先进材料制备与加工
王建国 材料工程 Z1205022
一、TIG、MIG、等离子弧焊、激光焊工艺特点及应用。 1. Tungsten Inert Gas，缩写TIG，中文名称是钨极惰性气体焊。
钨极惰性气体保护焊是在惰性气体的保护下，利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝(如果使用填充焊丝)的一种焊接方法。焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成气体保护层隔绝空气，以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区的有害影响，从而可获得优质的焊缝。保护气体主要采用氩气。
钨极惰性气体保护焊分为手工焊、半自动焊和自动焊三类。手工钨极氩弧焊时，焊枪的运动和添加填充焊丝完全靠手工操作；半自动钨极氩弧焊时，焊枪运动靠手工操作，但填充焊丝则由送丝机构自动送进；自动钨极氩弧焊时，如工件固定电弧运动，则焊枪安装在焊接小车上，小车的行走和填充焊丝的送进均由机械完成。在自动钨极氩弧焊中，填充焊丝可以用冷丝或热丝的方式添加。热丝是指填充焊丝经预热后再添加到熔池中去，这样可大大提高熔敷速度。某些场合，例如薄板焊接或打底焊道，有时不必添加填充焊丝。
钨极氩弧焊的特点钨极氩弧焊的优点是：由于焊缝被保护得好，故焊缝金属纯度高、性能好；焊接时加热集中，所以焊件变形小；电弧稳定性好，在小电流（
2.MIG—metal inert-gas welding，中文名称为熔化极惰性气体保护焊。
熔化极惰性气体保护焊又称MIG（Metal Inertia Gas ）焊，它是利用氩气或富氩气体作为保护介质，采用连续送进可熔化的焊丝与燃烧于焊丝焊丝工件间的电弧作为热源的电弧焊。
MIG焊的主要优点如下：1.在氩或富氩气体保护下的焊接电弧稳定。2.由于MIG焊熔滴过渡均匀和稳定，所以焊缝成形均匀、美观。3.电弧气氛的氧化性很弱。4.大大地提高了焊接工艺性和焊接效率。其缺点为：①熔化极气体保护焊比手工电弧焊的焊接设备更复杂、价格高，并且使用时不轻便、灵活。②熔化极气体保护焊焊枪较大，焊接缆线比较僵硬、不灵活，因此不适合焊接密封舱体结构。③熔化极气体保护焊焊枪的尺寸较大，并且焊丝伸出长度为12～25mm，不易观察焊接电弧和得到高质量的焊缝。④采用熔化极气体保护焊进行室外焊接时，常常受到天气或防护措施的限制。为了避免焊接时保护气体发生爆炸，应对保护气体气瓶采取防护措施。当室外风速超过2.2 m/s时，不易采用熔化极气体保护焊进行焊接。
MIG焊接质量稳定可靠，最适于焊接铝、铜、钛及其合金等有色金属中厚板，也适用于焊接不锈钢、耐热钢和低合金钢等，而且还可以焊接许多活泼金属及其合金，如：铝及铝合金、镁及镁合金等。
3.等离子弧焊
等离子弧焊是利用等离子弧作为热源的焊接方法。气体由电弧加热产生离解，在高速通过水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，形成等离子弧。
等离子弧焊与TIG焊十分相似，它们的电弧都是在尖头的钨电极和工件之间形成的。但是，通过在焊炬中安置电极，能将等离子弧从保护气体的气囊中分离出来，随后推动等离
子通过孔型良好的铜喷管将弧压缩。通过改变孔的直径和等离子气流速度，可以实现三种操作方式：
(1)微束等离子弧焊：30A以下的熔透型等离子弧焊
是指电流在30A以下的熔透型等离子弧焊，通常称为微束等离子弧焊。为了保证小电流等离子弧的稳定，一般采用混合型等离子弧。主要用于超薄件的焊接。
(2)熔透型等离子弧焊：15～200A
它是采用较小的焊接电流和较小的离子气流量，等离子弧在焊接过程中只熔化焊件不产生小孔效应，焊接方法与钨极氩弧焊很相似，焊接时可以不添加金属，主要用于薄板（0.5～
2.5mm）的焊接。
(3)穿透型等离子弧焊：100～300A
