激光焊接與電子束焊接比較講解

1、電子束焊接與激光焊接的比較it子槍果蜒5M1M 空X5*圖i電子束焊接原理，無論是發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等零部件的生產(chǎn)，配，焊接工藝都是重要的加工手段。除電弧焊、電阻焊等傳統(tǒng)焊接技術(shù)被普遍采用 外，在現(xiàn)代汽車生產(chǎn)過程中，以電子束焊和激光焊為代表的新一代焊接技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，并憑借精密和高效的特點(diǎn)，成為汽車生產(chǎn)企業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低 生產(chǎn)成本、增加產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的有力工具。電子束焊接技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代，10年后激光器誕生，激光加工技術(shù)的 研究與應(yīng)用也隨即展開。電子束與激光加工同屬于高能密度束流加工技術(shù)，應(yīng)用的 領(lǐng)域大體相同，其能量密度在同一段數(shù)量級(jí)遠(yuǎn)高于其他熱源。同時(shí)，他們與材料的 作用原理也

2、極其相近電子束焊接與激光焊接的原理電子束焊接（electron beam machining , EBM 是在真空條件下，禾U用電子槍 中產(chǎn)生的電子經(jīng)加速、聚焦后能量密度為106109W/cm2的極細(xì)束流，高速（光速的60%70%沖擊到工件表面，并在極短的時(shí)間內(nèi)，將電子的動(dòng)能大部分轉(zhuǎn)換為熱 能，形成“小孔”效應(yīng)，使工件被沖擊部位的材料達(dá)到幾千攝氏度，致使材料局部 熔化或蒸發(fā)，達(dá)到焊接目的。激光器利用原子受激輻射的原理，使物質(zhì)受激而產(chǎn)生波長(zhǎng)均一，方向一致和強(qiáng)度非常高的光束。通過光學(xué)系統(tǒng)將激光束聚焦成尺寸與光波波長(zhǎng)相近的極小光斑， 其功率密度可達(dá)1051011W/cm2溫度可達(dá)10000C，將材料

3、在瞬間熔化和蒸發(fā)。激光焊接分為熱導(dǎo)焊和深熔焊，在深熔焊中，巨大的能量同樣可以形成“小孔”效應(yīng)，并隨著工件的移動(dòng)，“小孔”身后的材料迅速冷卻凝固成為焊縫。與傳統(tǒng)焊接技術(shù)比較，激光焊接與電子束焊接都具有更多優(yōu)異的特性：能量密度高（大于105W/cm2 ;焊接速度高（一般可以達(dá)到 510m/min）；熱影響區(qū)窄（僅為焊縫寬度的10%20% ;熱流輸入少、工件變形??；易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、可在線檢測(cè)焊縫質(zhì)量；非接觸加工、無后續(xù)加工圖2激光焊接原理經(jīng)過不斷發(fā)展，電子束焊接已經(jīng)成為一種成熟的加工技術(shù)，而激光焊也已從實(shí) 驗(yàn)室走向了實(shí)用階段，并大有取代電子束焊的勢(shì)頭。但實(shí)踐證明，激光和電子束作 為高能量密度熱源，除

4、了具有很多相同技術(shù)特點(diǎn)外，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能上，針對(duì)不 同的應(yīng)用場(chǎng)合，仍有各自不同的特點(diǎn)。電子束焊接的優(yōu)點(diǎn)是相當(dāng)突出的：電子束的能量轉(zhuǎn)換效率非常咼（80%90%，可以研制出很咼功率的大型焊 接設(shè)備（在日本，加速電壓 600kV、功率300kW的超高壓電子束焊機(jī)已問世）；電子束焊接的焊縫很細(xì)，其深寬比很容易達(dá)到10： 1,甚至是20： 1 （最新報(bào)道顯示：日本在焊接200 mm厚不銹鋼時(shí)，深寬比達(dá)70 ： 1）;電子束的可控性更好，甚至可以在工件內(nèi)部形成曲線孔徑；電子束對(duì)不同材料、特殊材料的焊接更容易。當(dāng)然，電子束的缺點(diǎn)也十分明顯:需要高真空環(huán)境以防止電子散射，設(shè)備復(fù)雜，焊件尺寸和形狀受到真空室

5、的限制（非真空環(huán)境的電子束焊，是重要的研究方向）；由于真空室的存在，抽真空成為影響循環(huán)時(shí)間的主要障礙（目前用于齒輪 焊接的單臺(tái)電子束設(shè)備循環(huán)時(shí)間很難做到 60s以內(nèi)）；有磁偏移：由于電子帶電，會(huì)受磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)影響，故要求電子束焊工件焊前 去磁處理； X射線問題：X射線在高壓下特別強(qiáng)，需對(duì)操作人員實(shí)施保護(hù)；對(duì)工件裝配質(zhì)量要求嚴(yán)格，同時(shí)工件表面清潔的要求也較高。相比較于電子束焊，激光焊接的優(yōu)點(diǎn)是：激光焊不需真空室和對(duì)工件焊前進(jìn)行 去磁處理，它可在大氣中進(jìn)行，也沒有防 X射線問題，所以可在生產(chǎn)線內(nèi)聯(lián)機(jī)操 作，也可焊接磁性材料。另外，激光焊接的循環(huán)時(shí)間大大低于電子束焊接（很容易 做到30s以內(nèi)）。因此，激

6、光焊接實(shí)際上已取得了電子束焊接20年前的地位，成為高能束焊接技術(shù)發(fā)展的主流。M 拿H:MUI; Aftfl曲 申V10-1MFHft表電子束焊與激光焊的比較但是，受到技術(shù)進(jìn)步的局限，激光焊還存在一定的缺點(diǎn)：激光的能量轉(zhuǎn)換效率較低，常用的 CO2激光器能量轉(zhuǎn)換效率不足20%最新 的光纖激光器轉(zhuǎn)換效率也沒有超過 30%能量轉(zhuǎn)換效率低造成在生產(chǎn)線中應(yīng)用大功率激光焊接的經(jīng)濟(jì)性很差，目前 實(shí)用的激光焊接設(shè)備功率大多小于 20kW可焊接的深度一般很少超過10 mm隨著新一代激光器的誕生，激光器的壽命可以達(dá)到50000h,這大大降低了激光焊接設(shè)備的使用成本。但是，要想獲得理想的焊接質(zhì)量，保護(hù)氣體是不可少 的

7、，這也造成加工成本的增加；激光焊接的深寬比小于電子束焊，一般在 10 ：1以內(nèi)（在齒輪激光焊接 中，焊縫的深度一般在46 mm故這個(gè)深寬比還比較適用），不適合大厚度工件 的焊接；激光焊接對(duì)于鋁合金材料及其他高反射率材料的焊接還存在一些技術(shù)難 點(diǎn)，必須通過填絲等輔助手段，才能達(dá)到較理想的焊接效果。電子束技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，大功率、超大功率電子束焊接設(shè)備的發(fā)展相 當(dāng)快，而且已經(jīng)具備了相當(dāng)實(shí)用的價(jià)值。激光技術(shù)受到能量轉(zhuǎn)換率較低及其他技術(shù) 障礙，使得激光焊接的功率還不能大幅提升。目前，實(shí)用的激光器功率還不能超過 10kW更高功率的激光器，成本的增加非常快，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值還較低。在歐美國(guó)家，同等功率（

