時間：2022-03-16 07:13:07
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1．1焊接接頭的型式及特征柔板尺寸為（11000×1200×22）mm，最大變形撓度為800mm。由于柔板主體既要有較高的強度又要有足夠的韌性，故材料選用抗拉強度大于800MPa的T－1鋼；由于鑄鋼件力學性能的各向異性并不顯著，且此部位需要流線型造型，因此與柔板連接的底座選擇鑄鋼件，為滿足強度要求選用14mm厚的ZG310－570；采用T型接頭、單V型坡口、金屬焊接位置為平角焊的接頭形式。
1．2基材的焊接性分析T－1鋼是一種低合金高強鋼，其抗拉強度大于800MPa，并含有一定量的合金元素及微合金化元素。其焊接性不同于碳鋼，主要體現(xiàn)在熱影響區(qū)組織與性能的變化對焊接熱輸入比較敏感和淬硬傾向大，易產(chǎn)生冷裂紋。ZG310－570是一種中碳鋼，淬硬傾向較大，在熱影響區(qū)容易產(chǎn)生低塑性的馬氏體組織，當焊件剛性較大或焊接材料、工藝參數(shù)選擇不當時，容易產(chǎn)生冷裂紋。根據(jù)國際焊接學會推薦的碳當量CE（IIW）計算公式和日本JIS標準（適用規(guī)定：低碳調(diào)質低合金高強鋼）T－1鋼的碳當量計算公式，計算得出ZG310－570鑄鋼的碳當量為0．81，T－1鋼的碳當量為0．53。這說明這兩種鋼材焊接時易于淬硬，若焊接工藝選用不當，熱影響區(qū)易形成硬而脆的馬氏體組織，使接頭的塑韌性下降，耐應力腐蝕性能惡化，產(chǎn)生冷裂紋的傾向增加。因此需預熱，且需采用較小的熱輸入。
1．3焊絲和焊接方法的選擇T－1和ZG310－570組織分類都屬于珠光體鋼，它們的熱物理性能沒有很大差別，僅是合金化程度不同。為獲得優(yōu)質的焊接接頭，一般按照異種鋼合金化程度較高的鋼來選擇金屬焊接方法和制定焊接工藝。碳（或碳當量）是決定珠光體鋼在焊接時淬火傾向的主要因素，一般應按異種鋼中碳（或碳當量）最少的鋼來選擇金屬焊接材料。其焊前預熱或焊后熱處理的工藝參數(shù)按異種鋼合金化程度較高者選用。由于低碳調(diào)質鋼焊后一般不進行熱處理，故選擇焊接材料時要求焊縫金屬在焊態(tài)下具有接近母材的力學性能。但在特殊情況下，如結構剛度或拘束度很大、冷裂紋難以避免時，必須選擇熔敷金屬強度比母材稍低的金屬焊接材料作填充金屬。綜上所述，焊絲選用ER50－6，因T－1鋼為調(diào)質狀態(tài)，只要加熱溫度超過回火溫度，其性能就會發(fā)生變化。因此焊接時因熱作用使熱影響區(qū)的局部強度和韌性下降是不可避免的。強度級別越高，這個問題越突出，所以對焊后不再進行調(diào)質處理的柔板應選擇能量密度較大的焊接方法，如熔化極氣體保護焊。
1．4T－1鋼的抗裂試驗、預熱溫度和層間溫度的確定因T－1鋼的合金化程度較高，所以抗裂試驗、預熱溫度和層間溫度的確定由T－1鋼決定。又因T－1鋼易出現(xiàn)冷裂紋，因此采用“斜Y型坡口焊接裂紋試驗方法”測試T－1鋼最低預熱溫度和最高層間溫度。將T－1板加工至選用厚度，焊絲選用ER50－6，直徑為Φ1．2mm，保護氣體為CO2，電流為240A，電壓為32V，焊接速度為28cm／min。試驗選取預熱溫度為120℃，未出現(xiàn)裂紋。實際工作中采用預熱溫度＞130℃。為防止組織發(fā)生變化，預熱溫度不得大于220℃，層間溫度也應控制在＜220℃。施焊過程中未發(fā)現(xiàn)裂紋。
1．5T－1與ZG310－570異種鋼的焊接工藝焊前采用火焰預熱，預熱溫度最小為100℃，金屬焊接時層間溫度控制在最大200℃，采用純度大于99％的CO2混合氣體保護焊焊接，流量為15L／min～20L／min。焊絲為ER50－6，金屬焊接的打底電流為120A～150A，電壓為18V～20V，焊接速度為10cm／min～15cm／min；填充蓋面電流為240A～270A，電壓為25V～27V，焊接速度為30cm／min～50cm／min。采用多層多道焊。
2T－1與ZG310－570異種金屬焊接接頭的性能分析
T－1與ZG310－570異種金屬焊接接頭熔敷金屬的化學成分，與焊絲的化學成分相比，熔敷金屬的化學成分并未出現(xiàn)明顯的變化，且熔敷金屬中C、P和S的含量較低。表5為熔敷金屬的力學性能，從表中可以看出熔敷金屬的各項力學性能符合實際生產(chǎn)中的使用要求。
3結論
船體焊接工藝設計復雜，影響船體焊接質量工藝參數(shù)繁多。目前，大多數(shù)焊接工藝人員只能通過手工查閱相關標準，以及查閱企業(yè)歷史資料，結合自身經(jīng)驗完成焊接工藝設計，工藝設計效率難以提高。另外，由于每個工藝人員能力、經(jīng)驗、工作習慣、責任心存在差異，使得焊接工藝規(guī)程標準化程度低，從而影響施焊工作開展。為了實現(xiàn)快速化、智能化焊接工藝設計，有必要開發(fā)船體工藝焊接知識庫及工具包，在船體焊接工藝設計中引入知識管理技術，將焊接工藝員從繁重的查手冊、查標準等重復勞動中解放出來，并且將企業(yè)焊接工藝人員多年來積累的豐富經(jīng)驗進行有效的利用，提高焊接工藝設計的效率。
