国内外激光钎焊工艺研究现状论文

近五年间，我国焊接材料行业发展较快，目前已成为世界第一焊接材料生产大国，总产量已近120万吨。在产品结构上也在发生着改变，总体趋势是电焊条的产量由增加而至稳定，焊丝（包括气保护焊丝和埋弧焊丝）产量逐年不断增加，烧结焊剂和钎料的产量也在逐年增加，焊接材料总产量的增长也由快而至缓慢。 2．1．1 电焊条 目前我国焊条生产企业大约有近500家，其中具备完善的生产条件、检测手段和合理的质保体系的近300家，具备一定生产条件，缺乏检测手段的近200家，全行业的生产能力超过150万吨，远远超出市场的需求。电焊条生产企业分布于除西藏外的各个地区，隶属于机械、冶金、能源、造船、农业等各部门，经济类型有国有、集体、私营、合资、独资、股份制。 电焊条行业在经历了92年～93年的效益巅峰期后，由于生产企业的快速增多，致使生产能力快速提高，产量不断增加，因而导致普通产品价格不断下降，焊条的利润率大幅降低至无利或亏损。目前，除少数规模经营、多产业发展和以特种焊条（指低氢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、镍基焊条、铸铁焊条及其它特殊用途焊条）特色经营的企业保持一定的利润外，其它大部分企业处于保本或亏损状态中。普通碳钢焊条的生产越来越集中于几个大的焊材生产企业，如天津金桥焊材公司、天津大桥集团公司、四川大西洋集团公司、上海焊接器材有限公司、江苏宇宙集团公司等。 面对激烈的市场竞争，各中小企业都在积极的降低原辅材料成本和能源消耗成本，以维持经营，由此带来了一些企业在产品质量上一定程度的下降，较大的企业除利用规模经营、加强管理、提高技术水平等手段降低电焊条的生产成本以外，还积极调整产品结构，开拓焊丝、焊剂或其它产业，以提高企业的市场竞争能力，并积极开拓国外市场。 2．1．2 焊丝 （1）气保护实芯焊丝 目前全国的气保护实芯焊丝生产企业有150余家，已从德国、瑞典、加拿大、日本、瑞士、意大利及台湾地区引进各种生产设备近50套，总投资达5000多万美元，国产或自行研制的设备100余条，生产能力达20余万吨，主要由国有、集体、私营、合资及独资企业组成。另外一些大型焊条生产厂逐渐成为焊丝生产的骨干企业。近五年来大部分企业在关键性技术方面取得了突破性进展，因而各生产企业均在增加气保护焊丝的生产设备和产量，但由于冶金方面的影响，气保护焊丝的品种较少，除ER49-1和ER50-6型号生产量较大外，其余大部分品种产量较小。 （2）气保护药芯焊丝 近五年来，药芯焊丝的生产得到了较大的发展，从96年的500余吨产量发展至2000年的4000余吨，目前已有28个生产企业（包括3家外资企业），共有生产线38条。其中引进生产线20条，自制生产线18条，现有设备生产能力达2万余吨。目前年产量超过500吨的企业有3～4家，大部分生产设备处于闲置或不能发挥应有能力的状态。 （3）埋弧焊丝 目前能够供应埋弧焊丝的企业有数百家，部分企业可以盘状供货，由于埋弧焊工艺除单电极外，已进步至多电极及焊丝规格的增大等，使得埋弧焊丝的应用量逐年有所增加，近年来镀铜埋弧焊丝的数量不断增多。 2．1．3 焊剂 我国焊剂生产企业有30余家，整个焊剂行业年生产能力15万吨左右，其中熔炼焊剂11～12万吨，烧结焊剂3～4万吨。目前能够生产烧结焊剂的企业有十余家。近年来，烧结焊剂市场不断扩大，烧结焊剂在焊剂中的比例也在不断提高。 2．1．4 钎料 钎焊材料属于有色金属行业，目前钎焊材料生产厂已遍布全国，初步统计有近300多家。其中生产硬钎料的厂家有60余家，这些厂家除一小部分归属冶金、机械、中国人民银行及有色金属总公司外，大部分为集体和民营、私营企业。