8、35kW的電子束焊接設(shè)備與激光焊接設(shè)備的價(jià)格基 本相當(dāng)，而激光焊接的高效率、靈活性（不受真空室限制）和便于集成到生產(chǎn)線中 的特性，使得激光焊接設(shè)備在汽車制造中的應(yīng)用增長(zhǎng)速度大大超過電子束焊接設(shè) 備。在國(guó)內(nèi)，由于大功率激光器（千瓦以上）的研發(fā)滯后，實(shí)際使用的激光焊接設(shè) 備基本依賴進(jìn)口。同時(shí)，我國(guó)的中小功率電子束焊機(jī)已接近或趕上國(guó)外同類產(chǎn)品的 先進(jìn)水平，而價(jià)格僅為國(guó)外同類產(chǎn)品的 1/3左右，有明顯的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)。因 此，國(guó)內(nèi)的電子束焊接設(shè)備應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過激光焊接設(shè)備。但是，在汽車生產(chǎn)中，大批量、高效率已經(jīng)成為汽車制造企業(yè)追求的目標(biāo)，而 國(guó)產(chǎn)的電子束焊接設(shè)備，一般不具備大批量自動(dòng)化生產(chǎn)的能力。在汽車

9、企業(yè)需要產(chǎn) 能提高的時(shí)候，往往只能靠增加電子束焊接設(shè)備的數(shù)量和增加人力的方式滿足生產(chǎn) 的需求，因此綜合比較下來，電子束焊接的經(jīng)濟(jì)性也大打折扣。通過前面的闡述，我們可以看到，電子束焊接在超大功率（30kW以上）和大熔 深（50 mm以上）焊接中具有不可替代的地位。特別是：發(fā)電設(shè)備、石化設(shè)備、礦山機(jī)械、重型汽車、航空航天器、原子能設(shè)備和造船工業(yè)等領(lǐng)域，電子束焊接仍然 是首選的技術(shù)方案。其典型的應(yīng)用是焊接反應(yīng)堆基體和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸等承力件，其 熔深在300mm以上。與激光焊接相比較，電子束焊接的另一重要特點(diǎn)是不受補(bǔ)焊材 料反射的影響，因此能很容易地焊接金、銀、銅、鋁等難于激光焊接的材料，如電 子器件中

10、的無氧銅零件、大電流的銅排、銅鎢觸頭和大馬力柴油機(jī)的鋁活塞等，這 些零件采用電子束焊接能得到高強(qiáng)度、大熔深的焊接接頭。為了使大功率電子束焊接更好地用于大型工件，與大功率電子束同步發(fā)展的是 大型真空室、局部真空及非真空等技術(shù)。目前大型真空室容積已達(dá)800m3可以焊接直徑達(dá)10m的巨型構(gòu)件。雖然大型真空室造價(jià)昂貴，但大功率電子束焊的優(yōu)異焊 接性能和極高的焊接速度，可使綜合成本（包括設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用）反而比傳統(tǒng) 的焊接方法低。據(jù)估算，當(dāng)焊深超過 50mm寸，電子束焊接的成本即可低于窄間隙 焊和埋弧焊。焊深越深，差價(jià)越大。當(dāng)焊深超過150mm寸，電子束焊接的綜合成本就只有窄間隙焊和埋弧焊的1/21/

11、3。圖3汽車車身點(diǎn)焊與激光焊接的比較激光焊接技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用在汽車制造領(lǐng)域，焊接的深度大部分在 10 mm以下，這為激光焊接的應(yīng)用提供了最好的空間。隨著技術(shù)的快速發(fā)展，激光焊接正逐步取代電子束焊接，成為首選 的技術(shù)方案。激光焊接的應(yīng)用范圍，也從齒輪焊接、傳動(dòng)系統(tǒng)零件焊接，到車身焊 接、底板不等厚鋼板焊接、車門焊接等各個(gè)領(lǐng)域。因此，汽車制造領(lǐng)域是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中最大規(guī)模使用激光焊接技術(shù)的行業(yè)，從 汽車零部件生產(chǎn)到車身制造，激光焊接已經(jīng)成為汽車制造生產(chǎn)中的最主要焊接方法 之一?？傮w上講，激光焊接在汽車制造中的應(yīng)用主要包括三個(gè)方面：1汽車零部件的激光焊接激光焊接在汽車制造中的應(yīng)用始于變速箱的齒輪焊

12、接，由于采用了激光焊接，焊接后的齒輪幾乎沒有焊接變形，不需要焊后熱處理，而且焊接速度大大提高，因 此很快得到了應(yīng)用。目前，激光焊接已經(jīng)在國(guó)外的汽車零部件生產(chǎn)中得到非常廣泛 的應(yīng)用，包括尾氣排放系統(tǒng)（歧管、排氣管、消聲器等）、變速箱雙聯(lián)齒輪、減振 器儲(chǔ)油缸筒體、濾清器、車門鉸鏈等。國(guó)內(nèi)汽車領(lǐng)域應(yīng)用激光焊接主要有：變速箱 齒輪和減振器儲(chǔ)油缸筒的焊接。2、激光拼焊技術(shù)激光焊接在汽車制造領(lǐng)域應(yīng)用最為成功，同時(shí)效益最為明顯的一項(xiàng)技術(shù)就是汽 車車身的拼焊技術(shù)。激光拼焊的目的是為了降低車身重量，在進(jìn)行車身的設(shè)計(jì)制造 時(shí)，根據(jù)車身不同部位的性能要求，選擇鋼材等級(jí)和厚度不同的鋼板，通過激光裁 剪和拼焊技術(shù)完成車

13、身某一部位的制造。激光拼焊技術(shù)具有下列優(yōu)點(diǎn)：減少零件和模具數(shù)量；縮短設(shè)計(jì)和開發(fā)周期；減 少材料浪費(fèi)；最合理使用不同級(jí)別、厚度和性能的鋼板，減少車身重量；降低制造 成本；提高尺寸精度；提高車身結(jié)構(gòu)剛度和安全性。德國(guó)大眾汽車公司最早于1985年將激光拼焊用于Audi車型底盤的焊接，日本 豐田于1986年采用添絲激光焊的方法用于車身側(cè)面框架的焊接。北美大批量應(yīng)用 激光拼焊技術(shù)是在1993年，當(dāng)時(shí)美國(guó)為了提高美國(guó)汽車同日本汽車的競(jìng)爭(zhēng)力而提 出了 “2mm工程”。到目前為止，世界上幾乎所有的著名汽車制造商都大量采用了激光拼焊技術(shù)，所涉及的汽車結(jié)構(gòu)件包括，車身側(cè)框架、車門內(nèi)板、擋風(fēng)玻璃窗 框、輪罩板、底板

