為台灣加油打氣專欄(58)為何焊接如此有學問/李家同(作者為本會理事長)

張貼者:2016年5月23日 下午10:35台灣精密工程學會   [ 已更新 2016年5月23日 下午10:38 ]

    我們都知道焊接是怎麽回事,很少人覺得焊接是高科技。可是現在我們國家已經進入了精密工業的時代,所以情況不一樣了,我們的焊接要保證焊接完了以後不會有裂縫。因為焊接常常和真空有關,如果有裂縫,空氣就會進入真空的部分,那就相當嚴重了。 

    主要的麻煩是焊接金屬和陶瓷,請看圖一。 

圖一 

    焊接的時候總是要高溫的,有的時候溫度會高達攝氏900度,焊料會融化,冷卻以後,如果金屬和陶瓷的熱膨脹係數差得太遠,陶瓷就會有裂縫,因為兩種材料拉扯的力道會差很遠。所以焊接的人先要選擇適當的金屬,這個金屬當然要符合客戶的需要,但是也要符合焊接的需要。不僅如此,金屬不能太厚,太厚是無法焊接的。 

    我們因此可以知道焊接不是將兩個材料焊接起來而已,焊接的工程師其實不僅扮演焊接工程師的角色,而且要和客戶商討他們所需的規格,然後設計整個與焊接有關的零組件。比方說,焊料有的時候一定要有銀,因為銀的熔點很低。可是銀又有一個害處,它很容易滲透入金屬,所以焊接的工程師又要將原來的金屬鍍上一層保護鎳,這個鎳又不是普通的鎳,必須非常地純,所以焊接的工程師還要在鍍鎳以前,給鎳一個特別的處理,否則焊接又會出問題。 

    再舉一個例子,有的時候零組件中有一個導電的導體,客戶當然會要求它們要通過多大的電流,也要接受多大的電壓。可是問題來了,這個導體不能隨便選,因為焊接的時候要高溫,所以焊接工程師有一個責任要幫客戶選擇一個適當的導體。 

    零組件上可能需要一個透明的東西,可是不能用普通的玻璃,因為普通的玻璃對於某一個特定波長的光可能會通不過,所以儀器中常常會使用藍寶石,當然藍寶石做出來以後還是要有一個框框,就像我們的鏡框。麻煩在於藍寶石和一般金屬的熱膨脹係數差得很遠,所以必須要設計一種特別的焊料,而且要精密地計算藍寶石的公差,也就是要預留一些裕度使得藍寶石在焊接的過程中得以適當的膨脹。這個裕度不能太大,太大絕對會有裂縫,也不能太小。厲害的焊接工程師會很精密地計算出裕度。 

    信不信由你,焊接工程師不會輕易替你焊接的,其實他有權利修改一些你原來的設計,包含選擇材料以及公差在內。所以你如果找他焊接,他會要你填一張單子,這張單子上有20多個地方要填,你如果自己都搞不清楚,他也不會理你了。比方說,你的產品使用時的溫度範圍、壓力範圍、使用氣體種類、是否需要通過電流、如果通過電流,電流是交流電還是直流電,如果是交流電,又牽涉到頻率等等。焊接工程師會根據客戶的要求來解決他的問題,他們認為他們的任務是給客戶一個完整的解決方案(total solution) 

    我們很難想像我們國家已經有這種產業,如果沒有這種產業,我們國家絕對不可能有精密的工業產品。我可以大膽地說,焊接技術是高科技,因為很少人能夠做非常精密的焊接。 

    當然,我還是要老調重彈,焊接技術和材料科學有密切的關係。希望政府的大官們能夠重視材料科學。

 

李家同

清華大學、靜宜大學、暨南大學榮譽教授 

博幼社會福利基金會董事長 

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新竹市光復路清華大學資訊工程系
 

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