2船體焊接工藝知識庫
2．1船體焊接工藝知識要素分析
在船體生產(chǎn)制造中，焊接工藝必須根據(jù)相應的標準或規(guī)范進行嚴格的焊接工藝評定（WPQ），形成焊接工藝評定報告（PQR），其后，生成焊接工藝指導書（WPS），并且依據(jù)WPS制定焊接工藝規(guī)程，以保證產(chǎn)品的焊接質量和性能。船體焊接工藝設計中主要關注如下幾個方面的問題：焊接方法的選擇、焊接位置的選擇、坡口形式的設計、加工步驟的安排和工藝成本分析等。船體焊接工藝設計中許多問題的可統(tǒng)計性差，影響因素多，因素與因素之間的相互聯(lián)系難以明確表達。因此，解決這類問題要借助于經(jīng)驗知識，比較適合于選用工藝知識庫。
2．2船體焊接工藝知識庫組成
船體焊接工藝知識庫包含6大類庫：焊接工藝基礎參數(shù)庫、母材庫、焊材庫、焊接規(guī)范參數(shù)庫、檢驗項目庫、施焊要求庫。其中：焊接工藝基礎參數(shù)包括：焊接方法庫、接頭形式庫、坡口信息庫、設備信息庫，母材庫包括：種類及規(guī)格庫、力學性能庫。
2．3船體焊接工藝知識庫信息模型
系統(tǒng)客戶端依據(jù)系統(tǒng)功能，設計開發(fā)了不同的用戶接口，滿足不同工藝設計和管理人員的需求。系統(tǒng)服務端負責工藝數(shù)據(jù)的處理和工藝決策的推理。數(shù)據(jù)庫服務器主要為焊接工藝設計系統(tǒng)提供信息的存儲、查詢和管理服務，積累基礎焊接知識、推理規(guī)則和專家經(jīng)驗，是企業(yè)的重要信息資源之一。
3船體焊接工藝過程智能化應用工具包
基于知識庫的快速化、智能化，實現(xiàn)了船體焊接工藝過程智能化應用工具包的系統(tǒng)設計。通過智能化應用工具包，根據(jù)焊接工藝設計的特點，可以選擇產(chǎn)生式規(guī)則表示方法，作為船舶焊接工藝決策基礎。選擇產(chǎn)生式規(guī)則表示除了符合焊接工藝知識特點外，還具有易于擴展、易于進行一致性檢查等實現(xiàn)方面的優(yōu)勢。根據(jù)對焊接工藝決策需求分析，在引入知識管理技術對焊接工藝知識庫構建的基礎上，焊接工藝設計系統(tǒng)可以建立焊接工藝決策過程。
3．1焊接工藝設計集成環(huán)境
作為用戶建立產(chǎn)品結構的應用平臺，是系統(tǒng)應用的重要前提，此模塊將用以建立工藝評定數(shù)據(jù)、文檔的存儲線索，同時，也作為PDM與焊接工藝規(guī)程設計系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)集成的接口模塊，可以從PDM系統(tǒng)中得到產(chǎn)品數(shù)據(jù)，建立焊接工藝設計產(chǎn)品結構。
3．2焊接工藝指導工具
完成焊接工藝指導書（WPS）的編制、校對、審核、歸檔、瀏覽、打印等工作。焊接工藝指導為工藝人員提供一個方便實用的工藝設計環(huán)境和工具，將工藝人員從大量繁瑣的工藝標準的選擇、工藝資源的查找、工藝指導書的填寫和工序圖的繪制等工作中解放出來，減輕工藝人員的勞動強度，促進企業(yè)工藝設計的自動化、標準化和規(guī)范化。
3．3焊接工藝規(guī)劃工具
焊接工藝規(guī)程，又稱焊接細則，是指導焊工操作的詳細工藝說明書，是以工藝評定為基礎，以具體產(chǎn)品為服務對象的詳盡焊接工藝。每當有新產(chǎn)品出現(xiàn)時，焊接工藝評定可能會有可替代的，但多數(shù)焊接工藝規(guī)程要重新編制，因此，企業(yè)內(nèi)部積存了高于工藝評定1倍甚至幾倍的焊接工藝規(guī)程，造成重復編制和遺漏等現(xiàn)象時有發(fā)生。
3．4焊接工藝評定工具
產(chǎn)品投產(chǎn)之前，必須對所采用的焊接工藝進行焊接工藝評定試驗，驗證合格后，方可用于產(chǎn)品的焊接生產(chǎn)。由于影響焊接性能和質量的工藝參數(shù)眾多，每種重要參數(shù)的改變，如預熱溫度、熱處理溫度、焊接能量超出規(guī)定的范圍，都要進行焊接工藝評定試驗。因此，各船廠積累了大量的焊接工藝評定規(guī)則。
4結論
鉛是種特性十分適合焊接工藝的材料。當我們將它除去后，到目前還無法找到一種能夠完全取代它的金屬或合金。當我們在工藝、質量、資源和成本等方面找到比較滿意的代用品時，我們在工藝和成本上都不得不做出讓步。而在工藝上較不理想的情況有以下幾個方面。