14、、中間支柱等。3、汽車車身激光焊接技術(shù)激光焊接在汽車制造中的另一個(gè)重要應(yīng)用是汽車車身框架的激光焊接，其中一 個(gè)典型例子就是汽車車身頂蓋與車身側(cè)板的焊接。傳統(tǒng)的焊接方法為點(diǎn)焊，但現(xiàn)在 正逐漸被激光焊接所代替。兩者比較可以看出，采用激光焊接后，頂蓋和側(cè)面車身的搭接邊寬度減少，降 低了鋼板使用量，同時(shí)提高了車體的剛度。目前這種車身框架的激光焊接技術(shù)在各 大汽車制造商的較新型車中都得到了非常廣泛的應(yīng)用，例如Audi A2車體框架是由鋁合金材料焊接而成，比同樣結(jié)構(gòu)使用鋼材可減少重量43kg，其中激光焊接的焊縫總長(zhǎng)多達(dá)30m國(guó)內(nèi)上海大眾的Polo、Passat車型、明銳轎車，一汽大眾的 Bora、速騰、邁

15、騰車型以及 Audi A4和A6等車型的制造中，也都采用了激光焊接 技術(shù)。這是我國(guó)汽車制造業(yè)真正使用激光焊接技術(shù)的一個(gè)重要標(biāo)志。由于激光焊接具有能量密度高、變形小、熱影響區(qū)窄、焊接速度高、易實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)控制、無后續(xù)加工的優(yōu)點(diǎn)，近年來正成為金屬材料加工與制造的重要手段，越來 越廣泛地應(yīng)用在汽車、航空航天等領(lǐng)域，所涉及的材料涵蓋了幾乎所有的金屬材 料。雖然與傳統(tǒng)的焊接方法相比，激光焊接尚存在設(shè)備昂貴，一次性投資大，技術(shù) 要求高的問題，使得激光焊接在我國(guó)的工業(yè)應(yīng)用還相當(dāng)有限，但激光焊接生產(chǎn)效率 高和易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的特點(diǎn)使其非常適于大規(guī)模生產(chǎn)線和柔性制造。結(jié)束語電子束焊與激光焊的機(jī)理大致相同，應(yīng)用領(lǐng)域也

16、大體相同。但是，由于它們?cè)谑漠a(chǎn)生和傳輸方式上的不 同，因而各有各的應(yīng)用場(chǎng)合。它們不能相互代替，但可相互補(bǔ)充。作為應(yīng)用者，應(yīng)合理地應(yīng)用。雖然我國(guó)激光焊接技術(shù)的整體應(yīng)用水平還比較低，在激光器制造技術(shù)上還較發(fā)達(dá)國(guó)家落后許多，但是激光焊接在汽車制造領(lǐng)域中的許多成功應(yīng)用已經(jīng)凸現(xiàn)岀激光焊接不同于傳統(tǒng)焊接方法的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，這也為許多大 功率激光器制造商和激光焊接設(shè)備制造商提供了更為誘人的經(jīng)濟(jì)效益前景。公司介紹德國(guó)思泰科（SITEC工業(yè)技術(shù)公司自1991年起致力于激光加工技術(shù)的研發(fā)和設(shè)備制造，憑借著與研 究機(jī)構(gòu)和高水平激光器供應(yīng)商的密切合作，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在歐洲已經(jīng)成為眾多知名汽車制造企業(yè)的設(shè)備 供應(yīng)商

17、。2005年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)后，在武漢和上海都有SITEC的激光設(shè)備投入使用，用 SITEC提供的激光加工設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品已經(jīng)在一汽大眾的系列車型上采用。激光焊接造就更完美的車身 作者：孫志成 文章來源：上海通用汽車有限公司點(diǎn)擊數(shù)：1324更新時(shí)間：2009-9-29圖1車頂激光焊接裝置及車身外觀利用激光進(jìn)行白車身的焊接，具有焊接效率高、焊接質(zhì)量好、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)，已被很多汽車廠家用于車身焊接的關(guān)鍵工位以及對(duì)工藝有特殊要求的部位。目前激光焊接和激光釬焊不斷成熟，遠(yuǎn)程激光焊接正在快速發(fā)展中，其優(yōu)勢(shì)已經(jīng)凸顯。激光加工是利用高輻射強(qiáng)度的激光束，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)聚焦（功率密度可達(dá)1041011W/cm2，對(duì)工件

18、加工部位施加高溫進(jìn)行熱加工的技術(shù)。與傳統(tǒng)的焊接方法相比，激光焊接生產(chǎn)效率高和易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的特 點(diǎn)使其非常適于大規(guī)模生產(chǎn)線和柔性化制造。其中，激光焊接在工程車輛制造領(lǐng)域中的成功應(yīng)用可大大提高生 產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，已經(jīng)凸顯岀激光焊接的巨大優(yōu)勢(shì)。激光焊接的優(yōu)點(diǎn)首先是被焊接工件變形極小，幾乎沒有連接間隙，焊接深度/寬度比高，在高功率器件焊接時(shí)，深寬比可達(dá) 5:1，最高時(shí)可達(dá)10:1，焊接質(zhì)量比傳統(tǒng)焊接方法好；其次是焊縫強(qiáng)度高，焊接速度 快，焊縫窄，且通常表面狀態(tài)好，免去了焊后清理等工作，外觀比傳統(tǒng)焊接要美觀；另外，激光焊接可焊接難 以接近的部位，施行非接觸遠(yuǎn)程焊接，具有很大的靈活性，尤其是近幾年來，

19、在光纖激光加工技術(shù)中，由于光 纖傳輸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，激光焊接技術(shù)獲得了更為廣泛的推廣和應(yīng)用。鑒于這些特點(diǎn)，在汽車工業(yè)，激光焊接通常被應(yīng)用于車身焊接的關(guān)鍵工位以及 對(duì)工藝有特殊要求的部位，如：用于車頂與側(cè)圍外板焊接能解決焊接強(qiáng)度、效率、 外觀及密封性的問題；用于后蓋焊接可解決直角搭接問題；應(yīng)用在車門總成的激光 拼焊可有效提高焊接質(zhì)量和效率。激光焊接在白車身制造中的應(yīng)用主要由普通激光焊接、激光釬焊、激光遠(yuǎn)程焊 接等，現(xiàn)就這些焊接工藝分別進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。圖2車頂側(cè)圍激光焊接頭設(shè)計(jì)激光焊接普通激光焊接工藝主要被用于車頂焊接，可以降噪和適應(yīng)新的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。歐洲各大汽車廠的激光器絕大多數(shù)被用于車頂焊接。目前，

20、德國(guó)大眾已在Audi A6、Audi A4、Golf和Passat等車頂采用了此項(xiàng)技術(shù)，寶馬的 5系、歐寶的Vectra車型以及 瑞典沃爾沃的一些車型生產(chǎn)中，對(duì)激光焊接更是趨之若鶩。在我國(guó)，上海大眾已經(jīng)在眾多車型上采用了激光技術(shù)來焊接車頂和側(cè)圍外板， 如帕薩特、途安等；上海通用的新君威、君越平臺(tái)上也應(yīng)用了激光焊接工藝。圖1是上海通用新君威的車頂與側(cè)圍焊接裝置，采用了4kW泵浦激光器，同時(shí)，焊縫識(shí)別、跟蹤系統(tǒng)以及焊縫質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等都集成于激光焊接頭上。焊接新君威車 頂只需十幾秒，與傳統(tǒng)點(diǎn)焊相比，焊接質(zhì)量和效率都大大提高，焊接完畢后，無需 增加車頂飾條，提高了整車的美觀度。與傳統(tǒng)電阻點(diǎn)焊接頭相

