1.2　特種焊接方法的選擇

1.2.1　選擇焊接方法應考慮的因素

生產中選用焊接方法時，不但要了解各種焊接方法的特點和適用范圍，還要考慮產品的要求，然后根據所焊產品的結構、材料以及生產技術等作出選擇。選擇焊接方法應在保證焊接產品質量優良可靠的前提下，有良好的經濟效益，即生產率高、成本低、勞動條件好、綜合經濟指標好。為此選擇焊接方法應考慮下列因素。

（1）產品結構類型

焊接產品的結構類型可歸納為以下四類。

①結構件類　如橋梁、建筑、鍋爐及壓力容器、造船、金屬結構件等。結構件類焊縫一般較長，可選用埋弧自動焊、氣體保護焊，其中短焊縫、打底焊縫宜選用焊條電弧焊、氬弧焊。重要的焊接結構可選用電子束焊、等離子弧焊等。

②機械零部件類　如各種類型的機械零部件。對于機械零部件類產品，一般焊縫不會太長，可根據對焊接精度的要求，選用不同的焊接方法。一般精度和厚度的零件多用氣體保護焊，重型件用電渣焊、等離子弧焊，圓截面件可選用摩擦焊，精度高的工件可選用電子束焊、激光焊。

③半成品類　如工字鋼、螺旋鋼管、有縫鋼管等。半成品件的焊縫是規則的、大批量的，可選用易于機械化、自動化的埋弧焊、氣體保護焊、高頻焊等。

④微電子器件類　如電路板、半導體元器件等。微電子器件接頭一般要求密封、導電、定位精確，常選用電子束焊、激光焊、超聲波焊、擴散焊、釬焊等方法。

不同類型的產品有數種焊接方法可供選擇，采用哪種方法更為適宜，除了考慮產品類型之外，還應考慮工件厚度、接頭形式、焊縫位置、母材性能、生產技術條件、經濟效益等因素。

（2）工件厚度

不同焊接方法采用的熱源各異，各有最適宜的焊接厚度范圍。在限定的厚度范圍內，要求保證焊縫質量并獲得較高的生產率。常用焊接方法推薦的適用工件厚度如圖1.4所示。

（3）接頭形狀、位置

接頭形狀、位置是根據產品使用要求和母材厚度、形狀、性能等因素設計的，有搭接、角接、對接等形式。產品結構不同，接頭位置可能需要平焊、立焊、仰焊、全位置焊接等，這些因素都影響焊接方法的選擇。平對接焊是最易于焊接的位置，適合于多種焊接方法，便于選用生產率高、接頭質量好的焊接方法。不同焊接方法對接頭類型、焊接位置的適應能力是不同的。

（4）母材性能

被焊母材的物理化學、力學和冶金性能不同，直接影響焊接方法的選擇。對熱傳導快的金屬，如銅、鋁及其合金等，應選擇熱輸入大、焊透能力強的焊接方法。對熱敏感材料宜選用激光焊、超聲波焊等熱輸入較小的焊接方法。對難熔材料，如鉬、鉭等，宜選用電子束等高能束流的焊接方法。

對物理性能差異較大的異種材料的連接宜選用不易形成中間脆性相的固相焊接和激光焊接。對塑性區間寬的材料宜選用電阻焊。對母材強度和伸長率足夠大的材料才能進行爆炸焊。對活性金屬宜選用惰性氣體保護焊、等離子弧焊、真空電子束焊等焊接方法。鈦和鋯因為對氣體溶解度大，焊后易變脆，對這些金屬宜選用高真空電子束焊和真空擴散焊。對沉淀硬化不銹鋼，用電子束焊可以獲得力學性能優良的接頭。對于冶金相容性差的異種材料宜選用擴散焊、釬焊、爆炸焊等非液相結合的焊接方法。

（5）生產技術條件

技術水平、生產設備和材料消耗均影響焊接方法的選用。在能滿足生產需要的情況下，應盡量選用技術水平要求低、生產設備簡單、便宜和焊接材料消耗少的焊接方法，以便提高經濟效益。電子束焊、激光焊、等離子弧焊等，由于設備相對較復雜，要求更多的基礎知識和較高操作技術水平。真空電子束焊要有專用的真空室、電子槍和高壓電源，還需要對X射線的防護。激光焊需要大功率激光器以及專用工裝和輔助裝置。設備復雜程度直接影響經濟效益，是選擇焊接方法時要考慮的重要因素之一。材料消耗的類型和數量也直接影響經濟效益，在選擇焊接方法時應給予充分重視。

1.2.2　焊接技術的新發展

（1）提高生產率是推動焊接技術發展的重要驅動力

隨著科學技術的發展，焊接技術不斷進步。提高焊接生產率的途徑，一是提高焊接速度，二是提高焊接熔敷效率，三是減少坡口斷面及熔敷金屬量。為了提高焊接生產率，焊接工作者從提高焊接熔敷效率和減少填充金屬兩方面作了許多努力，如熔化極氣體保護焊中采用電流成形控制或多絲焊，能使焊接速度從0.5m/min提高到1～6m/min。窄間隙焊接利用單絲、雙絲或三絲進行焊接，所需熔敷金屬量成數倍地降低。電子束焊、等離子弧焊能夠一次焊透很深的厚度，對接接頭可以不開坡口，有更為廣闊的應用前景。