1．較高的焊接溫度。大多數(shù)的無鉛焊料合金的熔點都較傳統(tǒng)錫鉛焊料合金高。業(yè)界有少部份溶點低的合金，但由于其中采用如銦之類的昂貴金屬而成本高。熔點高自然需要更高的溫度來處理，這就需要較高的焊接溫度。
2．較差的潤濕性。無鉛合金也被發(fā)現(xiàn)具有較不良的潤濕性能。這不利于焊點的形成，并對錫膏印刷工藝有較高的要求。由于潤濕效果可以通過較高的溫度來提高，這又加強了無鉛對較高溫度的需求。熔化的金屬，一般在其熔點溫度上的潤濕性是很差的，所以實際焊接中我們都需要在熔點溫度上加上20度或以上的溫度以確保能有足夠的潤濕。
3．較長的焊接時間。由于溫度提高了，為了避免器件或材料經(jīng)受熱沖擊和確保足夠的恒溫以及預熱，焊接的時間一般也需要增長。
以上這些不理想的地方帶給用戶什么呢？總的來說就是器件或材料的熱損壞、焊點的外形和形成不良、以及因氧化造成的可焊性問題等工藝故障。這些問題，在錫鉛技術中都屬于相對較好處理的。所以到了無鉛技術時，我們面對的焊接技術挑戰(zhàn)更大。
二、工藝窗口
簡單來說，無鉛的工藝挑戰(zhàn)或工藝難處，在于其工藝窗口相對錫鉛技術來說是縮小了。例如器件的耐熱性，在錫鉛技術中一般為240℃，到了無鉛技術，IPC和JEDEC標準中建議必須能夠承受260℃的峰值溫度。這提高只是20℃。但在合金熔點上，從錫鉛（Sn37Pb）的183℃到SAC305的217℃卻是提高了34℃！這就使工藝窗口明顯縮小。使工藝的設置、調(diào)整和控制都更加困難。
如果不采用較高成本的低溫無鉛合金，你的最低溫度（約235℃），幾乎已經(jīng)是錫鉛技術中的最高焊接溫度了。而如果你采用美國NEMI的建議，也就是使用SAC305和焊接溫度在245到255℃時，你的熱-冷點溫度窗口只有10℃，而在錫鉛技術中這溫度窗口有30℃之多。
無鉛器件的耐熱標準，目前多認同確保在260℃最高溫度上，這距離推薦的SAC305合金的最高焊接溫度只有5℃。如果我們考慮測量設置的系統(tǒng)誤差（注二）的需要保留6℃，以及業(yè)界許多回流的波動性時，我們根本無法使用高達255℃的溫度。
三、工藝設置
回流焊接的工藝設置，就是通過爐子的各溫區(qū)溫度，以及傳送鏈速度的設置來取得最適當?shù)摹盎亓鳒囟惹€”的工作。最適當?shù)囊馑迹硎緵]有單一的曲線是可以供所有用戶使用的，而必須配合用戶的材料選擇、板的設計、錫膏的選擇來決定。不論是錫鉛技術還是無鉛技術，其實工藝設置的方法都是一樣的。所不同的是其最終的參數(shù)值。基本上，無鉛由于前面提到的工藝窗口縮小的問題，使得工藝設置的工作難度較高。這需要更高的工藝能力，以及對技術的了解和掌握上做得更完整更細化。
工藝設置的首要條件，是用戶必須知道所要焊接產(chǎn)品的溫度時間要求。對于大多數(shù)用戶來說，這就是回流曲線規(guī)范。為了方便技術管理，一般只制定了一個規(guī)范，規(guī)范中清楚地指出了各參數(shù)的調(diào)整極限。在錫鉛技術中，絕大多數(shù)用戶的這個規(guī)范曲線都來自錫膏供應商的推薦。在工藝窗口較大的錫鉛技術中，人們遇到的問題似乎不大（但絕非沒有問題）。但進入無鉛后，這種法未必可靠。原因是錫膏并非決定焊接溫度曲線的唯一因素，以及供應商提供的曲線并不精確。在掌握工藝技術較好的企業(yè)中，選擇錫膏前都必須對錫膏等進行測試評估。
器件焊端鍍層是另外一項沒有被仔細了解和控制的材料參數(shù)。鍍層的材料（例如NiPd或Sn等等）、鍍層的工藝（例如無極電鍍，浸鍍等等）、以及鍍層的厚度，將決定用戶的庫存能力，可焊性以及質量問題或故障模式。而這些也會因為無鉛技術到來而有所變化。以往不太需要注意的，現(xiàn)在也許會成為不得不給予關注的。PCB焊盤的鍍層也一樣，材料、工藝和厚度都必須了解和給予適當?shù)目刂啤？傊辛己玫墓に囋O置，用戶必須首先知道自己的材料和設計需求。從需求上制定應該有的溫度曲線標準。
四、工藝管制和監(jiān)控
以上所談的內(nèi)容，如果掌握得好，就能協(xié)助用戶設置出一個較好的回流焊接工藝。而在整個產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化過程中，以上的內(nèi)容要點可以協(xié)助用戶進行試制和試生產(chǎn)的工藝階段。當以上工作處理好后，接下來的就是面對批量生產(chǎn)了。批量生產(chǎn)的重點，在與推動快速生產(chǎn)的同時，確保每一個產(chǎn)品都是完好地被制造出來。所以我們就有所謂的質量管理工作和責任部門。
時至今日，大多數(shù)工廠的質量管理，還是較依賴傳統(tǒng)的一些檢驗和返修的做法。例如采用MVI（目檢）、AOI（自動檢驗）等手段，配合以一些量化統(tǒng)計做法如SPC等。但在今天的先進生產(chǎn)技術中，這些都屬于較落后的手段方法。以下指出幾個常遇到的缺點。