21、比，采用激光焊接方式可大幅降低接頭凹槽寬度（由20mm降低到10mm左右），從而可以減少車重。在設(shè)計(jì)連接方式時(shí)，可米用重疊方式（overlap joint ）和搭接方式（fillet joint ）兩種。從圖2可以看出，二者所焊接的 位置有所差別。重疊方式對(duì)激光焦點(diǎn)的定位要求較低，只需聚焦在板材重疊范圍內(nèi) 即可，不需要專門的焊縫跟蹤系統(tǒng)，但缺點(diǎn)是當(dāng)焊接鍍鋅板時(shí)，被激光氣化的鋅蒸 汽無法溢出，會(huì)導(dǎo)致焊縫可能出現(xiàn)氣孔等缺陷。搭接方式對(duì)激光焦點(diǎn)的定位要求較 高，需聚焦在搭接縫上，故需要專門的焊縫跟蹤系統(tǒng)，增加了設(shè)備成本，但它可以 避免焊接鍍鋅板時(shí)的焊縫氣孔等缺陷問題，鋅蒸汽可從搭接頭邊緣縫隙中排出。

22、圖 3為兩種不同方式下焊接鍍鋅板的質(zhì)量對(duì)比（4.4kW，0.8mm熱鍍鋅板）。圖3不同搭接方式鍍鋅板激光焊接質(zhì)量對(duì)比使用激光焊接的優(yōu)點(diǎn)很明顯，焊接速度快（以56m/min的焊接速度，焊接1.5m車頂只需十幾秒）、焊縫質(zhì)量好、連接強(qiáng)度高（激光焊縫強(qiáng)度是常規(guī)電阻點(diǎn)焊的1.5倍）且具有較高的密封性；缺點(diǎn)是設(shè)備投資成本較高，如兩臺(tái)4kW ND:YAG泵浦激光器加上附屬焊接系統(tǒng)的成本約為250萬美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電阻點(diǎn)焊設(shè)備的投資。激光釬焊激光釬焊與傳統(tǒng)的 MIG釬焊類似，其區(qū)別在于它采用激光源來熔化焊絲，填充焊縫，以形成焊接接頭。圖4所示為激光釬焊的工藝及應(yīng)用效果。汽車生產(chǎn)廠家通常采用的激光釬焊釬料是 C

23、uSi3，熔點(diǎn)950 C左右，遠(yuǎn)低于鋼的熔點(diǎn)（約 1500C），故激光 釬焊所需的激光器功率較低（約為普通激光焊接的一半），能夠大大節(jié)省昂貴激光器的投資成本。CuSi3浸潤(rùn)后強(qiáng)度可達(dá)350MPa左右，高于普通低碳鋼，故激光釬焊能夠達(dá)到很高的強(qiáng)度。圖4激光釬焊工藝及應(yīng)用激光釬焊過程中，釬料被填入到接頭縫隙中，無需在焊后涂膠及添加飾條，能夠節(jié)省大量工藝成本。目前激 光釬焊已在車頂與側(cè)圍外板、后蓋焊接上得到廣泛應(yīng)用。激光釬焊在焊接車頂與側(cè)圍外板時(shí)的缺點(diǎn)是，它對(duì) 夾具定位的要求較高，每種車型均需要專門的夾具來對(duì)車頂側(cè)圍進(jìn)行夾持（見圖5），以保證焊縫的精度，獲得穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，因此，激光釬焊夾具的柔性較

24、差。遠(yuǎn)程激光焊接遠(yuǎn)程激光焊接（見圖6）已經(jīng)正在成為可替代傳統(tǒng)汽車白車身電阻點(diǎn)焊的一種新手段。根據(jù)行業(yè)調(diào)查，業(yè)界 已安裝的遠(yuǎn)程激光焊接設(shè)備超過 60套，主要集中在歐洲和北美地區(qū)。遠(yuǎn)程激光焊接為非接觸式焊接，采用專門的鏡頭將激光聚焦在12m遠(yuǎn)的焊接工件上，鏡頭由機(jī)器人驅(qū)動(dòng)，通過機(jī)器人移動(dòng)和激光聚焦點(diǎn)的變化，靈活地實(shí)現(xiàn)各個(gè)部位的焊接。激光遠(yuǎn)程焊接技術(shù)發(fā)揮了單側(cè)、非接觸 式激光焊接帶來的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，并將其與高速掃描鏡片帶來的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，大大縮短了焊接時(shí)間，在整 個(gè)焊接工藝流程中提高了總生產(chǎn)效率。對(duì)于傳統(tǒng)激光/機(jī)器人焊接，20mm的縫焊需0.20.4s完成，重復(fù)定位時(shí)間約3s， 而對(duì)于遠(yuǎn)程激光焊接來

25、說，焊接時(shí)間相同，重復(fù)定位時(shí)間僅為0.2s。由此可見，遠(yuǎn)程激光焊接的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于定位時(shí)間大大縮短，這是由于它裝備了高速的光束掃描 裝置。圖5激光釬焊的夾具Comau Pico公司很早就曾為推動(dòng)遠(yuǎn)程激光焊接技術(shù)的發(fā)展而努力，他們?cè)蚏ofinSinar等公司合作，采用一臺(tái)基于C02激光器的遠(yuǎn)程焊接設(shè)備，利用掃描鏡片以高速 反射光束，焊接車身件的多個(gè)焊接位置。在Fiat Marea車型的一個(gè)典型部件上，遠(yuǎn)程 C02激光焊接也被用來替代電阻點(diǎn)焊， 以消除在車后部尾門上采用膠粘劑帶來的成本。在這一應(yīng)用中，總的激光縫焊時(shí)間 是5s。在對(duì)該車型門框的焊接上，43條激光焊縫僅需30s就能完成，替代了傳統(tǒng)的

26、電阻點(diǎn)焊。在這項(xiàng)應(yīng)用中，重復(fù)定位時(shí)間的降幅高達(dá)94%。Renault公司采用一套Agilaser焊接C85的前門部件，替代了原先使用的需要12臺(tái)機(jī)器人電阻焊的系統(tǒng)。原 系統(tǒng)需要占地1050m2，而采用5機(jī)器人工作站的Agilaser僅占地808m：。兩臺(tái)Agilasers以66s的周期生產(chǎn)部件，焊接93條右側(cè)及左側(cè)激光焊縫，而以前則需要 電阻點(diǎn)焊130個(gè)右側(cè)和左側(cè)焊點(diǎn)。在Renault公司，一臺(tái)Agilaser在C65車型的前門焊接 38條激光焊縫，僅用兩套夾具。激光遠(yuǎn)程焊接的優(yōu)點(diǎn)在于更經(jīng)濟(jì)、占用空間更少，相比要使用68套夾具的電阻點(diǎn)焊來說，遠(yuǎn)程焊接的僅需一套夾具。另一方面，遠(yuǎn)程激光焊接的缺點(diǎn)