生产的钎料品种达600余种。各种钎料的产量已达4～5万吨，钎焊材料的应用已遍及到各行各业。随着家电行业、微电子行业、以及信息产业的不断发展，钎焊材料的发展面临着新的发展机遇。 2．2 五年来（1996～2000年）焊接材料行业生产情况统计资料 1996年～2000年，焊接材料行业各种材料的年产量统计数字见表2-1-1，出口量统计数字见表2-1-2，销售额统计数字见表2-1-3，各类焊接材料的品种变化见表2-1-4。 表2-2-1 产量 （单位：万吨） 年份 产品 1996 1997 1998 1999 2000 电焊条 60 72 82 88 90 焊丝 气保护焊 埋弧焊 焊 剂 钎 料 合 计 表2-2-2 出口量 （单位：万吨） 年份 产品 1996 1997 1998 1999 2000 焊条 焊丝（合计） 焊剂 合计 表2-2-3 销售额 （单位：亿元） 年份 产品 1996 1997 1998 1999 2000 焊条 焊丝（合计） 焊剂 合计 39 53 表2-2-4 品种数 （ 单位：个） 年份 产品 1996 1997 1998 1999 2000 焊条 320 368 380 390 400 焊丝 75 84 90 95 100 焊剂 50 60 70 80 90 合计 100 180 300 450 600 2．3 焊接材料行业合资、合作及技术引进情况 在1996年～2000年间，焊接材料行业技术引进主要在焊丝行业（包括实芯焊丝和药芯焊丝）。焊条行业的技术引进只有四川大西洋焊接材料股份有限公司从德国引进的320吨油压机和低温连续烘炉以及从台湾引进的E308L-16、E347-16和EZNi-1焊条技术。技术引进情况见表2-3-1。行业中较大的变化是锦泰金属工业公司在收购了原集宁焊条厂后，又托管经营江苏宇宙焊材公司。 国内的校企合作有北京工业大学与原北京焊接材料厂成立的北京金太阳药芯焊丝有限公司。国内大专院校和科研院所与生产企业之间就某一项目（产品）进行的合作更为常见。独资、合资和合作企业见表2-3-2。 表2-3-1 技术引进情况 序号 引进单位 引进内容 引进国别 时间 引进数量 1 唐山信大焊材公司 镀铜、绕丝设备 德国 1996 1 2 湖北先达焊材公司 镀铜、绕丝 德国 1996 1 药芯焊丝设备+软件（2） 德国 1996 1 3 广州威特斯有限公司 药芯焊丝设备 日本 1996 1 4 浙江嘉兴东方焊业有限公司 药芯焊丝设备+软件（3） 日本 1996 1 5 山东淄博飞乐焊材公司 药芯焊丝设备+软件（3） 意大利 1999 1 6 北京安泰科技股份公司 药芯焊丝+软件（3） 日本 2000 7 四川大西洋焊材股份公司 焊条生产线+低温烘炉 德国 1998 1 镀铜焊丝 台湾、日本 1997 1 E308L-16、 E347-16、EZNi-1焊条技术 台湾 1997 表2-3-2 合资、合作企业 企业名称 合资（合作）方 合作方式 经营范围 集宁瑞泰金属工业公司 台 湾 独资 电焊条 自贡大西洋焊丝公司 中国、台湾 合资 CO2气保护焊丝 天泰焊材（昆山）公司 台 湾 独资 药芯焊丝 北京钢廉焊材公司 中国、香港 合资 药芯焊丝 山东淄博飞乐焊材公司 中国、香港 合资 药芯焊丝 北京金太阳药芯焊丝公司 原北京焊材厂 北京工业大学 合作 药芯焊丝 哈焊钎料有限责任公司 哈尔滨有色金属冶炼厂 哈尔滨焊接研究所 合作 钎料 2．4 新品种及科研开发情况 近年来，各生产企业针对水电、核电、桥梁工程及国防军工产品相继开发了许多专用焊接材料，包括焊条、焊丝、焊剂及钎料等。 