焊接与接合方法.doc

第五章 焊接与接合方法 当我们对周遭所用的产品加以检视时，可以发现不论其功能、构造或型式是多么简单，也大都是经由两个以上的不同零件组合而成，例如原子笔、水果刀、锅铲、眼镜、球鞋等。包含许多零件并依其设计之功能，使用不同的材料加工成各种大小及形状，再经装配而得，例如手机、计算机、电视机、自动贩卖机、工具机、机车、汽车、飞机、航天飞机等。实际上只有极少数由单一零件即可构成有用的产品，例如铁钉、木螺丝、订书钉、刀叉等。 将产品拆解成数个零件分别制造后再组合装配的原因有： 1.产品的形状尺寸太过复杂或庞大，想要制造单一零件即成为所要的产品是不可能者。 2.制造个别零件再组合成产品的做法，比较符合经济效益。 3.因应产品在不同部位之特定功能要求，需采用具备性质不同的材料分别加工成零件，各司其职才能达成产品设计之目标。 4.产品在堪用生命周期内必须将其拆解分开，以便保养、修理或局部更换。 5.考虑运送的方便及费用等。 零件组合成有用产品的过程一般称为装配(Assembly)本书将于第十三章中再详述。然而，零件本身在成形的过程中也会因为上述的类似原因而需先进行组合加工，此即所谓的接合程序(Joining processes)。装配与接合程序在机械制造之实际应用上并无明确之区分，并可通称为接合。接合的方法包括，有非永久性的接合(如螺纹扣接，捆绑等)和永久性的接合(如铆接，黏结，焊接等)，其中以焊接(Welding)最为重要。本章将以焊接为主要内容，然后再介绍其它方法，例如机械式紧固和黏着结合等。 焊接(又称为熔接)已成为当今工业上不可或缺的材料接合方法，被广泛的用于各种产品的生产和维修，不同的焊接方法被应用于不同的产业，如汽车、造船、建筑、机械制造、航空、化工、国防、或家电制品的生产，以及工具、模具、夹具等的磨损修补或铸件缺陷、零件破裂的填补等。由于焊接技术及设备不断的进步，超过50种以上的焊接方法已被发展出来，不仅可用于静态、动态或疲劳形式负载作用的结构体，也可用于低温、高温、高压或存有强蚀介质之环境的结构体。适用于焊接的材料包含所有具商业用途的金属，尤其是近年来所开发的特殊合金钢，如耐热钢、不锈钢、或钛合金等，皆可用焊接的方式加以接合。 美国焊接学会(American welding society , AWS)对焊接的定义为如下之叙述：「将两件或两件以上的金属或非金属工件，在接合处加热至适当温度使其彻底熔化或者在其熔化状态下加压力，或是仅使添加的填料熔化，并于冷却凝固后可使工作件接合在一起的程序。」。由以上之定义可知，焊接时可以有加热使温度高于或低于工件材料的熔点，有施加或不施加压力，有添加或不添加填料，以及结合工件之材料为相同或不相同等各种情况的组合。 根据美国焊接学会的分类，可将焊接分为气体焊接、电弧焊接、电阻焊接、固态焊接、软焊、硬焊和其它焊接法等七大类，如图5.1所示。 若依接合原理分类，则可分为： 熔化焊接(Fusion welding)：将工件接合于部位的材料加热到熔化状态，经冷却凝固完成接合者，如气体焊接、电弧焊接等。 压力焊接(Pressure welding)：主要是利用施加压力于工件接合部位之方式完成接合者，如端压焊法、冷焊法等。 镴焊(Soldering and brazing)：将熔点较工件材料低的填料熔化于工件接合部位，经凝固后将工件接合者，如软焊、硬焊等。 若以焊接时所使用的能源分类，则可分为： 化学反应能焊接(Chemical reaction energy welding)：指利用燃烧或化学反应生热的方式产生融化工件材料所需之高温者，如气体焊接、铝热焊法。 电磁能焊接(Electromagnetic energy welding)：利用电能直接转换成热能，或经由光能、动能再转换成热能者，如电弧焊接、电阻焊接、雷射焊法、电子束焊法等。 机械能焊接(Mechanical energy welding)：利用机械能所产生之压力为主以促使工件接合者，如摩擦焊法、超音波焊法等。 结晶能焊接(Crystalling energy welding)：当原子扩散或毛细作用而使工件接合者，如扩散焊法、软焊、硬焊等。 焊接接头(Welding joint)是指两工件在接合部位的组合状态，可分为对接接头(Butt joint)，搭接接头(Lap joint)，边缘接头(Edge joint)，角缘接头(Corner joint)和T型接头(T-joint)五大类，如图5.2所示。焊接接头的设计受到焊接方法和材料的限制，例如电阻焊接通常采用对接接头和搭接接头，且对接合处的洁净度要求很高。铝材的最小可焊厚度为0.76㎜，而钢材则为0.38㎜等。 焊接位置(Welding position)是指工件之焊接部位在空间中所处