27、在于其對(duì)工 件匹配要求很高，這使得設(shè)計(jì)和制作夾具非常復(fù)雜。圖6遠(yuǎn)程激光焊接系統(tǒng)小結(jié)目前普通激光焊接和激光釬焊技術(shù)已比較成熟，被普遍用在車頂及后蓋的焊接中； 遠(yuǎn)程激光焊接仍然在不斷發(fā)展中，是一種高效率、靈活的焊接方式。在白車身制造中，采用激光焊接技術(shù)可以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的靈活性，提高生產(chǎn)效率， 增強(qiáng)車身的剛度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。隨著激光技術(shù)的不斷成熟和成本的 逐步下降，各種激光焊接工藝必將在轎車白車身制造中得到越來越廣泛的應(yīng)用。焊接是一種連接金屬或熱塑性塑料的制造或雕塑過程。焊接過程中，工件和焊料熔化形成熔融區(qū)域（熔池），熔池冷卻凝固後便形成材料之間的連接。這一過程中，通常還需要施加壓力。普

28、通焊接與硬釬焊（brazing）和軟釬焊（soldering）的區(qū)別在於軟釬焊通過融化熔點(diǎn)較低（低於工件本身的熔點(diǎn)）的焊料來形 成連接，無需加熱熔化工件本身。焊接的能量來源有很多種，包括氣體焰、電弧、激光、電子束、摩擦和超聲波等。除了在工廠中使用外，焊 接還可以在多種環(huán)境下進(jìn)行，如野外、水下和太空。無論在何處，焊接都可能給操作者帶來危險(xiǎn)，所以在進(jìn) 行焊接時(shí)必須采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。焊接給人體可能造成的傷害包括燒傷、觸電、視力損害、吸入有毒氣 體、紫外線照射過度等。19世紀(jì)末之前，唯一的焊接工藝是鐵匠沿用了數(shù)百年的金屬鍛焊。最早的現(xiàn)代焊接技術(shù)岀現(xiàn)在19世紀(jì)末,先是弧焊和氧燃?xì)夂福院髮绗F(xiàn)了電阻焊。

29、20世紀(jì)早期，第一次世界大戰(zhàn)和第二次世界大戰(zhàn)中對(duì)軍用設(shè)備的需求量很大，與之相應(yīng)的廉價(jià)可靠的金屬連接工藝受到重視，進(jìn)而促進(jìn)了焊接技術(shù)的發(fā)展。戰(zhàn)后，先后岀 現(xiàn)了幾種現(xiàn)代焊接技術(shù)，包括目前最流行的手工電弧焊、以及諸如熔化極氣體保護(hù)電弧焊、埋弧焊、藥芯焊 絲電弧焊和電渣焊這樣的自動(dòng)或半自動(dòng)焊接技術(shù)。20世紀(jì)下半葉，焊接技術(shù)的發(fā)展日新月異，激光焊接和電子束焊接被開發(fā)岀來。今天，焊接機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。研究人員仍在深入研究焊接的 本質(zhì)，繼續(xù)開發(fā)新的焊接方法，并進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量?；『富『福ˋrc welding ）使用焊接電源來創(chuàng)造并維持電極和焊接材料之間的電弧，使焊點(diǎn)上的金屬融化形成熔

30、池。它們可以使用直流電或交流電，使用消耗性或非消耗性電極。有時(shí)在熔池附近會(huì)引入某種惰性或半惰性 氣體，即保護(hù)氣體，有時(shí)還會(huì)添加焊補(bǔ)材料。編輯能量供應(yīng)弧焊過程要消耗大量的電能，可以通過多種焊接電源來供應(yīng)能量。最常見的焊接電源包括恒流電源和恒壓電 源。在弧焊過程中，所施加的電壓決定電弧的長(zhǎng)度，所輸入的電流則決定輸岀的熱量。恒流電源輸岀恒定的 電流和波動(dòng)的電壓，多用于人工焊接，如手工電弧焊和鎢極氣體保護(hù)電弧焊。因?yàn)槿斯ず附右箅娏鞅３窒?對(duì)穩(wěn)定，而在實(shí)際操作中，電極的位置很難保證不變，弧長(zhǎng)和電壓也會(huì)隨之發(fā)生變化。恒壓電源輸岀恒定的 電壓和波動(dòng)的電流，因此常用于自動(dòng)焊接工藝，如熔化極氣體保護(hù)電弧焊、藥

31、芯焊絲電弧焊和埋弧焊。在這 些焊接工藝中中，電弧長(zhǎng)度保持恒定，因?yàn)楹割^和工件之間距離發(fā)生的任何波動(dòng)都通過電流的變化來彌補(bǔ)。 例如，如果焊頭和工件的間隔過近，電流將急速增大，使得焊點(diǎn)處發(fā)熱量驟增，焊頭部分融化直至間隔恢復(fù) 到原來的程度12。所用的電的類型對(duì)焊接有很大影響。耗電量大的焊接工藝，如手工電弧焊和熔化極氣體保護(hù)電弧焊通常使用 直流電，電極可接正極或負(fù)極。在焊接中，接正極的部分會(huì)有更大的熱量集中，因此，改變電極的極性將影 響到焊接性能。如果是工件接正極，工件將更熱，焊接深度和焊接速度也會(huì)大大提高。反之，工件接負(fù)極的 話將焊岀較淺的焊縫13。耗電量較小的焊接工藝，如鎢極氣體保護(hù)電弧焊，可以通

32、直流電（采用任意接頭 方式），也可以使用交流電。然而，這些焊接工藝所采用的電極都是只產(chǎn)生電弧而不提供焊料的，因此在使 用直流電時(shí)，接正電極的時(shí)候，焊接深度較淺，而接負(fù)電極時(shí)能產(chǎn)生更深的焊縫14。交流電使電極的極性迅速變化，從而將生成中等穿透程度的焊縫。使用交流電的缺點(diǎn)之一是，每一次變化的電壓通過電壓零點(diǎn) 后，電弧必須重新點(diǎn)燃，為解決這一問題，一些特殊的焊接電源產(chǎn)生的是方波型的交流電，而不是通常的正 弦波型，使得電壓變化通過零點(diǎn)時(shí)的負(fù)面影響降到最小15。編輯弧焊工藝手工電弧焊手工電弧焊(Shielded metal arc welding , SMAW )是最常見的焊接工藝。在焊接材料和消耗性的

33、焊條之間, 通過施加高電壓來形成電弧，焊條的芯部分通常由鋼制成，外層包覆有一層助焊劑。在焊接過程中，助焊劑 燃燒產(chǎn)生二氧化碳，保護(hù)焊縫區(qū)免受氧化和污染。電極芯則直接充當(dāng)填充材料，不需要另外添加焊料。這種工藝的適應(yīng)面很廣，所需的設(shè)備也相對(duì)便宜，非常適合現(xiàn)場(chǎng)和戶外作業(yè)16。操作者只需接受少量的培訓(xùn)便可熟練掌握。焊接時(shí)間較慢，因?yàn)橄男缘暮笚l電極必須經(jīng)常更換。焊接后還需要清除助焊劑形成的焊 渣17。此外，這一技術(shù)通常只用于焊接黑色金屬，焊鑄鐵、鎳、鋁、銅等金屬時(shí)需要使用特殊焊條。缺乏 經(jīng)驗(yàn)的操作者還往往難以掌握特殊位置的焊接。熔化極氣體保護(hù)電弧焊(Gas metal arc welding，GMAW

