论激光焊接
该文章是我的原创，先发在《汽车之家》，现转到XCar上。
在汽车制造工艺里，焊接是汽车装配流水线上一道不可缺少的工序。通常来讲，车身焊接主要有电阻焊、电弧焊、二氧化碳气体保护焊等方式。近年来，激光焊接技术也逐步走入汽车制造业，那它有什么优缺点呢？是象大众讲的那么完美吗？
衡量一条焊缝性能的指标，一般为化学成分、力学性能（包括抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率和V型缺口冲击试验，和焊缝、溶合线、热影响区的显微硬度，疲劳强度不作为常规检测项目），及金相组织（包括晶粒度）。在此顺便提一下，所有金属的结合（包括各种焊接）都是以金属键的方式，什么是金属键麻烦去翻一下《金属学》的书，不要再拿高分子材料（如塑料）的什么分子结合呀纳米结合呀这类外行话出来吓唬人，拜托！
对于电弧焊、二氧化碳气体保护焊来说，由于可以选择比母材高一个等级的焊接材料（有众多的焊条厂在研究）因此焊缝的性能多数能超过母材，真正的薄弱环节是母材上靠近溶合线的热影响区，对低强度钢来说容易产生粗大的魏氏组织铁素体，对高强度钢来说容易产生贝氏组织或马氏体组织，当然这些可以通过采用好的焊接工艺、焊前预热、焊后热处理来改善甚至消除。又由于有焊材填充，焊缝很容易焊到比母材高，即有一定的加强高。但在焊缝强度计算时，还会乘以一个焊缝系数，如双面焊为0.9，单面焊为0.6，通俗一点说就是把1毫米钢板当0.9毫米或0.6毫米用，因此电弧焊、二氧化碳气体保护焊是比较成熟可靠的。特别适合焊中厚板，这正好是电阻焊和激光焊接无法做到的。汽车的主要受力件，正是中厚板，看看集装箱卡车是用什么乱七八糟的焊接方法焊接的，Volvo说你呢，敢和集装箱卡车撞一下吗？
而对于太薄的钢板，由于容易焊穿，过去多用电阻焊和铆接（不要因为铆接用了几千年就认为落后，大家都坐过波音客机吧，不要告诉我波音客机的外壳强度要求比汽车低，看到外壳密密麻麻的铆钉了吗？也不要告诉我说波音公司没有大众公司有钱买不起激光焊接机。同理，电阻焊和激光焊接各有特点）。
由于电阻焊的焊接接头要把两张薄板叠在一起会出现15mm的叠层，既影响了美观也增加了汽车的重量。而激光焊接的出现，很好的解决了薄板对接焊缝的焊接难题，那么激光焊接有什么特点？其性能能代替传统焊接吗？答案是否定的。
    激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束，如果焦点靠近工件，工件就会在几毫秒内熔化和蒸发，所以热影响区很小。其焊缝的化学成分因高温蒸发而与母材稍有不同，因此焊缝的性能与母材接近（对低强度钢来说，强度增高，但塑性降低。对高强度钢来说更容易产生贝氏组织甚至马氏体组织，当然这些也可以通过焊后热处理来改善甚至消除）。另外由于两张钢板对接总会存在间隙和错边，由于没有焊材填充，加上材料的热蒸发，会导致焊缝比母材底，既凹陷缺陷，焊缝比母材薄的结果，会导致该处应力集中。当然，反正只是拿来焊非主要受力件的蒙皮，这些缺陷也就不算什么缺陷了。
    同样的焊接面积，激光焊接的焊接强度肯定比电阻焊要有明显的提高，可问题是电阻焊都是把两张薄板叠在一起焊接，只要叠层宽度足够、焊点足够多，别说用焊接，就是用铆接也可以达到超过激光焊接的强度。激光焊接的真正优点，在于薄板的对接焊，而电阻焊和铆接更本无法实现这种连接方式，给汽车设计提供了一种新手段，因而简化了设计的结构，一定会逐步普及。
    另外，真正被美国禁止扩散到中国的焊接技术和设备叫EB WELD，我不知中文该怎么说，就是在一个高真空的腔体里进行的特殊焊接，在飞机制造、导弹制造等领域被广泛使用，不知在民品领域是否有人可以提供服务，烦知情者告知，多谢！

有闲的感觉真好！趁着春节这几天的假期，笔者也试着做几天有闲阶级。笔者曾经答应大家，写一篇答复一些DX对拙文《论激光焊接》质疑的文章，今天终于能如愿以偿。