又称穿孔型焊接法，通过增加焊接电流和等离子气流速度，可产生强有力的等离子束，利用它温度高、能量密度强、穿透力强的特点，焊接时等离子弧把焊件完全熔透并在等离子流量的作用下形成一个穿透焊件的小孔（小孔背面露出等离子弧），形成了正反面都有波纹的焊缝，即所谓的“小孔效应”，焊接时一般不加金属。适用于3～8mm的不锈钢、12mm以下的钛合金、2～6mm低碳钢低合金钢以及铜、黄铜和镍及镍合金的焊接。
使用等离子弧焊时，通常采用直流电流和垂降特性电源。由于从特别的焊炬排列方式和各自分离的等离子、保护气流中获得了独特的操作特性，可在等离子控制台上增加一个普通的TIG电源，还可以使用特别组建的等离子系统。采用正弦波交流电时，不容易使等离子弧稳定。当电极和工件间距较长且等离子被压缩时，等离子弧很难发挥作用，而且，在正半周期内，过热的电极会使导电嘴变成球形，从而干扰弧的稳定。
常用的等离子弧焊基本方法有小孔型等离子弧焊、熔透型等离子弧焊和微束等离子弧焊三种。
等离子弧焊工艺特点：
（1）微束等离子弧焊可以焊接箔材和薄板。
（2）具有小孔效应，能较好实现单面焊双面自由成形。
（3）等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强，10～12mm厚度钢材可不开坡口，能一次焊透双面成形，焊接速度快，生产率高，应力变形小。
（4）设备比较复杂，气体耗量大，只宜于室内焊接。
等离子弧焊广泛用于工业生产，特别是航空航天等军工和尖端工业技术所用的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接，如钛合金的导弹壳体，飞机上的一些薄壁容器等。
4. 激光焊
激光焊是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的一种高效精密的焊接方法。
按控制方式可分：手动式激光焊接机，自动激光焊接机，振镜式激光焊接机
按激光器可分：YAG激光焊接机，半导体激光焊接机，光纤激光焊接。
激光焊接有两种基本模式：激光热导焊和激光深熔焊，前者所用激光功率密度较低（105～106W/cm2），工件吸收激光后，仅达到表面熔化，然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池。这种焊接模式熔深浅，深宽比较小。后者激光功率密度高（106～
107W/cm2），工件吸收激光后迅速熔化乃至气化，熔化的金属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不断延伸，直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动时，小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方，凝
固后形成焊缝。这种焊接模式熔深大，深宽比也大。在机械制造领域，除了那些微薄零件之外，一般应选用深熔焊。
深熔焊过程产生的金属蒸气和保护气体，在激光作用下发生电离，从而在小孔内部和上方形成等离子体，通常可辅加侧吹气驱除或削弱等离子体。
激光焊的主要工艺特点有：可将入热量降到最低的需要量，热影响区金相变化范围小，且因热传导所导致的变形亦最低；32mm板厚单道焊接的焊接工艺参数业经检定合格，可降低厚板焊接所需的时间甚至可省掉填料金属的使用；不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑。且因不属于接触式焊接制程，机具的耗损及变形接可降至最低；激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放置在离工件适当之距离，且可在工件周围的机具或障碍间再导引，其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥；工件可放置在封闭的空间（经抽真空或内部气体环境在控制下）；激光束可聚焦在很小的区域，可焊接小型且间隔相近的部件；可焊材质种类范围大，亦可相互接合各种异质材料；易于以自动化进行高速焊接，亦可以数位或电脑控制；焊接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接般易有回熔的困扰；不受磁场所影响（电弧焊接及电子束焊接则容易），能精确的对准焊件；可焊接不同物性（如不同电阻）的两种金属；不需真空，亦不需做X射线防护；若以穿孔式焊接，焊道深一宽比可达10:1；可以切换装置将激光束传送至多个工作站。