34、)，又稱為金屬-惰性氣體焊或 MIG焊，是一種半 自動(dòng)或自動(dòng)的焊接工藝。它采用焊條連續(xù)送絲作為電極，并用惰性或半惰性的混合氣體保護(hù)焊點(diǎn)。和手工電 弧焊相似，操作者稍加培訓(xùn)就能熟練掌握。由于焊絲供應(yīng)是連續(xù)的，熔化極氣體保護(hù)電弧焊和手工電弧焊相 比能獲得更高的焊接速度。此外，因其電弧相對(duì)手工電弧焊較小，熔化極氣體保護(hù)電弧焊更適合進(jìn)行特殊位 置焊接(如仰焊)。和手工電弧焊相比，熔化極氣體保護(hù)電弧焊所需的設(shè)備要復(fù)雜和昂貴得多，安裝過程也比較繁瑣。因此，熔 化極氣體保護(hù)電弧焊的便攜性和通用性并不好，而且由于必須使用保護(hù)氣體，并不是特別適合于戶外作業(yè)。但是，熔化極氣體保護(hù)電弧焊的焊接速度較快，非常適合工廠

35、化大規(guī)模焊接。這一工藝適用于多種金屬，包 括黑色和有色金屬18。另一種相似的技術(shù)是藥芯焊絲電弧焊(Flux-cored arc welding，F(xiàn)CAW)，它使用和熔化極氣體保護(hù)電弧焊相似的設(shè)備，但采用敷蓋粉末材料的鋼質(zhì)電極芯的焊條。和標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)心焊條相比，這種焊絲更加昂貴，在焊 接中會(huì)產(chǎn)生煙和焊渣，但使用它可以獲得更高的焊接速度和更大的焊深19。鎢極氣體保護(hù)電弧焊(Gas tungsten arc welding， GTAW)，或稱鎢-惰性氣體(TIG焊)焊接(有時(shí)誤稱為 氦弧焊)，是一種手工焊接工藝。它采用非消耗性的鎢電極，惰性或半惰性的保護(hù)氣體，以及額外的焊料。這種工藝擁有穩(wěn)定的電弧和較高

36、的焊接質(zhì)量，特別適用于焊接板料，但這一工藝對(duì)操作者的要求較高，焊接 速度相對(duì)較低。鎢極氣體保護(hù)電弧焊幾乎適用于所有的可焊金屬，最常用于焊接不銹鋼和輕金屬。它往往用于焊接那些對(duì)焊 接質(zhì)量要求較高的產(chǎn)品，如自行車、飛機(jī)和海上作業(yè)工具20。與之類似的是等離子弧焊(Plasma arcwelding，PAW)，它采用鎢電極和等離子氣體來生成電弧。等離子弧焊的電弧相對(duì)于鎢極氣體保護(hù)電弧焊 更集中，使對(duì)等離子弧焊的橫向控制顯得尤為重要，因此這一技術(shù)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的要求較高。由于其電流較穩(wěn) 定，該方法與鎢極氣體保護(hù)電弧焊相比，焊深更大，焊接速度更快。它能夠焊接鎢極氣體保護(hù)電弧焊所能焊 接的幾乎所有金屬，唯一不能

37、焊接的是鎂。不銹鋼自動(dòng)焊接是等離子弧焊的重要應(yīng)用。該工藝的一種變種是 等離子切割，適用于鋼的切割21。埋弧焊(Submerged arc welding，SAW)，是一種高效率的焊接工藝。埋弧焊的電弧是在助焊劑內(nèi)部生成 的，由于助焊劑阻隔了大氣的影響，焊接質(zhì)量因此得以大大提升。埋弧焊的焊渣往往能夠自行脫落，無需清 理焊渣。埋弧焊可以通過采用自動(dòng)送絲裝置來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接，這樣可以獲得極高的焊接速度。由于電弧隱藏 在助焊劑之下，幾乎不產(chǎn)生煙霧，埋弧焊的工作環(huán)境大大好于其他弧焊工藝。這一工藝常用于工業(yè)生產(chǎn)，尤 其是在制造大型產(chǎn)品和壓力容器時(shí) 22。其他的弧焊工藝包括原子氫焊( Atomic hydro

38、gen welding，AHW)、碳弧焊(Carbon arc welding，CAW)、電渣焊(Electroslag welding， ESW)、氣電焊(Electrogas welding， EGW)、螺柱焊接(Stud welding )等。使用可燃?xì)夂附咏饘俨考庉嫐夂缸畛Ｒ姷臍夂腹に囀强扇細(xì)夂附?Oxy-fuel welding )，也稱為氧乙炔焰焊接。它是最古老，最通用的焊接工藝之一，但近年來在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)不多見。它仍廣泛用于制造和維修管道，也適用于制造某些類型的金屬 藝術(shù)品。可燃?xì)夂附硬粌H可以用于焊接鐵或鋼，還可用于銅焊、釬焊、加熱金屬(以便彎曲成型)、氣焰切 割等?？扇?xì)夂?/p>

39、接所需的設(shè)備較簡(jiǎn)單，也相對(duì)便宜，一般通過氧氣和乙炔混合燃燒來產(chǎn)生溫度約為3100攝氏度的火焰。因?yàn)榛鹧嫦鄬?duì)電弧更分散，可燃?xì)夂附拥暮缚p冷卻速度較慢，可能會(huì)導(dǎo)致更大的應(yīng)力殘留和焊接變 形，但這一特性簡(jiǎn)化了高合金鋼的焊接。一種衍生的應(yīng)用被稱為氣焰切割，即用氣體火焰來切割金屬5。其他的氣焊工藝有空氣乙炔焊、氧氫焊、氣壓焊，它們的區(qū)別主要在于使用不同的燃料氣體。氫氧焊有時(shí)用 于小物品的精密焊接，如珠寶首飾。氣焊也可用于焊接塑料，一般采用加熱空氣來焊接塑料，其工作溫度比 焊接金屬要低得多。編輯電阻焊電阻焊(Resistance welding)的原理是：兩個(gè)或多個(gè)金屬表面接觸時(shí)，接觸面上會(huì)產(chǎn)生接觸電阻。

40、如果在這 些金屬中通過較大的電流(1,000 100,000安培)，根據(jù)焦耳定律，接觸電阻大的部分會(huì)發(fā)熱，將接觸點(diǎn)附 近的金屬熔化形成熔池。一般來說，電阻焊是一種高效、無污染的焊接工藝，但其應(yīng)用因?yàn)樵O(shè)備成本的問題 受到限制。點(diǎn)焊機(jī)點(diǎn)焊(Spot welding)，或稱電阻點(diǎn)焊，是一種流行的電阻焊工藝，用于連接疊壓在一起的金屬板，金屬板 的厚度可達(dá)3毫米。兩個(gè)電極在固定金屬板的同時(shí)，還向金屬板輸送強(qiáng)電流。該方法的優(yōu)點(diǎn)包括：能源利用 效率較高，工件變形小，焊接速度快，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，而且無需焊料。由于電阻點(diǎn)焊的焊縫強(qiáng)度明顯 較低，這一工藝只適合于制造某些產(chǎn)品。它廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)，一輛普通汽