      感谢TOM上“破坏之王”大侠的回贴，以下为其原文：“支持技术贴。EB weld是电子束焊接，也就是electron beam welding，是利用电子束发生器进行焊接，能量可以达到电弧焊10万倍，主要有点焊缝超纯净，并且能焊接特殊部位。中国自己60年代就自行开发了电子束焊机，改革后就彻底落后了，之前美国确实对中国禁运名单中有，不过是高真空电子束设备high vacuum设备，这些能用到导弹、潜艇耐压件和航天精密设备上，但没拦住最后还是有了，特别适合高效焊接某些大的厚的部件（只可意会）。国外汽车厂是非真空电子束就足够了，也就是EBW—NV，国产车很多齿轮都是小功率电子束焊机焊的木啥稀奇，国外厂商后桥半轴和一些精密件等，应用比较广泛。”让笔者知道还有EBW—NV这回事，借此机会，笔者对“破坏之王”大侠深表谢意，也特别提醒从事EBW—NV焊接的各位DX，高压电子束激发的X射线，在传播过程中，还会激发二次X射线，造成X射线会绕弯的效果，而对身体造成伤害，因此对X射线的防护应该是全方位的，切记！！！
      对“JASON.S.Z”DX说的：“哈哈，学习了，波音用铁皮造飞机”。笔者的答复是，建议您先去复习一下“铁-碳二元相图”，它是金属材料工作者的圣经，等您搞懂了铁和钢的区别，您再另行开贴，我们再讨论其它问题好吗？不过，有了“铁-碳二元相图”和“C曲线”，也能解释钢铁焊接和热处理中的大部分问题了，那您还会有什么疑问吗？笔者怀疑。
     对“黑哥123”说的：“LZ你是个SB么？怎么连激光焊接的对象都搞不清楚，还在这里比较，飞机用的材质大多是轻便，高强度的特殊铝合金材质，而汽车能用好的钢板的一是不容易，而激光焊接的最实用的对象是钢板，不是铝合金。怎么能和铆钉混为一谈！NND。。。。。。。能多写几个字还真以为自己是鲁迅了！！”
     笔者可以请您说话前先去刷牙吗？不知您从事激光焊接多少年？谁告诉你的激光焊接不适合焊铝合金？那奥迪A2的铝合金车体框架不是用激光焊接焊的吗？难道是用您的口水粘的？尽管你的口水够多也够臭。对于铝合金焊接，笔者的经验是：当HELIUM LEAK TEST要求松于1 E-8SCC/SEC时，可以用激光焊接，而严于该值时用EB weld，如对气密性要求特别高，可以用4047 ALUM ALLOY FILLER共晶铝硅合金做填料丝，HELIUM LEAK TEST可以轻松严于1 E-10SCC/SEC，当然激光焊接拥有成本优势。
     另外，铆接为什么不能和激光焊接相比？中国人引以为傲的华夏第一桥：“南京长江大桥”正是全铆结构，经过数十年的火车跑和你我各位大侠每人都跑烂了几部汽车，但仍骄傲的屹立着，骄傲啊！中国人的骄傲！！！说点高科技的？好啊！碳纤维复合材料在现代战机中都有广泛的应用，您到是用激光焊接焊焊看，工程师还得从设计桌的角落里找出铆钉来用不是？您到是用激光焊接把木板和钢板焊在一起试试？着火了吧？眉毛胡子全烧光了吧？？叫你用铆接或螺栓连接您就是不听，咳！
     最后，您真不该把鲁迅先生抬出来！他的著名的“拿来主义”想必您不反对吧！他宁可为“孺子牛”却从没有说过抗日的话您有研究过为什么吗？？我和您一样不相信您会象他塑造的“阿Q”，可是万一有哪位大侠不同意呢？？？
     说点不那么题外的题外话，EB weld拥有美国AMS 2680 “Electron Beam Welding - for Fatigue Critical Parts”和AMS 2681 “Electron Beam Welding”俩个国家级标准，而激光焊接笔者至今没有找到美国相应的国家级标准。无标准可依，对激光焊接的推广、应用不利。
