隨著當(dāng)今世界環(huán)保經(jīng)濟(jì)觀念的深入，無論從電子、電氣方面，人們對安全環(huán)保的觀念日益強(qiáng)烈，尤其在汽車工業(yè)中，環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、性能可靠性是近年來人們?nèi)找孀非蟮哪繕?biāo)。汽車線束是汽車電路的網(wǎng)絡(luò)主體，沒有線束就不存在汽車電路。汽車制造對汽車零部件的要求越來越高，線束制造中的壓接和焊接已暴露出諸多弊端，如：壓接后接觸電阻大；壓接后機(jī)械強(qiáng)度保證不了還需要點焊，生產(chǎn)效率低，且點焊需要助焊劑和焊料，焊接過程灌溉，焊接點電阻較大，焊接易出現(xiàn)虛焊等問題。超聲波金屬焊接作為一種新型的先進(jìn)的焊接技術(shù)，它的諸多優(yōu)越性使得在汽車線束中得到了較多的應(yīng)用，尤其是出口線束及汽車上。　 

超聲波金屬線束焊接原理：利用調(diào)頻振動傳遞到兩個需焊接的金屬表面，再加壓的情況下，使兩個金屬表面在固體狀態(tài)下相互摩擦而形成分子層之間的熔合，從而達(dá)到焊接作用。

超聲波銅鋁線束焊接優(yōu)點：超聲波金屬線束焊接是不需要焊接材料的情況下，金屬材料之間能夠?qū)崿F(xiàn)完美的焊接，從而提高了焊接質(zhì)量，保證了產(chǎn)品導(dǎo)電性能的可靠性，同時解決了現(xiàn)有焊接過程中出現(xiàn)的煙塵、臟亂等問題，改善了工作環(huán)境，為新一代環(huán)保型焊接。
與傳統(tǒng)的壓接點焊相比，超聲波線束焊的優(yōu)點如下：

1、焊接時間短，效率大大提高，快速而節(jié)能；

2、焊接材料不熔融、不脆弱導(dǎo)體特性；

3、熔合強(qiáng)度高，焊接后導(dǎo)電性能優(yōu)越，電阻系極低或近乎零；

4、不需要任何助焊劑、氣體、焊料；

5、焊接無火花、煙塵，環(huán)保安全；

6、焊接過程穩(wěn)定，在線檢測控制。

目前出口線束上導(dǎo)體與導(dǎo)體之間的連接已普遍采用超聲波焊接代替?zhèn)鹘y(tǒng)的壓接和焊料焊接，因為超聲波焊接不需要使用焊接材料，焊接過程穩(wěn)定，焊接過程無污染、環(huán)保安全，生產(chǎn)效率大大提高，最重要的是焊接后導(dǎo)電性能優(yōu)越，因此超聲波金屬焊接在線束上的應(yīng)用已成為公認(rèn)最經(jīng)濟(jì)的，質(zhì)量最可靠的設(shè)計特征，也是未來國內(nèi)線束的發(fā)展方向，隨著當(dāng)今世界對汽車工業(yè)環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全要求的日益提高，超聲波焊接在汽車線束上的應(yīng)用也會越來越廣泛。
電子束焊接技術(shù)是高能束加工技術(shù)的一個重要組成部分，與激光焊接相比各有優(yōu)點。電子束焊接除了具有輸入能量密度高、加熱面積小、焊接速度快、焊縫熱影響區(qū)窄、工件變形小等特點之外，還具有電子束穿透深、焊縫深寬比大、電子束控制方便以及真空環(huán)境中的焊縫不受污染等特點。電子束焊接適于精密焊接、穿透及深度(大厚度工件)焊接、高效率焊接和特殊焊接等。作為熱加工手段之一，電子束焊接技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但又有良好的發(fā)展勢頭，有關(guān)機(jī)理、自動化程度、質(zhì)量監(jiān)控、應(yīng)用領(lǐng)域等研究內(nèi)容尚在不斷進(jìn)步。

我們從二十世紀(jì)六十年代開始進(jìn)行電子束焊接工藝及應(yīng)用研究，涉及的材料有高熔點金屬、高彈性合金、可伐合金、不銹鋼、高強(qiáng)鋼、有色金屬及其合金和陶瓷等非金屬材料；涉及的工件結(jié)構(gòu)多種多樣，以中小型精密零件為主。三十多年來已取得多項科技成果。本文試圖從一些具體工件的焊接實例入手(以本單位的應(yīng)用范例為主)討論影響電子束焊接質(zhì)量的幾個工藝因素。