41、車上由工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行的焊 接點(diǎn)多達(dá)幾千處。一種特殊的點(diǎn)焊工藝(Shot welding )，可用于不銹鋼點(diǎn)焊。與點(diǎn)焊類似的一種焊接工藝稱為縫焊(Seam welding)，它通過電極施加壓力和電流來拼接金屬板?？p焊所采用的電極是軋輥形而非點(diǎn)形，電極可以滾動(dòng)來輸送金屬板，這使得縫焊能夠制造較長(zhǎng)的焊縫。在過去，這 種工藝被用于制造易拉罐，但現(xiàn)在已經(jīng)很少使用。其他的電阻焊工藝包括閃光焊(Flash welding )、凸焊(projection welding )、對(duì)焊(Upset welding ) 等 23。編輯能量束焊接能源束焊接工藝包括激光焊接(Laser beam welding， LBW

42、 )和電子束焊接(Electron beam welding，EBW)。它們都是相對(duì)較新的工藝，在高科技制造業(yè)中很受歡迎。這兩種工藝的原理相近，最顯著的區(qū)別 在于它們的能量來源。激光焊接法采用的是高度集中的激光束，而電子束焊接法則使用在真空室中發(fā)射的電 子束。由于兩種能量束都具有很高的能量密度，能量束焊接的熔深很大，而焊點(diǎn)很小。這兩種焊接工藝的工 作速度都很快，很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)效率極高。主要缺點(diǎn)是設(shè)備成本極其昂貴(雖然價(jià)格一直在下 降)，焊縫容易發(fā)生熱裂。在這個(gè)領(lǐng)域的新發(fā)展是激光復(fù)合焊(Laser-hybrid welding )，它結(jié)合了激光焊接和電弧焊的優(yōu)點(diǎn)，因此能夠獲得質(zhì)量更高的焊

43、縫24。編輯固態(tài)焊接和最早的焊接工藝鍛焊類似的是，一些現(xiàn)代焊接工藝也無需將材料熔化來形成連接。其中最流行的是超聲波 焊接(Ultrasonic welding )，它通過施加高頻聲波和壓力來連接金屬和熱塑塑料制成的板料和線。超聲波焊 接的設(shè)備和原理都和電阻焊類似，只是輸入的不是電流而是高頻振動(dòng)。這一焊接工藝焊接金屬時(shí)不會(huì)將金屬 加熱到熔化，焊縫的形成依賴的是水平振動(dòng)和壓力。焊接塑料的時(shí)候，則應(yīng)該在熔融溫度下施加垂直方向的 振動(dòng)。超聲波焊接常用于制造銅或鋁質(zhì)地的電氣接口，也多見于焊接復(fù)合材料。另一種較常見固態(tài)焊接工藝是爆炸焊(Explosion welding )，它的原理是使材料在爆炸產(chǎn)生的高

44、溫高壓作用 下形成連接。爆炸產(chǎn)生的沖擊使得材料短時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)岀可塑性，從而形成焊點(diǎn)，這一過程中只產(chǎn)生很少量的 熱量。這一工藝通常用于連接不同材料的焊接，如在船體或復(fù)合板上連接鋁制部件。其他固態(tài)焊接工藝包括 擠壓焊(Co-extrusion welding )、冷焊(Cold welding )、擴(kuò)散焊(Diffusion welding )、摩擦焊(Friction welding)(包括攪拌摩擦焊(Friction stir welding )、高頻焊(High frequency welding )、熱壓焊(Hot pressure welding)、感應(yīng)焊(Induction weldin

45、g )、熱軋焊 (Roll welding ) 25。編輯接頭型式常見的焊接接頭類型：(1) I形對(duì)接接頭；(2) V形對(duì)接接頭；(3)搭接接頭；(4) T形接頭。工件之間的焊接連接可以有多種接頭形式。五種基本接頭類型分別是：對(duì)接接頭、搭接接頭、角接接頭、端 接接頭、T形接頭。還有一些由此衍生的接頭形式存在，例如雙V形對(duì)接制備接頭，它的特點(diǎn)是把兩個(gè)待連接的材料都切屑成 V型尖角形狀。單U型和雙U型對(duì)接制備接頭也很常見，它們的接頭被加工成曲線狀的 U形，和V形接頭的直線型不同，搭接接頭可以用來連接兩件以上的材料，這取決于焊接工藝和材料的厚 度，一個(gè)搭接接頭可以焊接多個(gè)工件26。通常情況下，某些焊

46、接工藝不能或幾乎完全不能加工某些類型的接頭。例如，電阻點(diǎn)焊、激光焊和電子束焊 時(shí)常常采用搭接接頭。然而，一些焊接工藝，如手工電弧焊，幾乎可以采用任何接頭類型。值得一提的是， 有些焊接工藝允許進(jìn)行多次焊接：在一次焊接的焊縫冷卻之后，在其基礎(chǔ)上再焊一次。這樣就能夠以V形對(duì)接接頭來焊接較厚的工件27。一個(gè)焊接接頭的橫截面，顏色最深的部分是焊接區(qū)或稱熔化區(qū)，較淺的部分是熱影響區(qū)，顏色最淺的部分是 母材焊接結(jié)束之后，焊縫附近的材料顯示岀幾個(gè)區(qū)別明顯的區(qū)域。焊縫被稱為熔化區(qū)，更具體地說就是助焊劑融 化后填充的區(qū)域，熔化區(qū)的材料特性主要取決于所使用的助焊劑，以及助焊劑和母材的兼容性。熔化區(qū)周圍 的是熱影響區(qū)

47、(HAZ )，該區(qū)域的材料在焊接過程中產(chǎn)生了微觀結(jié)構(gòu)和特性上的變化，這些變化取決于母材 在受熱狀態(tài)下的特性。熱影響區(qū)的金屬性能往往不如母材和熔化區(qū)，殘余應(yīng)力就分布在這一區(qū)域28 編輯焊接質(zhì)量 衡量焊接質(zhì)量的主要指標(biāo)是焊點(diǎn)及其周邊材料的強(qiáng)度。影響強(qiáng)度的因素很多，包括焊接工藝、能量的注入形 式、母材、填充材料、助焊劑、接頭設(shè)計(jì)形式，以及上述因素間的相互作用。通常采用有損或無損檢測(cè)來檢 查焊接質(zhì)量，檢測(cè)的主要對(duì)象是焊點(diǎn)的缺陷、殘余應(yīng)力和變形的程度、熱影響區(qū)的性質(zhì)。焊接檢測(cè)有一整套 規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，來指導(dǎo)操作者采用適當(dāng)?shù)暮附庸に嚥⑴袛嗪附淤|(zhì)量。編輯熱影響區(qū)圖中藍(lán)色部分顯示了在 600C左右的焊接過程中造成

48、的金屬氧化。通過顏色來判斷焊接時(shí)的溫度是很準(zhǔn)確 的，但是顏色區(qū)域不代表熱影響區(qū)的大小。真正的熱影響區(qū)實(shí)際上是焊縫周圍很窄小的區(qū)域。焊接工藝對(duì)焊縫附近的金屬特性的影響是可以標(biāo)定的，不同焊接材料和焊接工藝會(huì)形成大小不一、特性各異 的熱影響區(qū)。母材的熱擴(kuò)散系數(shù)對(duì)熱影響區(qū)的性質(zhì)有很大的影響：較大的熱擴(kuò)散系數(shù)使得材料能以較快速度 冷卻，形成相對(duì)較小的熱影響區(qū)。與之相反的是，如果材料的熱擴(kuò)散系數(shù)較小，散熱困難，熱影響區(qū)相對(duì)就 較大。焊接工藝的熱能輸入量對(duì)熱影響區(qū)也有顯著的影響，如氧乙炔焊接中，由于熱量不是集中輸入的，會(huì) 形成較大的熱影響區(qū)。而諸如激光焊接這樣的工藝，能夠把有限的熱量集中輸岀，所造成的熱影響

