1.2　特种焊接方法的选择

1.2.1　选择焊接方法应考虑的因素

生产中选用焊接方法时，不但要了解各种焊接方法的特点和适用范围，还要考虑产品的要求，然后根据所焊产品的结构、材料以及生产技术等作出选择。选择焊接方法应在保证焊接产品质量优良可靠的前提下，有良好的经济效益，即生产率高、成本低、劳动条件好、综合经济指标好。为此选择焊接方法应考虑下列因素。

（1）产品结构类型

焊接产品的结构类型可归纳为以下四类。

①结构件类　如桥梁、建筑、锅炉及压力容器、造船、金属结构件等。结构件类焊缝一般较长，可选用埋弧自动焊、气体保护焊，其中短焊缝、打底焊缝宜选用焊条电弧焊、氩弧焊。重要的焊接结构可选用电子束焊、等离子弧焊等。

②机械零部件类　如各种类型的机械零部件。对于机械零部件类产品，一般焊缝不会太长，可根据对焊接精度的要求，选用不同的焊接方法。一般精度和厚度的零件多用气体保护焊，重型件用电渣焊、等离子弧焊，圆截面件可选用摩擦焊，精度高的工件可选用电子束焊、激光焊。

③半成品类　如工字钢、螺旋钢管、有缝钢管等。半成品件的焊缝是规则的、大批量的，可选用易于机械化、自动化的埋弧焊、气体保护焊、高频焊等。

④微电子器件类　如电路板、半导体元器件等。微电子器件接头一般要求密封、导电、定位精确，常选用电子束焊、激光焊、超声波焊、扩散焊、钎焊等方法。

不同类型的产品有数种焊接方法可供选择，采用哪种方法更为适宜，除了考虑产品类型之外，还应考虑工件厚度、接头形式、焊缝位置、母材性能、生产技术条件、经济效益等因素。

（2）工件厚度

不同焊接方法采用的热源各异，各有最适宜的焊接厚度范围。在限定的厚度范围内，要求保证焊缝质量并获得较高的生产率。常用焊接方法推荐的适用工件厚度如图1.4所示。

（3）接头形状、位置

接头形状、位置是根据产品使用要求和母材厚度、形状、性能等因素设计的，有搭接、角接、对接等形式。产品结构不同，接头位置可能需要平焊、立焊、仰焊、全位置焊接等，这些因素都影响焊接方法的选择。平对接焊是最易于焊接的位置，适合于多种焊接方法，便于选用生产率高、接头质量好的焊接方法。不同焊接方法对接头类型、焊接位置的适应能力是不同的。

（4）母材性能

被焊母材的物理化学、力学和冶金性能不同，直接影响焊接方法的选择。对热传导快的金属，如铜、铝及其合金等，应选择热输入大、焊透能力强的焊接方法。对热敏感材料宜选用激光焊、超声波焊等热输入较小的焊接方法。对难熔材料，如钼、钽等，宜选用电子束等高能束流的焊接方法。

对物理性能差异较大的异种材料的连接宜选用不易形成中间脆性相的固相焊接和激光焊接。对塑性区间宽的材料宜选用电阻焊。对母材强度和伸长率足够大的材料才能进行爆炸焊。对活性金属宜选用惰性气体保护焊、等离子弧焊、真空电子束焊等焊接方法。钛和锆因为对气体溶解度大，焊后易变脆，对这些金属宜选用高真空电子束焊和真空扩散焊。对沉淀硬化不锈钢，用电子束焊可以获得力学性能优良的接头。对于冶金相容性差的异种材料宜选用扩散焊、钎焊、爆炸焊等非液相结合的焊接方法。

（5）生产技术条件

技术水平、生产设备和材料消耗均影响焊接方法的选用。在能满足生产需要的情况下，应尽量选用技术水平要求低、生产设备简单、便宜和焊接材料消耗少的焊接方法，以便提高经济效益。电子束焊、激光焊、等离子弧焊等，由于设备相对较复杂，要求更多的基础知识和较高操作技术水平。真空电子束焊要有专用的真空室、电子枪和高压电源，还需要对X射线的防护。激光焊需要大功率激光器以及专用工装和辅助装置。设备复杂程度直接影响经济效益，是选择焊接方法时要考虑的重要因素之一。材料消耗的类型和数量也直接影响经济效益，在选择焊接方法时应给予充分重视。

1.2.2　焊接技术的新发展

（1）提高生产率是推动焊接技术发展的重要驱动力

随着科学技术的发展，焊接技术不断进步。提高焊接生产率的途径，一是提高焊接速度，二是提高焊接熔敷效率，三是减少坡口断面及熔敷金属量。为了提高焊接生产率，焊接工作者从提高焊接熔敷效率和减少填充金属两方面作了许多努力，如熔化极气体保护焊中采用电流成形控制或多丝焊，能使焊接速度从0.5m/min提高到1～6m/min。窄间隙焊接利用单丝、双丝或三丝进行焊接，所需熔敷金属量成数倍地降低。电子束焊、等离子弧焊能够一次焊透很深的厚度，对接接头可以不开坡口，有更为广阔的应用前景。