2.焊縫結(jié)構(gòu)及配合間隙

在焊接實踐中，會碰到形形色色的工件，焊縫結(jié)構(gòu)也各不相同，但總體上可分為：對焊縫、端焊縫、角焊縫(包括穿透焊縫)，或區(qū)分為直線焊縫、環(huán)線焊縫、曲線焊縫、點焊縫，還有等截面焊縫和變截面焊縫等。為了達(dá)到最佳焊接效果，焊縫結(jié)構(gòu)和配合間隙的設(shè)計至關(guān)重要，既要考慮工件(部件)在整機(jī)中的作用，又必須滿足被焊材料可焊性和具體焊接工藝的要求。所以在實施焊接之前，應(yīng)該與工程設(shè)計人員共同討論焊接件的焊縫結(jié)構(gòu)，或通過工藝試驗確定合理的結(jié)構(gòu)與間隙尺寸。

3.工裝模具

為了將被焊接的工件置于焊機(jī)之中，工裝模具(夾具)直接影響焊接的實施效果，從一定意義上講，模具的正確設(shè)計是焊接工作成功的一半。

(1)夾持作用：夾具的正確運用關(guān)系到焊接的精度，一個合理的夾具既要保證工件的正確裝配，又要考慮到電子束的可達(dá)性。對于易變形的工件，在夾持(或頂緊)時，壓力要適中，可以用合適的彈簧起緩沖作用。

(2)散熱作用：對于易破碎或熱敏的工件，夾具的散熱作用不可忽視，如圖1是一種光電器件，其中玻璃管殼與金屬管殼、纖維屏玻璃與窗架盤均已經(jīng)完成封接或粘接，最后一道封口用電子束焊接。前二道焊縫均受不得熱沖擊，所以在電子束焊接時要有一個合適的夾具，以幫助散熱。在設(shè)計和選材時要注意：夾具與工件的配合要好，接觸面要大；材料用熱傳導(dǎo)較好的材料，如純銅。

(3)合攏作用：有的工件屬于空腔型，如空心球體，只有通過焊接手段才能夠制成。電子束的焊接精度高，配以適當(dāng)?shù)暮蠑n模具，將兩個半球在焊接室內(nèi)合擾后施焊，可以獲得滿意的結(jié)果，如用圖2所示的專用模具即可。這種焊接過程，既能夠獲得內(nèi)腔呈真空狀態(tài)的目的；而且又可以保證焊接時不會發(fā)生焊縫濺射問題(如果事先在焊接室外合擾，內(nèi)腔空氣不易抽出，焊接時熔池會發(fā)生濺射現(xiàn)象)。

4.焊接參數(shù)

根據(jù)被焊工件的材料、尺寸及結(jié)構(gòu)選取相應(yīng)的工藝參數(shù)是焊接工作的主要內(nèi)容。

(1)焊接功率的影響。電子束的焊接功率指：

P=UI

式中P—功率(w)，U—電壓(kV)，I—束流(mA)它直接影響焊接的熔深，隨著焊接功率的增大，焊接熔深呈線性增大。
從加速電壓的高低區(qū)分，高壓焊機(jī)(如150kV)的電子束穿透能力更強(qiáng)，與低中壓焊機(jī)相比，同等功率時焊接熔深會大一些；但亦有一種觀點認(rèn)為焊接熔深取決于電子槍的性能。

(2)焊接線能量的影響。焊接線能量指：

E=P/S

式中E—線能量(J/mm)，P—功率(w)，S—焊速(mm/s)

焊接線能量的輸入大小對焊縫的成型起很大作用，如可以獲得焊縫的最佳深寬比。另外，快速焊接時工件變形較小；慢速焊接可防止高強(qiáng)鋼等工件產(chǎn)生裂紋。