1．對故障的改正成本高；
2．屬于事后更正的概念，無法取得零缺陷成績；
3．目前的檢查技術無法檢出所有問題（一些故障的可檢性還不好）；
4．目前檢查技術在速度和精度上都還跟不上組裝技術；
5．太多和濫用檢查技術，反會對它形成不良的依賴性，而忽略了從工藝著手；
6．SPC不適合于小批量和高質量的生產(chǎn)模式。這情況下其能力非常低。
較好的做法是檢查設備和工藝能力，控制過程，而不是檢查加工的結果（也就是產(chǎn)出品的檢查）。廠內(nèi)的所有爐子的性能必須給予測量和量化。在保養(yǎng)管理中確保Cm和Cmk的受控。這是良好質量的前提條件之一。這方面的討論不在本文的范圍之內(nèi)。而工藝能力以及加工過程的控制，在生產(chǎn)現(xiàn)場又如何進行呢？
我們不可能對每一個產(chǎn)品都焊上熱耦。有一種技術可以做到，就是非接觸式測量的紅外測溫技術。曾有爐子供應商在爐子內(nèi)部設計這樣的溫度監(jiān)控，但由于技術不成熟，效果不理想而最終沒有大量推廣。過后就沒有見到有開發(fā)這類技術的。
這類系統(tǒng)通過以下的途徑提供用戶很好的質量控制方法：
1．100%不間斷的檢查；
2．實時測量和監(jiān)督；
3．提供預警；
4．完整的紀錄方便質量跟蹤；
5．完整的報告可以提高客戶的信心。
除了以上功能之外，其實這類系統(tǒng)還可以協(xié)助監(jiān)控爐子的表現(xiàn)，提高爐子的維護保養(yǎng)管理，以及將來的采購工作。是個先進數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中重要的一個工具。
當我們進入無鉛技術后，縮小的工藝質量窗口對于參數(shù)等的偏移敏感得多，也推動了我們對這類質量監(jiān)控工具的需求。其作用就像質量管理學中的一句常用名言：“不要靠猜測，而要測量和理解它！”
第一，門角焊縫的設計性能等級高，但是其結構形式不僅使得門角焊縫處應力集中，而且存在交叉焊縫，焊接過程中由于過大的應力集中，容易出現(xiàn)焊接裂紋，嚴重降低焊縫質量。第二，門角焊縫為HV坡口形式，55°的坡口，坡口清理工作困難，打底焊時如果清理不干凈，很容易產(chǎn)生未焊透和未熔合缺陷。上門角與車頂邊梁的焊縫為PD（仰角焊）焊接位置，焊工操作難度大，焊接質量難以保證；下門角與底架邊梁內(nèi)側焊縫焊接時，焊縫在地板平面上，焊工蹲在地板上焊接，難以觀察焊接熔池，這些因素都增加了焊縫缺陷的產(chǎn)生。第三，門角設計結構復雜，焊縫存在90°拐角，由于坡口深度較大，導致焊縫金屬在拐角處難以填滿，需要點焊添加焊縫金屬，使得焊縫表面成形不美觀，同時容易產(chǎn)生焊瘤、裂紋等缺陷。
2.門角焊接工藝制定
（1）門角焊接環(huán)境要求
鋁合金材料焊接過程中，要求環(huán)境溫度≥10℃，相對濕度≤60%，而且應在防風、防雨的室內(nèi)進行焊接。門角是車體結構中的重要組成部分，它的焊接質量關系到整車的焊接性能，應盡量在滿足條件的環(huán)境中焊接。在門角焊接時，應特別注意濕度的影響，每次焊接前測量環(huán)境的相對濕度，如果濕度值超出焊接要求，應進行焊前的工作試件試驗，經(jīng)過檢測合格，確定濕度對焊縫質量的影響在可以接受的范圍內(nèi)時，再進行門角的焊接。
（2）門角焊縫坡口準備及清理
門角焊縫為（10+8）mm的HV坡口形式，10mm厚的板上開55°坡口，焊接間隙2~3mm，即墊板伸出長度2~3mm。裝配時保證焊縫間隙，可以提高焊槍的可達性，減少焊接裂紋和根部焊縫未熔合等缺陷。焊縫裝配好后，應使用丙酮清理焊縫坡口及其周邊20mm范圍內(nèi)區(qū)域，去除鋁合金表面的油污、灰塵等雜質，避免焊接缺陷的產(chǎn)生。鋁合金表面有一層致密的氧化膜，它可以吸收水分，焊接時容易產(chǎn)生氫氣孔，需要去除。氧化膜去除時，為避免工具被油污污染，先使用丙酮擦拭鋁合金表面，然后用鋼絲刷打磨，嚴禁使用砂輪片打磨。因為使用砂輪片打磨不僅不能去除氧化膜，反而會將氧化膜帶進母材金屬，增加了焊接時氣孔、夾渣等缺陷產(chǎn)生的幾率。如果使用硬砂輪片打磨，還會讓其他雜質如硫元素進入焊縫，從而導致焊接熱裂紋。另外，鋁合金表面氧化膜形成的速度很快，焊縫坡口清理完成后，應立即進行焊接，防止打磨過的焊縫再次氧化。
（3）門角焊縫組裝要求