      那波音飞机的蒙皮为什么不用激光焊接呢？听说过大众一直在宣传的双面镀锌钢板吗？波音公司也没闲着，在铝合金表面涂油漆前，也镀了一层更好的东西，这好东西是什么呢？是按美国军用标准（MILITARY SPECIFICATION）MIL-A-8625 《ANODIC COATINGS FOR ALUMINUM AND ALUMINUM ALLOYS》或MIL-C-5541E 《CHEMICAL CONVERSION COATINGS ON ALUMINUM AND ALUMINUM ALLOYS》镀的镀层，蒙皮用的正是MIL-A-8625，该镀层主要成分是AL2O3，您可能会说耐高温的刚玉坩锅也是用AL2O3做的，笔者恭喜你答对了。这层东西可不象锌那么容易蒸发，它们会成为焊缝中形成夹杂物。看到坐在您对面的断裂力学专家在那么坚定的摇头没有？他不是印度人，摇头的意思确实就是“NO”，这些夹杂物会成为疲劳破坏的裂纹源，在交变应力载荷下扩展，最终导致毫无征兆的脆性断裂。还好波音飞机的蒙皮用的是您看不上眼的铆接，它完全没有改变材料的表面状态，您现在坐飞机是不是觉的安心多了！我们既然打搅了这位断裂力学专家，就不妨多听听他对焊缝的看法，在他眼里，再好的焊缝也存在裂纹、气孔、夹渣等缺陷，但这位专家也不是特别挑剔，只要这些缺陷的尺寸小到不足于扩展，他还是会躲到旁边偷笑的。为了让他能继续的偷笑，我们就要用无损检测来证明我们焊缝的质量。零件表面缺陷的无损检测包括荧光检测（飞机的起落架就用它）、磁粉探伤和着色探伤，零件内部缺陷的无损检测包括超声波探伤和射线探伤，由于超声波探伤在缺陷定性方面不够直观和历史纪录保留不便，因此重要的焊缝一般要求用射线探伤。对于钢材而言，当板厚低于80毫米时可用X射线探伤，更厚就要用伽马射线甚至电子加速器，伽马射线对人体的伤害远超过X射线，有从事这一行的DX千万小心！既然下面的Shalifei大侠对探伤这么感兴趣，笔者干脆把射线探伤过程都说完：在暗室中把胶片条（两面都涂有感光材料的特殊胶片）放入不透光的黑色塑料袋中，出暗室到墙面贴有铅板的探伤房中，把黑色塑料袋用磁条（当然是对有铁磁性的材料而言）吸压在焊缝背面，然后记得确认所有的人都撤出了铅房，关上铅门，进行射线嚗光。嚗光完毕后把塑料袋送回暗室，拿出胶片条放入自动洗片机冲洗出胶片，您就可以评片了。至于着色探伤，Shalifei大侠，您真该花几块钱买一本焊工初级知识问答看看了，笔者不想背书，只想谈谈书中没有的工作经验。
     Shalifei大侠说“楼主的观点有些以偏盖全了，所罗列的名词都比较老了。请问你所罗列的普通焊接方法都容易产生什么缺陷，如何检验？你认为裂纹，气孔，夹渣，缩松会对焊缝有什么影响，如何产生的？你是否对普通焊缝（与母才的结合处）做过着色实验（最初级的无损检验方式）？电阻焊的焊点是否每一点都是应力集中点，如果有没焊透或焊穿的现象是否会影响相临的焊点？如何对焊好的薄板做热处理？你认为是一块整体钢板好呢，还是尽可能多的用焊接的方法把无数小块拼成一个整体好呢（因为你的理论告诉我们这样可以使他的强度更高）。如果方法可行而且价格又和焊接相同的情况下你会选择几块拼焊还是整体设计呢？为什么？老的焊接方式故然有他的优点，但也不能对它的缺点之字不提，为厂家营造用老技术有理的氛围。如果可能的话请LZ看看探索频道的焊接美国，那里有个激光焊接中厚板的例子，看看是否也是为了好看。问题提的多了点，我认为一个新技术的应用可以推动社会的发展，是好事，至于它的好坏不是你我之流可以评价的，就更别说下结论了。”
      Shalifei大侠，怎么又是你？笔者对焊缝金相组织的提法，符合国际焊接学会第九委员会“焊缝金相组织分类指南”的规定，不知何来“名词都比较老”的说法？再说金相组织的命名，多数是以第一个发现它们的科学家名字命名的，和安培、伏特、牛顿一样，何来老不老之说？把马氏体叫着“Shalifei体”到是够新，不过就算笔者愿意叫，估计也找不到第三个，何况笔者也肯定不会陪你疯呢！
