冷焊，或接触焊，是一种固态焊接工艺，它需要很少或不需要热或熔合将两种或两种以上的金属连接在一起。相反，用于制造焊缝的能量以压力的形式出现。在冷焊过程中，与熔焊过程不同的是，在电弧焊接、摩擦焊接或激光焊接等其它技术中，接头中不存在液体或熔化相。

这种不加热连接金属的方法在20世纪40年代就被发现了，尽管冷焊接的历史可以追溯到更早的时候。该工艺广泛用于连接电线以及将两种金属连接在一起，在工业上有广泛的应用。

目录

• 它是如何工作的?
• 历史
• 优点
• 缺点
• 应用
• 常见问题
• 结论

它是如何工作的?

在冷焊接将两种或两种以上的金属连接在一起之前，需要去除材料表面的氧化层。大多数金属(在正常情况下)表面都有一层氧化层，这层氧化层会形成一个屏障，阻止金属原子结合。一旦氧化层被移除，金属就可以在高压下被压在一起，以形成冶金结合。氧化层可以用钢丝刷、脱脂或其他化学或机械技术去除。

一旦清洗干净，金属就可以被压在一起，但材料必须具有延展性，而且不应经过严重硬化处理。因此，较软的金属常被首选用于冷焊接。

冷焊工艺在早期的卫星和其他航天器上引起了机械问题，因为冷焊工艺不排除要连接的表面之间的相对运动。这意味着粘接、微动磨损和粘接会重叠，例如，冷焊和微动可以同时发生。然而，从积极的方面来说，能够在没有液体或熔融相的情况下将金属熔合在一起，使宇航员能够在飞船外快速有效地工作，进行任何必要的维修工作。

冷焊也可以在纳米尺度上进行，实验表明，单晶超薄金纳米线(直径在10纳米以下)可以在几秒钟内通过机械接触连接起来。结果显示，与其他纳米线的晶体取向、导电性和强度相同，近乎完美。这种高质量的焊接是由于纳米尺度的样品尺寸，机械辅助表面扩散和定向附着机制。纳米尺度的冷焊已经被证明可以将金与银、银与银连接起来。

理查德·费曼(Richard Feynman)在他的《费曼讲座》(Feynman Lectures)中解释了冷焊是如何工作的，他说:“这种意外行为的原因是，当接触的原子都是同类原子时，原子不可能‘知道’它们是在不同的铜块中。”当有其他原子时，在氧化物、油脂和更复杂的薄表层污染物之间，原子‘知道’它们何时不在同一部分。”

历史

冷焊在20世纪40年代首次被认为是一种现象，但冷焊技术背后的历史可以追溯到更早的时候。

考古学家已经发现青铜时代的工具使用冷压焊了,但是第一个科学实验方法直到1724年才进行当牧师约翰西奥菲勒斯Desaguliers使用两个导致球测试的概念和扭曲着,这时他注意到他们粘在一起。进一步的测试表明，形成的结合具有与母材相同的强度。

优点

冷焊与其它焊接工艺相比有许多优点，包括:

1. 无热影响区

冷焊接不会产生热影响区(HAZ)，这大大降低了被连接的基材发生消极化学或机械变化的风险。

2. 强,清洁焊缝

冷焊可以提供干净的焊缝，至少与母材中最弱的部分一样强。这种焊接过程不会在连接处形成脆性的金属间化合物。

3.加入不同的材料

很难用其它技术连接的不同金属，如铝和铜，可以用冷焊连接。

4. 铝的焊接

它不仅在连接铜和铝时显示出它的优点，因为该技术也可以用于焊接铝2xxx和7xxx系列，这是不可能使用其他任何金属焊接技术。

缺点

虽然冷焊提供了一些显著的优点，但也有与该技术相关的局限性。这些缺点使得在大多数情况下冷焊很难被认为是一种主要的连接方法。然而，如上所示，在某些情况下冷焊接仍然是有益的。冷焊接存在的问题和挑战包括:

1. 清洁

冷焊的主要问题是，材料需要清洁以及清除表面氧化物。在大批量生产环境中，这可能很难实现，而且成本昂贵，难以管理。

2. 材料类型

可以冷焊在一起的材料类型有局限性，因为金属必须是延展性的，不能经历严重的硬化过程。此外，含有任何形式的碳的金属都不能用这种技术连接。

3.材料的形状

金属表面的不规则性会使它们难以连接，即使已经采取了所有其他步骤。冷焊要求材料具有规则的形状，表面无不规则性。在平面、规则的表面上可以实现最强的冷焊接。

应用

对于该技术所带来的所有挑战，冷焊在整个行业有一系列不同的应用。

这种方法最常见的应用是焊接丝，因为热能是一个问题。冷焊接可以保证快速、牢固地连接电线，常用铝、70/30黄铜、铜、金、镍、银、银合金、锌。

冷焊对于连接不同的金属也很好，否则很难有效焊接。特别适用于将铜和铝连接在一起，这种方法也可以将焊接铝2xxx和7xxx材料系列连接在一起。

在航空航天和汽车等工业中，冷焊常用于制造对接或搭接。

常见问题:

什么金属可以冷焊?

冷焊金属需要韧性，但该技术通常用于连接铝(包括不可焊等级如7XXX系列)，70/30黄铜合金，铜，锌，银和银合金，镍和金，特别是电线。

冷焊也可用于在巨大压力下连接不锈钢等金属。

含碳的金属不能冷焊在一起。

冷焊强度大吗?

如果条件正确，冷焊接可以提供与母材本身一样强的粘结。如上所述，这意味着金属应具有延展性，表面应清除氧化物，理想情况下应具有规则形状。这种材料不能严重硬化或含有碳。

尽管有这些因素，冷焊接可以创造一些最强的焊接可能。

冷焊是永久性的吗?

在合适的条件下，冷焊接可以产生永久的焊接。如果操作正确，连接只能在损坏工件的情况下反向进行。但是，如果在不合适的条件下进行冷焊接，则接头很容易失效。

结论

冷焊是一种独特的焊接技术，可以在不使用热量的情况下产生非常牢固的连接。它从青铜时代就开始使用，但直到16世纪才真正开始被科学地理解。

虽然冷焊接存在一些挑战，但如果操作正确，它可以粘接不同的材料，甚至一些“不可焊”级别的铝。通常用于连接电线，冷焊也在航空航天和汽车工业中得到应用。