門角在總成焊接時，已經(jīng)和側墻立柱焊在一起，與側墻模塊以整體的形式到總成臺位上進行焊接。門角焊縫為HV形式的角接接頭，由于采用這種接頭形式，電弧不易穿透焊縫根部，常常將氧化膜留在焊縫中，造成未焊透、夾渣等焊接缺陷，所以門角焊縫對組裝的要求很高，必須按照焊接工藝卡片中的要求，保證合理的焊接間隙，使根部焊道焊透。調(diào)整并測量好側墻模塊的組裝尺寸和門角焊接間隙后，使用總成工裝上的夾緊定位裝置對部件進行固定。側墻模塊與底架邊梁和車頂邊梁為插接形式，由于底架和車頂都會預置一定的撓度，來保證總成時的組裝要求，所以側墻模塊上還需使用下拉裝置，車頂上采用拉緊帶對側墻與底架和車頂邊梁組裝的間隙進行調(diào)整，保證門角焊縫的間隙在2~3mm。門角的正確組裝，還關系到后面門封條與門角及邊梁的正確組裝精度，所以要嚴格要求，確保準確的組裝。車體各部件組裝工作全部完成后，要對各焊接部位進行定位焊固定，保證焊縫位置和焊縫間隙，門角定位焊形式如圖2所示。
（4）門角焊接順序
合理的焊接順序能夠減少焊接變形，有效防止焊接裂紋。門角焊接時，先焊門角與底架邊梁外側的焊縫，再焊內(nèi)側焊縫。由于焊前門角已經(jīng)與側墻立柱焊接在一起，總成時立柱與底架邊梁也需要焊接，而且接頭形式與門角和底架邊梁的一樣，所以可以將兩條焊縫作為一條進行焊接，從而減少焊接缺陷和提高作業(yè)效率。門角與底架邊梁的焊縫分為四層完成焊接，先進行打底焊，從中間向兩邊焊接，收弧點不要停在交叉焊縫上，接著完成填充層和蓋面層的焊接。需要注意的是，填充層和蓋面層焊接時，應嚴格控制焊縫層間溫度，做好層間焊縫清理，接頭處應進行修理，圓滑過渡，減小焊縫應力集中和焊接缺陷。外側焊縫完成后，進行內(nèi)側焊縫的焊接。門角與車頂邊梁的焊接過程同與底架邊梁焊接，只是焊接位置為PD，焊接時注意控制焊槍角度和弧長，減少焊接缺陷。
（5）門角焊接預熱及層間溫度控制
鋁合金焊接時，當板厚達到8mm以上時，需要進行焊前預熱。預熱時間對鋁合金強度的影響很大，生產(chǎn)過程中，要嚴格控制預熱時間，一般采用快速集中的熱源進行預熱，如丙烷火焰預熱。由于鋁合金的熱導率較大，所以預熱溫度應控制在70~90℃之間，不要超過120℃，層間溫度控制在100℃以下。如果預熱溫度過高，除了焊工的作業(yè)環(huán)境惡劣以外，還有可能對鋁合金的合金性能造成影響，出現(xiàn)接頭軟化現(xiàn)象，形成不好的焊縫外觀。另外，層間溫度過高，也會使焊縫產(chǎn)生熱裂紋的幾率增加。
（6）選擇合適焊接參數(shù)
影響鋁合金焊接的主要參數(shù)是焊接熱輸入，因為鋁合金的導熱系數(shù)是鋼的3倍多，散熱很快，在相同的焊接速度下，需要比焊接鋼材更大的焊接熱輸入量。如果熱輸入量不足，會導致熔深不夠、未熔合及焊接裂紋等缺陷。焊接時采用左焊法，焊槍角度控制在80°～90°之間，焊槍角度過大時，保護氣體會不充分，造成氣孔和裂紋缺陷；過小時，電弧推力將鋁液吹到熔池前端，使得電弧不能直接作用于母材金屬，有可能造成未熔合缺陷。另外，在仰焊（PD）時，由于液態(tài)鋁的表面張力很小，焊接熔池容易出現(xiàn)“下沉”現(xiàn)象，造成焊縫成形不好。為了避免這一現(xiàn)象，仰焊時盡量采用短弧焊接，壓低電弧，獲得窄而小的焊縫，同時要提高焊接速度，防止燒穿現(xiàn)象，正常的焊縫如圖4所示。合理的焊接參數(shù)如附表所示。
3.結語
鉛是種特性十分適合焊接工藝的材料。當我們將它除去后，到目前還無法找到一種能夠完全取代它的金屬或合金。當我們在工藝、質量、資源和成本等方面找到比較滿意的代用品時，我們在工藝和成本上都不得不做出讓步。而在工藝上較不理想的情況有以下幾個方面。
1．較高的焊接溫度。大多數(shù)的無鉛焊料合金的熔點都較傳統(tǒng)錫鉛焊料合金高。業(yè)界有少部份溶點低的合金，但由于其中采用如銦之類的昂貴金屬而成本高。熔點高自然需要更高的溫度來處理，這就需要較高的焊接溫度。
2．較差的潤濕性。無鉛合金也被發(fā)現(xiàn)具有較不良的潤濕性能。這不利于焊點的形成，并對錫膏印刷工藝有較高的要求。由于潤濕效果可以通過較高的溫度來提高，這又加強了無鉛對較高溫度的需求。熔化的金屬，一般在其熔點溫度上的潤濕性是很差的，所以實際焊接中我們都需要在熔點溫度上加上20度或以上的溫度以確保能有足夠的潤濕。
3．較長的焊接時間。由于溫度提高了，為了避免器件或材料經(jīng)受熱沖擊和確保足夠的恒溫以及預熱，焊接的時間一般也需要增長。
以上這些不理想的地方帶給用戶什么呢？總的來說就是器件或材料的熱損壞、焊點的外形和形成不良、以及因氧化造成的可焊性問題等工藝故障。這些問題，在錫鉛技術中都屬于相對較好處理的。所以到了無鉛技術時，我們面對的焊接技術挑戰(zhàn)更大。
二、工藝窗口
簡單來說，無鉛的工藝挑戰(zhàn)或工藝難處，在于其工藝窗口相對錫鉛技術來說是縮小了。例如器件的耐熱性，在錫鉛技術中一般為240℃，到了無鉛技術，IPC和JEDEC標準中建議必須能夠承受260℃的峰值溫度。這提高只是20℃。但在合金熔點上，從錫鉛（Sn37Pb）的183℃到SAC305的217℃卻是提高了34℃！這就使工藝窗口明顯縮小。使工藝的設置、調(diào)整和控制都更加困難。