焊条行业的新产品及科研开发主要集中于低氢型焊条和不锈钢焊条，尤其是用于军工、核电的高强度超低氢焊条。太原理工大学焊接材料研究所，凭借其多年在不锈钢焊条产品及其相关技术的研究成果上报的奥氏体不锈钢焊条成果获2000度年国家科技进步二等奖。 焊丝行业的研究开发主要是药芯焊丝的配方技术和加工制造技术。北京钢廉公司依托钢铁研究院的技术力量，天津三英公司依托天津大学的研究力量，在这方面的工作较为突出。 焊剂行业的研发近年来主要是在烧结焊剂新品种的开发上较为突出，针对加氢反应器、核电、火电工程开发的烧结焊剂及配合管道铺设中钢管制造开发的烧结焊剂都获得了应用。 钎料行业近年来的研究开发活动最为活跃，钎焊材料的研发机构不断增加，生产厂家逐年增多，研究论文逐年增加，论文水平不断提高，在无银、低银钎料、低锡钎料及无铅钎料的研究及应用上取得较大进展，钎料的加工成型技术有了新的突破，膏状钎料的研究与生产取得多项成果。 2．5行业发展趋势 从1996年到2000年焊材行业中各种材料的发展可以看出，适应焊接生产向高效率、高质量、低成本及自动化方向发展的材料正在不断增加，适应电子技术发展的钎焊材料也在快速发展，而普通焊条产品已经开始逐渐由巅峰产量而下降，低价位的扩张已经到了极限。综合市场趋向，“十五”期间焊材行业未来的发展趋势如下： 2．5．1 电焊条 由于普通焊条低价位的产量扩张已经达到极限，未来此种焊条的产量将会逐渐萎缩，而相应的焊条的产品结构将会得到调整，特种焊条（指低氢、耐热钢、不锈钢、镍基及堆焊焊条等）的比例将会提高，焊条总量将会下降，焊条产量在整个焊接材料所占比例将会下降，将逐渐下降到65%或更低。 2．5．2 焊丝 （1）气保护实芯焊丝 虽然目前气保护实芯焊丝品种很少，能够提供给市场的主要有ER49-1和ER50-6两种产品，但其需求量与产量逐年在增加，其产量占整个焊材的比例将逐渐上升到20%左右。 （2）药芯焊丝 药芯焊丝的产量在1996年～2000年间增长率较高，目前国内产量最大的是气保护碳钢药芯焊丝，将来药芯焊丝的品种将会快速增加，实芯焊丝不能提供的用于低温钢、耐候钢、耐热钢、耐海水腐蚀钢及高强度结构钢用的焊丝将由药芯焊丝的产品填补，另外用于输油气管道焊接的自保护药芯焊丝及各行业表面修复用的堆焊用药芯焊丝产品也将不断开发，因而“十五”期间，药芯焊丝将得到长足发展，其占全部焊材的比例将增加到3%左右。 （3）埋弧焊丝 埋弧焊丝的比例将不会有大的变化，我国将保持在10%～13%的比例。 2．5．3 焊剂 埋弧焊剂和埋弧焊丝一样，总产量也将保持在一定的范围内，不会有大的增长，但埋弧焊剂的结构将会发生一定的变化。“十五”期间，在埋弧焊剂的总量中，烧结焊剂的比例将会增加，而熔炼焊剂的比例将会有所下降。 2．5．4 钎料 由于家电行业，微电子行业及信息产业的快速发展，对于钎焊材料的需求也在不断增加，适应于新技术发展的新型钎料产品将不断被开发出来，“十五”期间，钎料产量占焊材总产量的比例将增加至6%。

激光焊接机的优点：1速度快，深度大，变形小。2能在温室或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。3可焊接难熔材料，并对异性材料施焊，效果良好。4激光聚焦后，功率密度高。5可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小光斑，能精准定位，可应用大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。6可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。