激光焊的应用：汽车工业中的在线激光焊接大量用在白车身冲压零件的装配和连接，车身结构件、车身制造。齿轮及传动部件的焊接也都是采用激光焊；造船中,采用光纤激光技术,可以无需进行焊接边缘预处理和焊前或焊后热处理就能将部件焊接在一起；飞机大蒙皮的拼接、蒙皮与长桁的焊接以及机身附件的装配中都会大量使用了激光束焊接技术，同时激光焊也多见于薄壁零件的制造中,如进气道、波纹管、输油管道、变截面导管和异型封闭件；在医学生，激光焊也有着广泛的应用。
二、双相不锈钢、高温合金、铝基复合材料、陶瓷材料焊接中的问题及焊接技术。
1. 双相不锈钢（Duplex Stainless Steel，简称DSS），指铁素体与奥氏体各约占50%，一般较少相的含量最少也需要达到30%的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。
该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。
双相不锈钢焊接中的问题：(1) 含N量影响，随着混合气体中 N2分压 PN2的增加，随着混合气体中 N2分压 PN2的增加，同样的铁素体相含量φ(α)，母材的抗拉强度和伸长率均高于焊缝。双相不锈钢焊缝金属中含 N 量提高后可以改善接头的冲击韧性。(2)热输入的影响，焊接时如果热输入太大，焊缝热影响区范围增大，金相组织也趋于晶粒粗大、紊乱，造成脆化，主要表现为焊接接头的塑性指标下降。(3) σ相脆化，焊缝金属中的σ相脆化倾向比母材要大得多。(4) 氢致裂纹，双相不锈钢焊接接头的氢脆通常发生于α相，且氢脆的敏感性随焊接时峰值温度的升高而增加。(5) 应力腐蚀开裂，母材和焊缝金属中的裂纹都起始于α/γ界面的α相一侧，并在α相内扩展。奥氏体（γ）由于其固有的低氢脆敏感性，因此，可起到阻挡裂纹扩展的作用。(6) 点蚀问题，在双相不锈钢焊接过程中，合理控制焊接线能量是获得高质量双相不锈钢接头的关键。线能量过小，焊缝金属及热影响区的冷却速度过快，奥氏体来不及析出，从而使组织中的铁素体相含量增多；如线能量过大，尽管组织中能形成足量的奥氏体，但也会引起热影响区内的铁素体晶粒长大以及σ相等有害相的析出。
采用的焊接工艺为：焊接线能量在0.2-1.5KJ/mm、焊前不预热、、层间温度控制不大于150℃、焊后不进行热处理、覆盖层加焊退火焊、RT合格后磨去的焊接工艺，这样可以是材料具有较好的耐晶间腐蚀。
2.高温合金
(1)热影响区硬化及冷裂纹，与低碳调质钢基本相同。
防治措施：采用低氢型焊条和控制焊接热输入在合适的范围，预热、后热等措施。
(2)再热裂纹
防治措施：1) 采用高温塑性高于母材的焊接材料，限制木材与焊材合金成分，严格限制V、Ti、Nb等合金元素的含量。
2)预热温度提高到250℃以上，层间温度300℃左右。
3)采用小的热输入，减小焊接过热区宽度，细化晶粒。
3.铝基复合材料
铝基复合材料焊接中的几大难点：1)焊接接头软化严重，强度系数低，这也是阻碍铝合金应用的最大障碍；2)表面易产生难熔氧化膜（Al2O3其熔点为2060℃），这就需要采用大功率密度的焊接工艺；3)焊接容易产生气孔；4)焊接容易产生热裂纹；5)线膨胀系数大，易产生焊接变形；6)热导率大(约为钢的4倍)，相同焊接速度下，热输入要比焊接钢材大2~4倍。因此，铝基复合材料焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。
铝基复合材料的焊接主要考虑三个方面：首先，确定焊接方法，一般采用惰性气体保护焊，如钨极氩弧焊(TIG)和熔化极氩弧焊(MIG)。其次确定焊接材料，焊丝一般采用与母材成分相同的焊丝。最后，还要确定是否采用预热等工艺措施，焊接时当壁厚大于25mm时，要预热，一般预热温度在250℃以上。
4.陶瓷材料