如果不采用較高成本的低溫無鉛合金，你的最低溫度（約235℃），幾乎已經(jīng)是錫鉛技術中的最高焊接溫度了。而如果你采用美國NEMI的建議，也就是使用SAC305和焊接溫度在245到255℃時，你的熱-冷點溫度窗口只有10℃，而在錫鉛技術中這溫度窗口有30℃之多。
無鉛器件的耐熱標準，目前多認同確保在260℃最高溫度上，這距離推薦的SAC305合金的最高焊接溫度只有5℃。如果我們考慮測量設置的系統(tǒng)誤差（注二）的需要保留6℃，以及業(yè)界許多回流的波動性時，我們根本無法使用高達255℃的溫度。
三、工藝設置
回流焊接的工藝設置，就是通過爐子的各溫區(qū)溫度，以及傳送鏈速度的設置來取得最適當?shù)摹盎亓鳒囟惹€”的工作。最適當?shù)囊馑迹硎緵]有單一的曲線是可以供所有用戶使用的，而必須配合用戶的材料選擇、板的設計、錫膏的選擇來決定。不論是錫鉛技術還是無鉛技術，其實工藝設置的方法都是一樣的。所不同的是其最終的參數(shù)值。基本上，無鉛由于前面提到的工藝窗口縮小的問題，使得工藝設置的工作難度較高。這需要更高的工藝能力，以及對技術的了解和掌握上做得更完整更細化。
工藝設置的首要條件，是用戶必須知道所要焊接產(chǎn)品的溫度時間要求。對于大多數(shù)用戶來說，這就是回流曲線規(guī)范。為了方便技術管理，一般只制定了一個規(guī)范，規(guī)范中清楚地指出了各參數(shù)的調(diào)整極限。在錫鉛技術中，絕大多數(shù)用戶的這個規(guī)范曲線都來自錫膏供應商的推薦。在工藝窗口較大的錫鉛技術中，人們遇到的問題似乎不大（但絕非沒有問題）。但進入無鉛后，這種法未必可靠。原因是錫膏并非決定焊接溫度曲線的唯一因素，以及供應商提供的曲線并不精確。在掌握工藝技術較好的企業(yè)中，選擇錫膏前都必須對錫膏等進行測試評估。
器件焊端鍍層是另外一項沒有被仔細了解和控制的材料參數(shù)。鍍層的材料（例如NiPd或Sn等等）、鍍層的工藝（例如無極電鍍，浸鍍等等）、以及鍍層的厚度，將決定用戶的庫存能力，可焊性以及質量問題或故障模式。而這些也會因為無鉛技術到來而有所變化。以往不太需要注意的，現(xiàn)在也許會成為不得不給予關注的。PCB焊盤的鍍層也一樣，材料、工藝和厚度都必須了解和給予適當?shù)目刂啤？傊辛己玫墓に囋O置，用戶必須首先知道自己的材料和設計需求。從需求上制定應該有的溫度曲線標準。
四、工藝管制和監(jiān)控
以上所談的內(nèi)容，如果掌握得好，就能協(xié)助用戶設置出一個較好的回流焊接工藝。而在整個產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化過程中，以上的內(nèi)容要點可以協(xié)助用戶進行試制和試生產(chǎn)的工藝階段。當以上工作處理好后，接下來的就是面對批量生產(chǎn)了。批量生產(chǎn)的重點，在與推動快速生產(chǎn)的同時，確保每一個產(chǎn)品都是完好地被制造出來。所以我們就有所謂的質量管理工作和責任部門。
時至今日，大多數(shù)工廠的質量管理，還是較依賴傳統(tǒng)的一些檢驗和返修的做法。例如采用MVI（目檢）、AOI（自動檢驗）等手段，配合以一些量化統(tǒng)計做法如SPC等。但在今天的先進生產(chǎn)技術中，這些都屬于較落后的手段方法。以下指出幾個常遇到的缺點。
1．對故障的改正成本高；
2．屬于事后更正的概念，無法取得零缺陷成績；
3．目前的檢查技術無法檢出所有問題（一些故障的可檢性還不好）；
4．目前檢查技術在速度和精度上都還跟不上組裝技術；
5．太多和濫用檢查技術，反會對它形成不良的依賴性，而忽略了從工藝著手；
6．SPC不適合于小批量和高質量的生產(chǎn)模式。這情況下其能力非常低。
較好的做法是檢查設備和工藝能力，控制過程，而不是檢查加工的結果（也就是產(chǎn)出品的檢查）。廠內(nèi)的所有爐子的性能必須給予測量和量化。在保養(yǎng)管理中確保Cm和Cmk的受控。這是良好質量的前提條件之一。這方面的討論不在本文的范圍之內(nèi)。而工藝能力以及加工過程的控制，在生產(chǎn)現(xiàn)場又如何進行呢？
我們不可能對每一個產(chǎn)品都焊上熱耦。有一種技術可以做到，就是非接觸式測量的紅外測溫技術。曾有爐子供應商在爐子內(nèi)部設計這樣的溫度監(jiān)控，但由于技術不成熟，效果不理想而最終沒有大量推廣。過后就沒有見到有開發(fā)這類技術的。
這類系統(tǒng)通過以下的途徑提供用戶很好的質量控制方法：
1．100%不間斷的檢查；
2．實時測量和監(jiān)督；
3．提供預警；
4．完整的紀錄方便質量跟蹤；
5．完整的報告可以提高客戶的信心。