      关于应力集中，电阻焊在汽车领域的应用已有几十年了，它的焊接结构不只是搭接这么简单，通过不同板金的变化，而演化出一系列巧妙的结构形式应对不同的应力条件，有空您可以用有限元建模进行应力分析，笔者有兴趣奉陪。激光焊接在汽车制造中的一个典型例子就是汽车车身顶盖与车身侧板的焊接。如采用了激光焊接，顶盖两侧就不需塑料密封条。什么？你发现很多奔驰、宝马也有这两条密封条？对！你没有看错！但谁敢说拥有41米激光焊接的途安比他们结实呢？另外奥迪A8的激光焊接只有10米，谁又敢说途安比奥迪A8结实呢？反正笔者人轻命贱，愿意买一部崭新的途安和奥迪A8的车主更换，所谓“我不下地狱谁下地狱”，希望各位鼓吹激光焊接结实的大侠成全！
     综上所述，影响汽车强度的，不是焊接方法，而是汽车设计之初的强度要求任务书。就象建筑楼板的设计，任务书如要求每平方米承载1吨，你用钢筋混凝土结构也好、预应力结构也好、钢结构也好结果都一样。因此，德系车如果在强度上高于日系车，那绝对是在设计之初的强度要求上就高于日系车，而不是激光焊接。
     另，顺祝各位大侠春节愉快，事事如意！
（完）

谢谢戴鱼大侠的加分，笔者诚惶诚恐。

有关拙文《论激光焊接》的讨论，笔者以为早就结束了，没想到数月有余，还能得到天语SX4车友会scaple大侠的垂青（网页链接），笔者惶惶然。笔者只是一个普通的汽车消费者，离所谓“猛人”十万八千里。在笔者眼里，汽车行业，只是普通众多行业中的一种，说不上是什么高科技或顶尖领域。在亿万汽车消费者中，各专业的真正“专家”、“猛人”无数，他们不一定要从业于汽车行业对吗？
   ([飞雪])大侠说：“写这篇文章的人不是枪手，就是一字半解。现在运用到车身的激光焊早就不光有对接了，传统点焊的搭接焊接在激光焊接中运用自如！什么表皮的焊接，现在车身安全件都用激光焊接了。激光焊接的低应力集中，高疲劳强度，母材的低变形都是传统点焊无法比拟的。技术就是技术，客观看待技术很重要。它不会因为我们的不“承认”而变得一无是处。也不会因为我们的吹捧就成神。它只是客观存在而已！无知是可笑的！”

   ([飞雪])大侠，笔者这次恐怕要让您失望了！这到不是笔者自视清高，耻于作枪手或传说中的“托”，而是苦于欲投无门。如果连您认定的如笔者这般“一知半解”之徒，都可做“枪手”，并且收入还能持平，那笔者就不用这么辛苦，天天研究什么焊接工艺，到是愿意结束中国的生意投到您的门下。
   至于您提出的那些问题，笔者在原文和随后的答复中，已有详细的说明，其粗浅程度已经够同行嘲笑笔者半年了。是贬是褒，如果您还看不懂，笔者除了深表遗憾之外，不知该怎么帮你！或许举例对您更为有效？那好吧！法拉利599跑车够强吧？前几天“神奇的地球”电视节目介绍它的制造过程，相信很多大侠都有看到，可惜它们的车身焊接与激光焊接无缘，而底盘焊接还用的是手工焊。天价的劳斯莱斯防弹车够贵吧？可笔者从斯柯达车友会的“揭秘天价劳斯莱斯制作全过程”（见网页链接）看到，它们还在用您看不上眼的电阻焊点焊呢（见下图）！为了世界的和平，挽救这些国家元首和富豪的宝贵生命，笔者除了冒着生命危险，用全身布满激光焊接、无间不摧的大众途安给他们交换，还能做什么呢？肯定还有很多大侠和笔者有相同想法，那就排队等([飞雪])大侠成全吧！！！
  “山东菠萝在北京”大侠说：“呵呵，没想到飞雪兄技术还挺全面.正解.这东西还是要专业人解答.楼主转的帖子的作者不是半解就是枪手,我们家两代人都是学材料冶金和焊接学的.等我给过图片他们看后，再咨询咨询,呵呵”。
  “山东菠萝在北京”大侠，笔者可一直等着您家两代人的教诲呢！你们总不至于互相赞美一番以后（如此巨侠，绝不会象你我俗人一般相互“吹捧”吧？绝不！），就当作什么事都没发生吧？几十天过去，笔者可是每天沐浴更衣，不敢稍有怠慢，也够心诚的了，一直恭侯您的教诲呢！
   最后，看在笔者辛苦码字的份上，希望策神版主加精，先谢了！
[ 本帖最后由 masking 于 07-06-29 22:16 编辑 ]

    谢谢lydzzsh大侠抬爱，不敢妄称专业。不过在下另有一篇拙文《无言的结局——论中国的本田车和大众车的被动安全性》（见网页链接）中对所谓“杭州门”已有祥述。
    半年有余，笔者数坛同发，似乎并没有看到什么值得答复的质疑，惭愧！