不论陶瓷与金属焊接，还是用金属填充材料焊接陶瓷与陶瓷时都存在陶瓷/金属界面的结合问题。由于陶瓷与金属在电子结队晶体结构、力学性能、热物理性能以及化学性能等方面存在着明显的差别，因此要实现陶瓷/金属界面的冶金结合是非常困难的；用常规的焊接材料和工艺几乎无法获得可靠的连接，尤其是熔化焊。因为一些陶瓷（如SiC、Si3N4、BN）在熔化前就升华或分解，另一些陶瓷（如MgO）熔化时迅速蒸发，其他能熔化的陶瓷，也很难与金属熔合在一起形成组织和性能满意的接头。到目前只有个别用熔化焊方法焊接氧化物陶瓷的报道，如用电子束将Mo、Nb、W或可伐合金丝熔合到Al2O3绝缘体上以及用激光焊接Al2O3等。现有的较成功的焊接方法都是在陶瓷不熔化的条件下进行的，如研究得最多的钎焊与扩散焊。用这些方法焊接陶瓷时的关键问题为：
（1）界面反应问题 无论是扩散焊还是钎焊，陶瓷/金属界面的结合机制都属于化学结合。陶瓷钎焊时钎料熔化后能否与陶瓷润湿也取决于界面反应；没有界面反应就不能润湿，不能结合。因此，钎焊时陶瓷/金属的界面反应不仅是产生化学结合的必要条件，而且也是润湿陶瓷的先决条件。例如用常规的Ag-Cu钎料钎焊Si3N4时，既不润湿又不结合；而用含有活性元素Ti的Ag-Cu-Ti钎料钎焊时，润湿和结合都很好。根据热力学条件，活性元素的选择原则是以其与陶瓷之间反应的自由能变化ΔG0为准则。在扩散焊时为获得好的界面结合，金属也必须对陶瓷具有活性，例如Si3N4与Al的焊接；若金属的活性很差时，须采用加活性中间层的办法。
（2）界面两侧的热-力学的匹配问题 由于陶瓷和金属之间的热膨胀系数相差很大，因此由焊接温度冷却下来后会产生很大的热应力，降低了接头的断裂强度。甚至开裂。目前主要的解决办法是在陶瓷和金属之间加中间层。作为中间层的金属有两类：①热膨胀系数小的金属；②屈服点σs和弹性模量E低的软金属。但通常二者是相互矛盾的。软金属（如Cu）的热膨
胀系数都很大，而膨胀系数小的金属（如W、Mo）的σs、E均较大。通过有限元计算和拉伸试验的结果，说明用软金属Cu作中间层比用低热膨胀系的W、Mo作中间层的降低热应力效果好，而且所得接头的抗拉强度高。如同时采用这两类材料的复合中间层则效果更好。
陶瓷材料焊接中遇到的问题：
1）为充分发挥陶瓷耐高温的特性，必须解决接头的高温性能。
2）目前的试验都是采用小试样，内应力问题不很突出，在大面积和复杂零件的焊接时，陶瓷前开裂和低应力破坏是一个严重问题，必须进步研究降低内应力的办法。
3）目前的陶瓷焊接主要都在真空中进行，效率低、成本高，必须研究非真空的高效低成本焊接方法。
其中1）、2）两个问题是关键，而且二者密切相关，又相互矛盾。从提高接头使用温度出发应采用高温钎料和耐高温的中间层，这是目前普遍采用的办法，但带来了很大的负面作用，即提高了焊接内应力。从降低内应力出发，应尽量降低焊接温度，采用低温钎料和软金属的中间层，但限制了接头的使用温度。为解决好这对矛盾，必须研究能在低温焊接，高温使用的特殊材料和特殊工艺。低熔点过渡液相扩散焊或低熔点钎料的扩散钎焊都是很有吸引力的解决办法；另外，可以采用陶瓷与金属的高温梯度材料来解决高温焊接时的接头内应力问题以及采用非晶态钎料或中间层来降低钎焊温度和扩散焊温度。
三、焊接结构中焊缝布置原则。
焊接机构中焊缝的布置原则：1、避开应力最大处；2、焊缝远离加工面；3、对称布置变形小；4、焊缝布置求分散；5、便于操作想周到；6、尽量平焊效率高。
具体分析：
1 焊缝布置应尽量分散。焊缝密集或交叉，会造成金属过热，加大热影响区，使组织恶化。因此 两条焊缝的间距一般要求大于三倍的板厚，且不小于100mm。
2 焊缝的位置应尽可能对称布置。这样焊后不会发生明显的变形。
3 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置。 对受力较大，结构较复杂的焊接结构件，在最大应力断面和应力集中位置不应该布置焊缝。
4 焊缝应尽量避开机械加工表面。有些焊接结构使一些零件，需要进行机械加工 ，如焊接轮毂，配管件，焊接支架等，其焊缝位置的设计应该尽可能距离已加工表面远一些; 5 焊缝位置应该便于焊缝操作。布置焊缝时，要考虑到有足够的操作空间。
6焊缝应尽量放在平焊位置，减少横焊焊缝