除了以上功能之外，其實這類系統(tǒng)還可以協(xié)助監(jiān)控爐子的表現(xiàn)，提高爐子的維護保養(yǎng)管理，以及將來的采購工作。是個先進數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中重要的一個工具。
當我們進入無鉛技術后，縮小的工藝質量窗口對于參數(shù)等的偏移敏感得多，也推動了我們對這類質量監(jiān)控工具的需求。其作用就像質量管理學中的一句常用名言：“不要靠猜測，而要測量和理解它！”
材質：X60H；輸送介質：天然氣；工作溫度：常溫；工作壓力：1.6MPa；管道直徑：Φ630mm×10mm；焊條型號：E7010；規(guī)格Φ3.2~4.0mm；裝配間隙：2.5mm左右。V型坡口，坡口型式如圖1所示。錯邊量≤1.0mm，直流焊機：YD—400AT3HGF2臺。選擇焊接速度與質量均相當?shù)暮腹扇艘唤M。在施工前，先對焊條進行80℃烘干，1h保溫，待施焊時隨用隨取，在管口組對前將坡口兩側各30mm寬的表面上的泥土、油污、鐵銹、水分等清理干凈，使之露出金屬光澤。施焊前在管口坡口兩側各100mm范圍內(nèi)進行火焰預熱（使用中性焰），預熱溫度為100~120℃，均勻上升。組對時使用外用專用對管器進行，定位焊4個對稱點，分別在管口的2點、4~5點、7~8點和10點的位置上。焊接質量要求同正式打底焊縫相同。定位焊的長度≤20mm，厚度為3mm左右。定位焊完成后，使用角磨機將起頭處打磨成斜坡狀，以利于施焊過程中的銜接。
2燃氣管道焊接操作方法
施焊時，待管壁溫度加熱到110℃左右時，第1個焊工從管接頭的12點往前約5mm處引弧，當形成第1個熔孔后迅速壓低焊條，采用短弧焊接，焊條作小幅度的直線往復運動，均勻、平穩(wěn)、快速地向下焊接。根據(jù)組對間隙的大小微調(diào)速度的快慢。第2個焊工待第1個焊工形成了第1個熔孔后，也迅速地在11點處引弧，待焊條開始燃燒時，迅速將焊條拉到12點處，然后壓低電弧，開始焊接，待運條至第1個焊工的焊縫端頭處時，做一個向下壓的動作，待形成了熔孔后，開始進入正常焊接過程。其焊條的傾角可隨著到達各個位置的不同作相應的調(diào)整。在焊接過程中，焊工還必須做到“聽、看、送”。“聽”就是要注意聽是否有電弧擊穿管坡口鈍邊所發(fā)出的“噗噗”聲，“看”就是要注意觀察熔池的溫度和熔池形狀以及熔孔的大小。熔池形狀大小應保持基本一致。熔池過大，說明焊接速度慢，熔池溫度高，背面容易形成焊瘤甚至燒穿；熔池過小，說明焊接速度快，或者焊接電流小，或者焊條角度不當，此時易造成未熔合等嚴重缺陷。熔孔大小應控制在每側坡口鈍邊熔化1.5mm左右為宜。“送”就是根據(jù)坡口間隙、鈍邊大小等因素，通過合適的電弧長度、焊條角度、焊接速度及運條方式來控制熔池溫度和形狀，以達到最終控制焊縫質量，以避免焊接缺陷的產(chǎn)生。收尾時，第1個焊工在熄弧前做一個比正常熔孔大一點的熔孔，并迅速用角磨機將突起的焊道端頭磨成緩坡狀，第2個焊工接頭時，當焊條運動到第1個焊工形成的弧坑邊緣根部時，要將電弧盡量往里壓，聽到“噗噗”聲后，稍停一會兒，隨后恢復正常焊接。此時需注意的是：第2個焊工在收尾時必須采用畫圓圈收尾法，并注意在收尾后慢慢提起焊條直到自動熄滅，以保證焊縫的平滑過渡。打底層焊完后，立即用角磨機將焊縫打磨干凈，并檢查焊縫質量：不得有裂紋、夾渣、未焊透、氣孔等缺陷。熱焊層的關鍵在于焊接電流要略高一些（電弧長度為1倍焊芯左右）并且與打底層的間隔時間越短越好（以不超過10min為宜），并且層間溫度控制在100℃以上，更換焊條時要迅速。施焊時焊鉗要穩(wěn)，焊接速度要快并要均勻，使熔池成圓片狀為宜。避免電弧過短或焊條角度不正確，造成“頂弧”，使鐵水與熔渣分離不清或倒流，造成夾渣和未熔合等缺陷，同時還應防止電弧燒穿第1層。
根據(jù)生產(chǎn)車間的焊接設備及焊接人員的實際狀況，對其進行了補充和改進，對焊接材料進行了化驗分析（各項要求都符合標準參數(shù)指標），并查閱了相關的焊接方面的經(jīng)驗資料，重新確定了冷卻器筒體在不同焊接方法下各種焊材、母材（冷卻器筒體標準產(chǎn)品采用Q235B鋼板）以及焊接電流之間的最佳匹配關系。
1.1當采用手弧焊時，確定的焊條直徑與工件板厚、焊條直徑與焊接電流的關系為：
1.1.1焊條直徑與筒體板厚的關系
焊條直徑一般根據(jù)工件板厚選擇，開坡口的多層焊的第一層及非平焊位置焊接應采用直徑較小的焊條。采用手弧焊時，焊條直徑與板厚的關系，如表1所示。
1.1.2焊條直徑與焊接電流的關系
在實際焊接過程中，焊接電流是手弧焊的主要工藝參數(shù)。焊接電流太大時，焊條尾部會發(fā)紅，部分涂層失效或崩落，機械保護效果變差，會造成氣孔、咬邊、燒穿等焊接缺陷，還會使接頭熱影響區(qū)晶粒粗大，焊接接頭的延性下降。焊接電流太小時，會造成未焊透、未熔合、氣孔和夾渣等缺陷。采用手弧焊時，焊條直徑與焊接電流之間的關系，如表2所示。
