接時(shí)間為600ms，焊接壓力為41.02N，通過觀察超聲波焊接接頭的顯微結(jié)構(gòu)，可看出有效連接區(qū)域小。當(dāng)利用外部熱源將非晶合金樣品加熱至420K附近且熱源溫度不超過Zr55Cu30Ni5Al10的晶化溫度時(shí)，結(jié)合區(qū)域?qū)⒆兇?。同時(shí)接頭的微區(qū)XRD衍射譜不會(huì)出現(xiàn)漫射波峰，即表明超聲波焊接不會(huì)造成結(jié)構(gòu)晶化。

爆炸焊接是通過爆炸產(chǎn)生的沖擊引起焊件的劇烈碰撞、塑性變形和相互擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)焊件連接的方法，其特點(diǎn)是能夠瞬間牢固地焊接同種甚至異種材料[25]。Chiba等[26]研究了Zr41.2Ti13.8Cu10Ni12.5Be22.5非晶合金與晶體純Ti的爆炸焊接，通過SEM、X射線衍射等檢測(cè)手段確定在界面處仍保持非晶狀態(tài)，通過透射電鏡觀察，包覆層與鍵合界面處的非晶相和α–Ti相直接發(fā)生冶金結(jié)合，但是在包覆層中仍可以觀察到約50nm的熔融區(qū)，這項(xiàng)研究可應(yīng)用于其他金屬材料與非晶合金的焊接。Kawamura等[27]采用爆炸焊將Zr55Cu30Ni5Al10塊體非晶合金與結(jié)晶態(tài)Ti合金進(jìn)行焊接，可實(shí)現(xiàn)界面處原子間結(jié)合，并且仍可保持焊件原來的構(gòu)造不發(fā)生改變，形成的接頭如圖6所示[27]。

圖6 焊縫顯微組織[27]Fig.6 Microstructure of fusion zone[27]

綜上可知，超聲波焊接與爆炸焊在焊接過程中均引入外界能量破除氧化膜，并使界面發(fā)生塑性變形，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效焊接。但超聲波焊接效率較低，且接頭強(qiáng)度不高；爆炸焊操作簡(jiǎn)單，但存在安全隱患，并且爆炸焊中非晶合金發(fā)生快速冷變形，塑性流動(dòng)不均勻容易伴隨微裂紋的產(chǎn)生。

3 結(jié)論

高端設(shè)備的制造與精密儀器的發(fā)展對(duì)鋯基非晶合金的研究提出了更高的要求，焊接技術(shù)是實(shí)現(xiàn)非晶合金大尺寸結(jié)構(gòu)件制備的重要手段，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋯基非晶合金焊接進(jìn)行了大量且系統(tǒng)的研究。但是，目前非晶合金焊接還存在難以控制熔化焊熱影響區(qū)的晶化行為以及固相焊接耗時(shí)長(zhǎng)等問題。因此，為克服這些難題，未來可從以下方向進(jìn)行突破。

（1）提高焊接接頭冷卻速度，熔化焊添加隨焊冷卻裝置。造成熔化焊發(fā)生晶化的主要原因是焊接冷卻速度慢，原子有序排列導(dǎo)致結(jié)晶。因此熔化焊接時(shí)，可引入隨焊冷卻裝置，縮短高溫停留時(shí)間，提高接頭冷卻速度。

（2）適度提高固相焊接工作溫度并引入中間層。非晶合金原子尺寸大且缺少擴(kuò)散通道是阻礙非晶合金固相焊接的主要原因。合理提高工作溫度可以加快原子擴(kuò)散速率，同時(shí)控制溫度，避免超過晶化溫度造成材料晶化。同理，加入合適中間層也可提高擴(kuò)散速度，使得焊縫界面處原子充分?jǐn)U散，實(shí)現(xiàn)連接。

（3）引入有限元模擬的方法。有限元模擬可以在一定程度上準(zhǔn)確預(yù)判非晶合金焊接的溫度場(chǎng)分布以及不同區(qū)域的熱循環(huán)曲線。利用有限元模擬結(jié)果可為實(shí)際焊接工藝的制定提供理論指導(dǎo)。

目前，塊體非晶合金的焊接仍處于研究階段，相較于脈沖電流焊易造成工件整體晶化，高能束焊接可使焊縫金屬與母材完全保持非晶態(tài)，但需要克服熱影響區(qū)晶化，以促進(jìn)工業(yè)化生產(chǎn)；在固相焊中，攪拌摩擦焊憑借焊接接頭的優(yōu)異性能以及設(shè)備高程度自動(dòng)化，在未來實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中也將處于領(lǐng)先地位。