先进材料制备与加工
王建国 材料工程 Z1205022
一、TIG、MIG、等离子弧焊、激光焊工艺特点及应用。 1. Tungsten Inert Gas，缩写TIG，中文名称是钨极惰性气体焊。
钨极惰性气体保护焊是在惰性气体的保护下，利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝(如果使用填充焊丝)的一种焊接方法。焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成气体保护层隔绝空气，以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区的有害影响，从而可获得优质的焊缝。保护气体主要采用氩气。
钨极惰性气体保护焊分为手工焊、半自动焊和自动焊三类。手工钨极氩弧焊时，焊枪的运动和添加填充焊丝完全靠手工操作；半自动钨极氩弧焊时，焊枪运动靠手工操作，但填充焊丝则由送丝机构自动送进；自动钨极氩弧焊时，如工件固定电弧运动，则焊枪安装在焊接小车上，小车的行走和填充焊丝的送进均由机械完成。在自动钨极氩弧焊中，填充焊丝可以用冷丝或热丝的方式添加。热丝是指填充焊丝经预热后再添加到熔池中去，这样可大大提高熔敷速度。某些场合，例如薄板焊接或打底焊道，有时不必添加填充焊丝。
钨极氩弧焊的特点钨极氩弧焊的优点是：由于焊缝被保护得好，故焊缝金属纯度高、性能好；焊接时加热集中，所以焊件变形小；电弧稳定性好，在小电流（
2.MIG—metal inert-gas welding，中文名称为熔化极惰性气体保护焊。
熔化极惰性气体保护焊又称MIG（Metal Inertia Gas ）焊，它是利用氩气或富氩气体作为保护介质，采用连续送进可熔化的焊丝与燃烧于焊丝焊丝工件间的电弧作为热源的电弧焊。
MIG焊的主要优点如下：1.在氩或富氩气体保护下的焊接电弧稳定。2.由于MIG焊熔滴过渡均匀和稳定，所以焊缝成形均匀、美观。3.电弧气氛的氧化性很弱。4.大大地提高了焊接工艺性和焊接效率。其缺点为：①熔化极气体保护焊比手工电弧焊的焊接设备更复杂、价格高，并且使用时不轻便、灵活。②熔化极气体保护焊焊枪较大，焊接缆线比较僵硬、不灵活，因此不适合焊接密封舱体结构。③熔化极气体保护焊焊枪的尺寸较大，并且焊丝伸出长度为12～25mm，不易观察焊接电弧和得到高质量的焊缝。④采用熔化极气体保护焊进行室外焊接时，常常受到天气或防护措施的限制。为了避免焊接时保护气体发生爆炸，应对保护气体气瓶采取防护措施。当室外风速超过2.2 m/s时，不易采用熔化极气体保护焊进行焊接。
MIG焊接质量稳定可靠，最适于焊接铝、铜、钛及其合金等有色金属中厚板，也适用于焊接不锈钢、耐热钢和低合金钢等，而且还可以焊接许多活泼金属及其合金，如：铝及铝合金、镁及镁合金等。
3.等离子弧焊
等离子弧焊是利用等离子弧作为热源的焊接方法。气体由电弧加热产生离解，在高速通过水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，形成等离子弧。
等离子弧焊与TIG焊十分相似，它们的电弧都是在尖头的钨电极和工件之间形成的。但是，通过在焊炬中安置电极，能将等离子弧从保护气体的气囊中分离出来，随后推动等离
子通过孔型良好的铜喷管将弧压缩。通过改变孔的直径和等离子气流速度，可以实现三种操作方式：
(1)微束等离子弧焊：30A以下的熔透型等离子弧焊
是指电流在30A以下的熔透型等离子弧焊，通常称为微束等离子弧焊。为了保证小电流等离子弧的稳定，一般采用混合型等离子弧。主要用于超薄件的焊接。
(2)熔透型等离子弧焊：15～200A
它是采用较小的焊接电流和较小的离子气流量，等离子弧在焊接过程中只熔化焊件不产生小孔效应，焊接方法与钨极氩弧焊很相似，焊接时可以不添加金属，主要用于薄板（0.5～
2.5mm）的焊接。
(3)穿透型等离子弧焊：100～300A