7激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。但是，激光焊接也存在一定的局限性：1要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。 这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小，焊缝宰，为加填充金属材料。若工件装配精度高或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺焊。2激光器及相关系统成本较高，一次性投资较大。

近年来，受益于激光技术进步，激光焊接设备在各行业渗透率不断提高，同时激光焊接设备下游应用的新能源汽车、锂电池、显示面板、手机消费电子、航空航天等领域需求旺盛，我国激光焊接设备保持稳定增长。激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。1. 大功率YAG激光焊接随着激光器不断地发展进步，光纤激光器、盘式激光器相继问世，新型激光器的出现，带来的不仅是更稳定的光束质量，还有更大的能量。万瓦级激光器为激 光焊接提供了更为广阔的应用空间，为实现较厚结构件的拼接、搭接以及高反射率金属材料的激光焊接打开了突破口。因此，大功率必定成为今后激光焊接技术发展 应用的一个主要的方向。2. 激光焊接过程实时监测激光焊接时放出的光、蒸气和等离子体、熔池压力变化引起的声音、焊件中机械应力引起的超声波、金属蒸气或等离子介电常数、反射激光功率、熔池及小孔 的行为都在一定程度上反映了焊接过程的机理，对其进行直接观察及分析，一方面可以实现焊接自动化，另一方面可以直观地了解焊接过程，有助于研究焊接机理从 而更好地控制缺陷。3. 铝合金激光焊接的研究铝合金作为航空材料中使用较多的材料，其激光焊接一直处于一个比较尴尬的局面：一方面，激光焊接铝合金变形小且能实现减重20%左右，另一方面，由 于铝合金的特性，对光的反射强，散热快，而且容易产生气孔等缺陷。因此，铝合金的激光焊接的研究倍受关注，并将作为激光焊接在航空制造业中急待改进发展的技术方向之一。4. 多种激光焊接方法的应用随着激光焊接技术的发展，单一的激光焊接技术已经远远不能满足针对不同材料、不同结构件的焊接需要，应运而生的则是各种新焊接方法的创新及研究。依靠新出现的激光焊接方法或者多种方法的复合，希望能解决目前激光焊接中所遇到的问题。5. 激光焊接设备在汽车行业中的应用 激光焊接设备对传统的汽车焊接工艺带来了冲击性的影响，各大汽车公司对此都抱有十分积极的态度，采用新技术就意味着更强的竞争力，激光焊接设备在焊接铝材，用焊接件代替铸件以及全车身构架结构焊接的应用前途最大。机床附件生产厂家应该抓住商机，在激光设备所用的工程塑料拖链、防护罩等方面下功夫。拖链、防护罩有效的保护激光焊接设备的电线、电缆，导轨。特别适用于激光加工车间和自动化生产线。更适合汽车生产线的需要。如今国家已经在全趋势发展过程中，激光焊接设备更是加工业，粉未冶金，汽车产业等这种制造行业的头等大事，随之世界经济的慢慢复苏和在我国经济发展的不断迅速发展趋势，激光焊接设备的需要量将逐渐提升。激光焊接设备的产供销公司应把握住这一整好机会，深化推进原来销售市场，并勤奋发展更宽阔的潜在性销售市场。 博联特科技有限公司作为国内激光技术的佼佼者，与众多优质厂商长期保持着良好的合作关系，有幸为市场提供先进激光加工技术的机会，为激光行业贡献一份绵薄之力。武汉博联特科技有限公司，激光设备行业的领先者。网址：