（2）提高焊接机械化、自动化水平是世界先进工业化国家的发展方向

机械化、自动化是提高焊接生产率、保证产品质量、改善劳动条件的重要手段。焊接生产自动化是焊接技术发展的方向。特种焊接技术由于工艺参数的控制要求严格，使得对机械化、自动化的要求更为迫切。焊接自动化的主要标志是焊接控制系统的智能化、焊接生产系统的柔性化和集成化。全部焊接工序（钢板划线、切割、装配、焊接）机械化、自动化的优势不仅在于提高了生产率，更重要的是提高了产品的质量。钢板划线、切割、开坡口全部采用计算机数字控制技术以后，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。

坡口几何尺寸和装配质量相当准确，在自动施焊之后，整个焊接结构工整、精确、美观，完全改变了过去焊接车间人工操作的落后现象。电子及计算机技术的发展，尤其是计算机控制技术的发展，为特种焊接技术自动化打下了良好基础。

（3）焊接过程智能化是提高焊接质量稳定性的重要方向

工业机器人作为现代制造技术发展的重要标志之一和新技术产业，对现代高技术产业各领域产生了重要影响。由于焊接制造工艺的复杂性和焊接质量要求严格，而焊接技术水平和劳动条件相对较差，因而焊接过程的智能化受到特殊重视，实现智能机器人焊接成为几代焊接工作者追求的目标。智能机器人的出现迅速得到焊接界的热烈响应。目前，全世界机器人中有30%以上用在焊接技术上。焊接机器人最初多应用于汽车工业中的点焊生产流水线上，近年来已经拓展到弧焊技术领域。

机器人虽然是一个高度自动化的装备，但从自动控制的角度来看，它仍是一个程序控制的开环控制系统，不能根据焊接时的具体情况进行适时调节。为此智能化机器人焊接成为当前焊接发展的重要方向之一。智能化焊接的第一个发展重点是视觉系统，目前已开发出的视觉系统可使机器人根据焊接过程中的具体情况自动修改焊枪运动轨迹，有的还能根据坡口尺寸适时地调节工艺参数。国内已有大量的焊接机器人应用于各类自动化生产线上，但我国的焊接机器人发展与生产总体需求仍相差甚远。目前的智能化焊接机器人仍处在初级阶段，这方面的研究及发展将是一个长期的任务。

（4）新热源的研究与开发是推动焊接技术发展的根本动力

焊接新热源的开发将推动特种焊接技术的发展，促进新的焊接方法的产生。焊接工艺已成功地利用电弧、等离子弧、电子束、激光、超声波、摩擦、微波等热源形成相应的焊接方法。今后的发展将从改善现有热源和开发新的更有效的热源两方面着手。

在改善现有热源，提高焊接效率方面，如扩大激光器的能量、有效利用电子束能量、改善焊接设备性能、提高能量利用率都取得了进展。在开发焊接新能源方面，为了获得更高的能量密度，可采用叠加和复合热源，如在等离子弧中加激光，在电弧中加激光等。有些预热焊也是出于这种考虑。进行太阳能焊接试验也是为了寻求新的焊接热源。

（5）新兴工业的发展不断推动焊接技术前进

焊接技术是一项与新兴学科发展密切相关的先进制造技术，计算机技术、信息技术、电子技术、人工智能技术、数控及机器人技术的发展为焊接自动化与智能化提供了十分有利的技术基础，已取得许多研究与应用成果并已渗透到众多的应用领域中。高新技术、新材料的不断发展与应用以及各种特殊环境对产品性能要求的不断提高，对特种焊接技术及设备提出了更高的要求。最近20年来，在新兴产业和基础学科的带动下，半自动焊、专机设备以及自动化焊接得到迅速发展。

逆变焊机的出现也是推动焊接技术和装备前进的一个成功例子。逆变焊机体积小、重量轻，具有较高的技术特性，显著的节能、节材等优点，受到国内外焊接界的重视，发展很快。目前世界上的主要焊接设备生产厂商基本上完成了全系列逆变焊机的商品化，使之成为先进技术的标志之一。

从20世纪80年代初的晶闸管逆变焊机开始，到场效应晶体管逆变焊机、大功率晶体管逆变焊机、IGBT逆变焊机等不断推入市场，使焊接设备制造呈现出一个崭新的景象。但是逆变焊机输入电流产生畸变，存在较大的谐波，一些元器件的稳定性有待提高，焊机的功率因数并不很高。为此人们正在研究谐波控制技术，以便取得更好的效果。