高碳鋼焊接之后會產(chǎn)生裂紋，這是由于它的組織結(jié)構(gòu)變化所致(如形成馬氏體的時間長，它的膨脹力與冷卻收縮不平衡)。據(jù)報導(dǎo)，鋼的含碳量(C)小于0.35%是安全的，焊接時不會產(chǎn)生裂紋；當(dāng)C量增加，為了避免出現(xiàn)裂紋，需要采取相應(yīng)的措施，其中之一可以將焊接速度降低，以減慢冷卻速率，此時容易獲得良好焊縫。C量高甚者則需要預(yù)熱、退火或填絲焊等其它辦法。

(3)臨界焊接參數(shù)的作用。我們在進(jìn)行薄件和高精度工件的焊接工藝試驗時，發(fā)現(xiàn)它的焊接參數(shù)非常嚴(yán)格，偏大或偏小均會導(dǎo)致失敗，將此參數(shù)稱之謂臨界焊接參數(shù)。應(yīng)變傳感器焊接，需要將基片(厚0.15mm)與細(xì)管(φ1mm，厚0.1—0.15mm)在外側(cè)相焊。這是一個難度較大的工藝問題，我們采用半穿透焊接，可以減小基片的變形。此時的焊接參數(shù)不能過大，不然全穿透焊接除了變形增大，還會造成細(xì)管內(nèi)部MgO粉的濺射；參數(shù)過小時焊接強(qiáng)度太低或焊接不成。這種焊接情況，工藝參數(shù)非常臨界。

5.電子束焦斑及轟擊部位? 

電子束焊接的一大特點是焊縫窄、熔深大，這是由于電子焦斑可聚焦得很細(xì)，一般焦點直徑在0.5—1mm左右(取決于電子束功率大小)。

(1)常規(guī)焊接。電子束焊接工件時，一般情況下將電子束焦斑調(diào)到最佳狀態(tài)，即束斑聚焦在工件表面(對于厚度較大的工件，焦點位置控制到工件內(nèi)部)。電子束轟擊的部位則是在工件的接觸縫(焊縫)上。

(2)束斑略偏于焊縫一側(cè)的焊接。對于某些情況或工件，能否取得焊接的成功，電子束的轟擊部位起著關(guān)鍵作用。如厚薄不均的工件，電子束轟擊應(yīng)偏于厚工件一側(cè)；熔點各異的工件，電子束轟擊則應(yīng)偏于熔點較高的工件一側(cè)。有些特殊的工件，更要視具體情況而定，例如多孔鎢與鉬的焊接，雖然鎢的熔點較高，但為了能夠獲得光滑的焊縫，電子束轟擊偏于鉬材，使鉬件局部熔融后流附到多孔鎢表面和內(nèi)部(表層)。

又如鈮與鉬焊接，電子束轟擊部位與焊縫的強(qiáng)度密切相關(guān)，如果轟擊于焊縫正中，則它的強(qiáng)度為66.6N/mm2，屬于沿晶斷裂；如果電子束轟擊偏于Nb側(cè)約0.2mm，則焊接強(qiáng)度大于279.5N/mm2，呈穿晶斷裂。

這是由于Nb具有良好塑性和一定吸氣能力，會使晶界上氣體成分減少，焊縫質(zhì)量較高；而鉬的晶格再結(jié)晶后晶粒粗大，加之晶界雜質(zhì)影響，鉬熔焊后呈脆性。

(3)電子束散焦焊接。對于某些工件的焊接，電子束略為散焦效果更佳，如網(wǎng)狀工件的焊接，如果電子束聚焦得過細(xì)，焊接時工件易被切斷。

6.預(yù)熱和退火

對于某些材料或結(jié)構(gòu)件的焊接，為了防止裂紋的產(chǎn)生，對被焊接的工件需要進(jìn)行預(yù)熱或焊后退火處理。

(1)電子束預(yù)熱和退火。利用較小功率并且散焦的電子束轟擊工件，使工件具有一定的溫度，以達(dá)到預(yù)熱或退火的目的。具體工藝(溫差)視不同的材料和工件結(jié)構(gòu)而定，因為它亦涉及到材料組織的相變問題。

(2)輔助預(yù)熱和退火。利用電阻爐或石墨爐來對工件進(jìn)行預(yù)熱和退火。我們在進(jìn)行陶瓷與金屬的焊接工藝試驗時，化了比較大的精力于電阻爐的試制及預(yù)熱退火工藝的操作。最終達(dá)到了良好效果，取得了陶瓷與金屬焊接的成功。