49、區(qū)較小。 弧焊所造成的熱影響區(qū)則位于兩種極端情況之間，操作者水平往往決定了弧焊熱影響區(qū)的大小2930計(jì)算弧焊的熱輸入量，可以采用以下的公式:Q = left(fracV times I times 60S times 1000 right times mathitEfficiency式中Q為熱輸入量（kJ/mm） ， V為電壓（V），I為電流（A） ， S為焊接速度（mm/min ）。Efficiency （效 率）的取值取決于所采用的焊接工藝：手工電弧焊為0.75，氣體金屬電弧焊和埋弧焊為0.9，鎢極氣體保護(hù)電弧焊為0.831。編輯扭曲和斷裂由于焊接時(shí)金屬被加熱到熔化溫度，它們?cè)诶鋮s時(shí)會(huì)產(chǎn)生

50、收縮。收縮會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，并造成縱向和圓周方 向的扭曲。扭曲可能導(dǎo)致產(chǎn)品形狀的失控。為了消除扭曲，有時(shí)焊接時(shí)會(huì)引入一定的偏移量，以抵消冷卻造 成的扭曲32。限制扭曲的其他方法包括將工件夾緊，但是這樣可能導(dǎo)致熱影響區(qū)殘余應(yīng)力的增大。殘余應(yīng) 力會(huì)降低母材的機(jī)械性能，形成災(zāi)難性的冷裂紋。第二次世界大戰(zhàn)期間建造的多艘自由輪就岀現(xiàn)過這種問題 3334。冷裂紋僅見于鋼材料，它與鋼冷卻時(shí)形成馬氏體有關(guān)，斷裂多發(fā)生在母材的熱影響區(qū)。為了減少 扭曲和殘余應(yīng)力，應(yīng)該控制焊接的熱輸入量，單個(gè)材料上的焊接應(yīng)該一次完工，而不是分多次進(jìn)行。其他類型的裂紋，如熱裂紋和硬化裂紋，在所有金屬的焊接熔化區(qū)都可能岀現(xiàn)。為了減少裂紋

51、的岀現(xiàn)，金屬 焊接時(shí)不應(yīng)施加外力約束，并采用適當(dāng)?shù)闹竸?5。編輯可焊性焊接的質(zhì)量還取決于所采用的母材和填充材料。并非所有的金屬都能焊接，不同的母材需要搭配特定的助焊 劑。編輯鋼鐵不同鋼鐵材料的可焊性與其本身的硬化特性成反比，硬化特性指的是鋼鐵焊接后冷卻期間產(chǎn)生馬氏體的能 力。鋼鐵的硬化特性取決于它的化學(xué)成分，如果一塊鋼材料含有較高比例的碳和其他合金元素，它的硬化特 性指標(biāo)就較高，因此可焊性相對(duì)較低。要比較不同合金鋼的可焊性，可以采用以一種名為當(dāng)量碳含量的方 法，它可以反映岀不同合金鋼相對(duì)于普通碳鋼的可焊性。例如，鉻和釩對(duì)可焊性的影響要比銅和鎳高，而以 上合金元素的影響因子比碳都要小。合金鋼的

52、當(dāng)量碳含量越高，其可焊性就越低。如果為了取得較高的可焊 性而采用普通碳鋼和低合金鋼的話，產(chǎn)品的強(qiáng)度就相對(duì)較低一一可焊性和產(chǎn)品強(qiáng)度之間存在著微妙的權(quán)衡關(guān)系。1970年代開發(fā)出的高強(qiáng)度低合金鋼則克服了強(qiáng)度和可焊性之間的矛盾，這些合金鋼在擁有高強(qiáng)度的同 時(shí)也有很好的可焊性，使得它們成為焊接應(yīng)用的理想材料36。由于不銹鋼含有較高比例的鉻，所以對(duì)它的可焊性的分析不同于其他鋼材。不銹鋼中的奧氏體具有較好的可 焊性，但是奧氏體因其較高的熱膨脹系數(shù)而對(duì)扭曲十分敏感。一些奧氏體不銹鋼合金容易斷裂，因此降低了 它們的抗腐蝕性能。如果在焊接中不注意控制鐵素體的生成，就可能導(dǎo)致熱斷裂。為了解決這個(gè)問題，可以 采用一只

53、額外的電極頭，用來沉積一種含有少量鐵素體的焊縫金屬。鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼的可焊性 也不好，在焊接中必須要預(yù)熱，并用特殊焊接電極來焊接 37。編輯鋁鋁合金的可焊性隨著其所含合金元素的不同變化很大。鋁合金對(duì)熱斷裂的敏感度很高，因此在焊接時(shí)通常采 用高焊接速度、低熱輸入的方法。預(yù)熱可以降低焊接區(qū)域的溫度梯度，從而減少熱斷裂。但是預(yù)熱也會(huì)降低 母材的機(jī)械性能，并且不能在母材固定時(shí)施加。采用適當(dāng)?shù)慕宇^形式、兼容性更好的填充合金都能減少熱斷 裂的岀現(xiàn)。鋁合金在焊接之前應(yīng)清理表面，除去氧化物、油污和松散的雜質(zhì)。表面清理是非常重要的，因?yàn)?鋁合金焊接時(shí)，過多的氫會(huì)造成泡沫化，過多的氧會(huì)形成浮渣38。編輯

54、極端環(huán)境下的焊接水下焊接除了在工廠和修理店這樣的可控制環(huán)境下工作外，一些焊接工藝還可以在多種環(huán)境下進(jìn)行，如戶外、水下、 真空（如太空）。在戶外作業(yè)，如建筑建設(shè)和修理工作中，常采用手工電弧焊。需要保護(hù)氣體的焊接工藝通 常不能在戶外進(jìn)行，因?yàn)榭諝獾臒o序流動(dòng)會(huì)導(dǎo)致焊接失敗。手工電弧焊還可用于水下焊接，如焊接船體、水 下管道、海上作業(yè)平臺(tái)等。水下焊接較常用的工藝還有藥芯焊絲電弧焊等。在太空中進(jìn)行焊接也是可行的： 1969年，蘇聯(lián)宇航員第一次在真空環(huán)境下試驗(yàn)了手工電弧焊、等離子弧焊和電子束焊接。在那以后的幾十 年中，太空焊接技術(shù)得到了很大的發(fā)展。今天，研究者們?nèi)栽趪L試將不同的焊接技術(shù)轉(zhuǎn)移到真空中進(jìn)行，如 激光焊接、電阻焊和摩擦焊等。這些焊接技術(shù)在國(guó)際空間站的建設(shè)中起了很大的作用，透過真空焊接技術(shù)， 在地面搭建好的空間站子模塊得以在太空中組裝成型39。編輯保護(hù)措施焊工穿著