（2）提高焊接機械化、自動化水平是世界先進工業化國家的發展方向

機械化、自動化是提高焊接生產率、保證產品質量、改善勞動條件的重要手段。焊接生產自動化是焊接技術發展的方向。特種焊接技術由于工藝參數的控制要求嚴格，使得對機械化、自動化的要求更為迫切。焊接自動化的主要標志是焊接控制系統的智能化、焊接生產系統的柔性化和集成化。全部焊接工序（鋼板劃線、切割、裝配、焊接）機械化、自動化的優勢不僅在于提高了生產率，更重要的是提高了產品的質量。鋼板劃線、切割、開坡口全部采用計算機數字控制技術以后，零部件尺寸精度大大提高，焊接坡口表面粗糙度大幅度降低。

坡口幾何尺寸和裝配質量相當準確，在自動施焊之后，整個焊接結構工整、精確、美觀，完全改變了過去焊接車間人工操作的落后現象。電子及計算機技術的發展，尤其是計算機控制技術的發展，為特種焊接技術自動化打下了良好基礎。

（3）焊接過程智能化是提高焊接質量穩定性的重要方向

工業機器人作為現代制造技術發展的重要標志之一和新技術產業，對現代高技術產業各領域產生了重要影響。由于焊接制造工藝的復雜性和焊接質量要求嚴格，而焊接技術水平和勞動條件相對較差，因而焊接過程的智能化受到特殊重視，實現智能機器人焊接成為幾代焊接工作者追求的目標。智能機器人的出現迅速得到焊接界的熱烈響應。目前，全世界機器人中有30%以上用在焊接技術上。焊接機器人最初多應用于汽車工業中的點焊生產流水線上，近年來已經拓展到弧焊技術領域。

機器人雖然是一個高度自動化的裝備，但從自動控制的角度來看，它仍是一個程序控制的開環控制系統，不能根據焊接時的具體情況進行適時調節。為此智能化機器人焊接成為當前焊接發展的重要方向之一。智能化焊接的第一個發展重點是視覺系統，目前已開發出的視覺系統可使機器人根據焊接過程中的具體情況自動修改焊槍運動軌跡，有的還能根據坡口尺寸適時地調節工藝參數。國內已有大量的焊接機器人應用于各類自動化生產線上，但我國的焊接機器人發展與生產總體需求仍相差甚遠。目前的智能化焊接機器人仍處在初級階段，這方面的研究及發展將是一個長期的任務。

（4）新熱源的研究與開發是推動焊接技術發展的根本動力

焊接新熱源的開發將推動特種焊接技術的發展，促進新的焊接方法的產生。焊接工藝已成功地利用電弧、等離子弧、電子束、激光、超聲波、摩擦、微波等熱源形成相應的焊接方法。今后的發展將從改善現有熱源和開發新的更有效的熱源兩方面著手。

在改善現有熱源，提高焊接效率方面，如擴大激光器的能量、有效利用電子束能量、改善焊接設備性能、提高能量利用率都取得了進展。在開發焊接新能源方面，為了獲得更高的能量密度，可采用疊加和復合熱源，如在等離子弧中加激光，在電弧中加激光等。有些預熱焊也是出于這種考慮。進行太陽能焊接試驗也是為了尋求新的焊接熱源。

（5）新興工業的發展不斷推動焊接技術前進

焊接技術是一項與新興學科發展密切相關的先進制造技術，計算機技術、信息技術、電子技術、人工智能技術、數控及機器人技術的發展為焊接自動化與智能化提供了十分有利的技術基礎，已取得許多研究與應用成果并已滲透到眾多的應用領域中。高新技術、新材料的不斷發展與應用以及各種特殊環境對產品性能要求的不斷提高，對特種焊接技術及設備提出了更高的要求。最近20年來，在新興產業和基礎學科的帶動下，半自動焊、專機設備以及自動化焊接得到迅速發展。

逆變焊機的出現也是推動焊接技術和裝備前進的一個成功例子。逆變焊機體積小、重量輕，具有較高的技術特性，顯著的節能、節材等優點，受到國內外焊接界的重視，發展很快。目前世界上的主要焊接設備生產廠商基本上完成了全系列逆變焊機的商品化，使之成為先進技術的標志之一。

從20世紀80年代初的晶閘管逆變焊機開始，到場效應晶體管逆變焊機、大功率晶體管逆變焊機、IGBT逆變焊機等不斷推入市場，使焊接設備制造呈現出一個嶄新的景象。但是逆變焊機輸入電流產生畸變，存在較大的諧波，一些元器件的穩定性有待提高，焊機的功率因數并不很高。為此人們正在研究諧波控制技術，以便取得更好的效果。