又称穿孔型焊接法，通过增加焊接电流和等离子气流速度，可产生强有力的等离子束，利用它温度高、能量密度强、穿透力强的特点，焊接时等离子弧把焊件完全熔透并在等离子流量的作用下形成一个穿透焊件的小孔（小孔背面露出等离子弧），形成了正反面都有波纹的焊缝，即所谓的“小孔效应”，焊接时一般不加金属。适用于3～8mm的不锈钢、12mm以下的钛合金、2～6mm低碳钢低合金钢以及铜、黄铜和镍及镍合金的焊接。
使用等离子弧焊时，通常采用直流电流和垂降特性电源。由于从特别的焊炬排列方式和各自分离的等离子、保护气流中获得了独特的操作特性，可在等离子控制台上增加一个普通的TIG电源，还可以使用特别组建的等离子系统。采用正弦波交流电时，不容易使等离子弧稳定。当电极和工件间距较长且等离子被压缩时，等离子弧很难发挥作用，而且，在正半周期内，过热的电极会使导电嘴变成球形，从而干扰弧的稳定。
常用的等离子弧焊基本方法有小孔型等离子弧焊、熔透型等离子弧焊和微束等离子弧焊三种。
等离子弧焊工艺特点：
（1）微束等离子弧焊可以焊接箔材和薄板。
（2）具有小孔效应，能较好实现单面焊双面自由成形。
（3）等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强，10～12mm厚度钢材可不开坡口，能一次焊透双面成形，焊接速度快，生产率高，应力变形小。
（4）设备比较复杂，气体耗量大，只宜于室内焊接。
等离子弧焊广泛用于工业生产，特别是航空航天等军工和尖端工业技术所用的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接，如钛合金的导弹壳体，飞机上的一些薄壁容器等。
4. 激光焊
激光焊是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的一种高效精密的焊接方法。
按控制方式可分：手动式激光焊接机，自动激光焊接机，振镜式激光焊接机
按激光器可分：YAG激光焊接机，半导体激光焊接机，光纤激光焊接。
激光焊接有两种基本模式：激光热导焊和激光深熔焊，前者所用激光功率密度较低（105～106W/cm2），工件吸收激光后，仅达到表面熔化，然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池。这种焊接模式熔深浅，深宽比较小。后者激光功率密度高（106～
107W/cm2），工件吸收激光后迅速熔化乃至气化，熔化的金属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不断延伸，直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动时，小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方，凝
固后形成焊缝。这种焊接模式熔深大，深宽比也大。在机械制造领域，除了那些微薄零件之外，一般应选用深熔焊。
深熔焊过程产生的金属蒸气和保护气体，在激光作用下发生电离，从而在小孔内部和上方形成等离子体，通常可辅加侧吹气驱除或削弱等离子体。
激光焊的主要工艺特点有：可将入热量降到最低的需要量，热影响区金相变化范围小，且因热传导所导致的变形亦最低；32mm板厚单道焊接的焊接工艺参数业经检定合格，可降低厚板焊接所需的时间甚至可省掉填料金属的使用；不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑。且因不属于接触式焊接制程，机具的耗损及变形接可降至最低；激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放置在离工件适当之距离，且可在工件周围的机具或障碍间再导引，其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥；工件可放置在封闭的空间（经抽真空或内部气体环境在控制下）；激光束可聚焦在很小的区域，可焊接小型且间隔相近的部件；可焊材质种类范围大，亦可相互接合各种异质材料；易于以自动化进行高速焊接，亦可以数位或电脑控制；焊接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接般易有回熔的困扰；不受磁场所影响（电弧焊接及电子束焊接则容易），能精确的对准焊件；可焊接不同物性（如不同电阻）的两种金属；不需真空，亦不需做X射线防护；若以穿孔式焊接，焊道深一宽比可达10:1；可以切换装置将激光束传送至多个工作站。
激光焊的应用：汽车工业中的在线激光焊接大量用在白车身冲压零件的装配和连接，车身结构件、车身制造。齿轮及传动部件的焊接也都是采用激光焊；造船中,采用光纤激光技术,可以无需进行焊接边缘预处理和焊前或焊后热处理就能将部件焊接在一起；飞机大蒙皮的拼接、蒙皮与长桁的焊接以及机身附件的装配中都会大量使用了激光束焊接技术，同时激光焊也多见于薄壁零件的制造中,如进气道、波纹管、输油管道、变截面导管和异型封闭件；在医学生，激光焊也有着广泛的应用。
二、双相不锈钢、高温合金、铝基复合材料、陶瓷材料焊接中的问题及焊接技术。
1. 双相不锈钢（Duplex Stainless Steel，简称DSS），指铁素体与奥氏体各约占50%，一般较少相的含量最少也需要达到30%的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。
该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。
双相不锈钢焊接中的问题：(1) 含N量影响，随着混合气体中 N2分压 PN2的增加，随着混合气体中 N2分压 PN2的增加，同样的铁素体相含量φ(α)，母材的抗拉强度和伸长率均高于焊缝。双相不锈钢焊缝金属中含 N 量提高后可以改善接头的冲击韧性。(2)热输入的影响，焊接时如果热输入太大，焊缝热影响区范围增大，金相组织也趋于晶粒粗大、紊乱，造成脆化，主要表现为焊接接头的塑性指标下降。(3) σ相脆化，焊缝金属中的σ相脆化倾向比母材要大得多。(4) 氢致裂纹，双相不锈钢焊接接头的氢脆通常发生于α相，且氢脆的敏感性随焊接时峰值温度的升高而增加。(5) 应力腐蚀开裂，母材和焊缝金属中的裂纹都起始于α/γ界面的α相一侧，并在α相内扩展。奥氏体（γ）由于其固有的低氢脆敏感性，因此，可起到阻挡裂纹扩展的作用。(6) 点蚀问题，在双相不锈钢焊接过程中，合理控制焊接线能量是获得高质量双相不锈钢接头的关键。线能量过小，焊缝金属及热影响区的冷却速度过快，奥氏体来不及析出，从而使组织中的铁素体相含量增多；如线能量过大，尽管组织中能形成足量的奥氏体，但也会引起热影响区内的铁素体晶粒长大以及σ相等有害相的析出。
采用的焊接工艺为：焊接线能量在0.2-1.5KJ/mm、焊前不预热、、层间温度控制不大于150℃、焊后不进行热处理、覆盖层加焊退火焊、RT合格后磨去的焊接工艺，这样可以是材料具有较好的耐晶间腐蚀。
2.高温合金
(1)热影响区硬化及冷裂纹，与低碳调质钢基本相同。
防治措施：采用低氢型焊条和控制焊接热输入在合适的范围，预热、后热等措施。
(2)再热裂纹
防治措施：1) 采用高温塑性高于母材的焊接材料，限制木材与焊材合金成分，严格限制V、Ti、Nb等合金元素的含量。
2)预热温度提高到250℃以上，层间温度300℃左右。
3)采用小的热输入，减小焊接过热区宽度，细化晶粒。
3.铝基复合材料
铝基复合材料焊接中的几大难点：1)焊接接头软化严重，强度系数低，这也是阻碍铝合金应用的最大障碍；2)表面易产生难熔氧化膜（Al2O3其熔点为2060℃），这就需要采用大功率密度的焊接工艺；3)焊接容易产生气孔；4)焊接容易产生热裂纹；5)线膨胀系数大，易产生焊接变形；6)热导率大(约为钢的4倍)，相同焊接速度下，热输入要比焊接钢材大2~4倍。因此，铝基复合材料焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。
铝基复合材料的焊接主要考虑三个方面：首先，确定焊接方法，一般采用惰性气体保护焊，如钨极氩弧焊(TIG)和熔化极氩弧焊(MIG)。其次确定焊接材料，焊丝一般采用与母材成分相同的焊丝。最后，还要确定是否采用预热等工艺措施，焊接时当壁厚大于25mm时，要预热，一般预热温度在250℃以上。
4.陶瓷材料
不论陶瓷与金属焊接，还是用金属填充材料焊接陶瓷与陶瓷时都存在陶瓷/金属界面的结合问题。由于陶瓷与金属在电子结队晶体结构、力学性能、热物理性能以及化学性能等方面存在着明显的差别，因此要实现陶瓷/金属界面的冶金结合是非常困难的；用常规的焊接材料和工艺几乎无法获得可靠的连接，尤其是熔化焊。因为一些陶瓷（如SiC、Si3N4、BN）在熔化前就升华或分解，另一些陶瓷（如MgO）熔化时迅速蒸发，其他能熔化的陶瓷，也很难与金属熔合在一起形成组织和性能满意的接头。到目前只有个别用熔化焊方法焊接氧化物陶瓷的报道，如用电子束将Mo、Nb、W或可伐合金丝熔合到Al2O3绝缘体上以及用激光焊接Al2O3等。现有的较成功的焊接方法都是在陶瓷不熔化的条件下进行的，如研究得最多的钎焊与扩散焊。用这些方法焊接陶瓷时的关键问题为：
（1）界面反应问题 无论是扩散焊还是钎焊，陶瓷/金属界面的结合机制都属于化学结合。陶瓷钎焊时钎料熔化后能否与陶瓷润湿也取决于界面反应；没有界面反应就不能润湿，不能结合。因此，钎焊时陶瓷/金属的界面反应不仅是产生化学结合的必要条件，而且也是润湿陶瓷的先决条件。例如用常规的Ag-Cu钎料钎焊Si3N4时，既不润湿又不结合；而用含有活性元素Ti的Ag-Cu-Ti钎料钎焊时，润湿和结合都很好。根据热力学条件，活性元素的选择原则是以其与陶瓷之间反应的自由能变化ΔG0为准则。在扩散焊时为获得好的界面结合，金属也必须对陶瓷具有活性，例如Si3N4与Al的焊接；若金属的活性很差时，须采用加活性中间层的办法。
（2）界面两侧的热-力学的匹配问题 由于陶瓷和金属之间的热膨胀系数相差很大，因此由焊接温度冷却下来后会产生很大的热应力，降低了接头的断裂强度。甚至开裂。目前主要的解决办法是在陶瓷和金属之间加中间层。作为中间层的金属有两类：①热膨胀系数小的金属；②屈服点σs和弹性模量E低的软金属。但通常二者是相互矛盾的。软金属（如Cu）的热膨
胀系数都很大，而膨胀系数小的金属（如W、Mo）的σs、E均较大。通过有限元计算和拉伸试验的结果，说明用软金属Cu作中间层比用低热膨胀系的W、Mo作中间层的降低热应力效果好，而且所得接头的抗拉强度高。如同时采用这两类材料的复合中间层则效果更好。
陶瓷材料焊接中遇到的问题：
1）为充分发挥陶瓷耐高温的特性，必须解决接头的高温性能。
2）目前的试验都是采用小试样，内应力问题不很突出，在大面积和复杂零件的焊接时，陶瓷前开裂和低应力破坏是一个严重问题，必须进步研究降低内应力的办法。
3）目前的陶瓷焊接主要都在真空中进行，效率低、成本高，必须研究非真空的高效低成本焊接方法。
其中1）、2）两个问题是关键，而且二者密切相关，又相互矛盾。从提高接头使用温度出发应采用高温钎料和耐高温的中间层，这是目前普遍采用的办法，但带来了很大的负面作用，即提高了焊接内应力。从降低内应力出发，应尽量降低焊接温度，采用低温钎料和软金属的中间层，但限制了接头的使用温度。为解决好这对矛盾，必须研究能在低温焊接，高温使用的特殊材料和特殊工艺。低熔点过渡液相扩散焊或低熔点钎料的扩散钎焊都是很有吸引力的解决办法；另外，可以采用陶瓷与金属的高温梯度材料来解决高温焊接时的接头内应力问题以及采用非晶态钎料或中间层来降低钎焊温度和扩散焊温度。
三、焊接结构中焊缝布置原则。
焊接机构中焊缝的布置原则：1、避开应力最大处；2、焊缝远离加工面；3、对称布置变形小；4、焊缝布置求分散；5、便于操作想周到；6、尽量平焊效率高。
具体分析：
1 焊缝布置应尽量分散。焊缝密集或交叉，会造成金属过热，加大热影响区，使组织恶化。因此 两条焊缝的间距一般要求大于三倍的板厚，且不小于100mm。
2 焊缝的位置应尽可能对称布置。这样焊后不会发生明显的变形。
3 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置。 对受力较大，结构较复杂的焊接结构件，在最大应力断面和应力集中位置不应该布置焊缝。
4 焊缝应尽量避开机械加工表面。有些焊接结构使一些零件，需要进行机械加工 ，如焊接轮毂，配管件，焊接支架等，其焊缝位置的设计应该尽可能距离已加工表面远一些; 5 焊缝位置应该便于焊缝操作。布置焊缝时，要考虑到有足够的操作空间。
6焊缝应尽量放在平焊位置，减少横焊焊缝