1.2當采用自動氣體保護焊時，確定了焊絲直徑與工件板厚、焊絲直徑與焊接電流的關系。
1.3確定了坡口型式、尺寸以及板厚的關系
當筒體焊接接頭型式為對接接頭時，板厚≤4mm，用I型坡口，采用單面焊，保證焊透；板厚＞4~20mm，為了保證焊縫有效厚度或焊透，可加工成Y形坡口；板厚＞20mm時，應采用雙Y形坡口。當筒體焊接接頭型式為角焊縫接頭時，板厚＞10mm，可加工成Y形坡口；坡口根部的直邊為鈍邊，其作用是避免燒穿，根部間隙b的作用是保證焊透。根部間隙b與工件板厚的關系。
2新焊接工藝應用效果
根據(jù)上述確定的冷卻器筒體新焊接工藝參數(shù)，對于不同型號、不同規(guī)格的冷卻器，技術部門精心編制了的各種型號規(guī)格焊接作業(yè)指導書，并深入車間與工人共同探討研究試驗，試驗過程中嚴格按照新焊接工藝參數(shù)以及焊接作業(yè)指導書進行焊接，通過一段時間的實踐應用，取得了很好的效果。采用新焊接工藝前后，冷卻器筒體的焊縫圖片對比如下。從圖1和圖2的對比可以看出，采用新焊接工藝參數(shù)，按照新焊接作業(yè)指導書，焊接的冷卻器筒體，其焊縫均勻、美觀、飽滿、牢固，焊后密封性打壓試驗能夠一次驗合格，并達到產(chǎn)品設計要求，在用戶現(xiàn)場能夠承受一定量的振動而焊縫不再開裂。
3結束語
關鍵詞：爬行式；全位置焊；焊接工藝；自動焊；機器人
前言
隨著科學技術的發(fā)展，大型重要構件的焊接越來越多，僅僅依靠手工焊接難于滿足焊接質量和焊接效率的要求，焊接自動化將成為焊接技術發(fā)展的必然趨勢。在此介紹新型爬行式弧焊機器人的焊接工藝問題，其目的是為了實現(xiàn)大型構件的全位置自動化焊接。
該系統(tǒng)對國內(nèi)外現(xiàn)有的焊接設備和方法來說是全新的，所以在整個設計、完善和試驗過程中不可避免的遇到了很多問題和困難，在此就焊接試驗過程中所遇到的問題和采取的解決辦法做一說明。
一、爬行式弧焊機器人系統(tǒng)
爬行式弧焊機器人系統(tǒng)的構成主要由永磁履帶爬行機構、激光圖像傳感系統(tǒng)、信息處理及跟蹤控制系統(tǒng)所組成。爬行機構是機器人的運動動力系統(tǒng)；圖像傳感與信息處理系統(tǒng)構成焊接識別系統(tǒng)，以識別焊縫，與跟蹤控制系統(tǒng)一起組成焊縫跟蹤系統(tǒng)，以實現(xiàn)運動中的焊縫跟蹤和焊接。
在十字滑塊的上滑塊上固定有螺絲可調(diào)節(jié)鋼臂，其平行于機器人車體，用以焊槍的對準調(diào)節(jié)。前端為擺動器，其上可夾持焊槍，用以完成焊接過程焊槍的擺動，參數(shù)可調(diào)。
為了保證焊接電流在試驗過程中穩(wěn)定可靠，以使焊接試驗能夠較準確地反映該套系統(tǒng)用于焊縫跟蹤焊接的實際效果，焊接用電源和送絲機構選用芬蘭KEMPPI公司生產(chǎn)的KEMPPIPR0500，它的焊接模式、焊接脈沖、電流、電壓等多項焊接參數(shù)均可隨時手動調(diào)整，在焊接過程中并能根據(jù)已有參數(shù)自動穩(wěn)定焊接電流、電壓。
二、焊接工藝與試驗
采用該系統(tǒng)我們做了兩種位置的焊接試驗，分別為立焊和橫焊（大型構件主要的焊接位置分為立焊和橫焊，針對這兩種焊接位置來進行試驗研究。）在實際手工焊接的過程中!這兩種位置的焊接所采用的焊接方法有很大差異，工藝方法也就有很大不同。
1．試驗材料
為符合在工業(yè)生產(chǎn)中的造船、制罐等實際用材情況，選用普通碳鋼焊絲選用直徑1.2mm鍍膜焊絲。
2．焊接工藝
（1）焊接方法
采用氬氣、CO2混合氣體保護MIG脈沖焊；背面使用陶瓷襯墊；單面焊雙面成形工藝&蓋面根據(jù)焊接位置為立焊一道、橫焊多道成形。
（2）焊接坡口
a.立焊。坡口選用“V”型坡口，具體坡口形式及尺寸如圖2所示。焊前坡口及周圍20mm范圍內(nèi)清除水、油、銹等，露出金屬光澤，以保證激光圖像傳感系統(tǒng)對焊縫的順利識別。
b.橫焊。坡口選用不對稱"v"型坡口，具體坡口形式及尺寸。焊前需處理坡口表面。
（3）工藝規(guī)范
在試驗過程中，除對焊機參數(shù)的整定和正確調(diào)節(jié)外，焊槍位置、焊槍的擺動、焊接速度對焊接質量、焊縫成形都有很大的影響。因為這些量依靠手調(diào)、特別是焊槍位置、焊槍擺動，在實際操作中不便于測量，調(diào)節(jié)難度較大。
a.焊槍位置包括焊槍頭與工件位置、焊絲與坡口位置（要考慮擺動幅度的影響。
b.焊槍擺動由調(diào)節(jié)擺動器來實現(xiàn)，主要參數(shù)有擺動速度%左中右3個位置的停留時間。
c.焊接速度um為焊前設定值，焊接過程中可調(diào)。
d.焊前對焊機電壓補嘗進行整定，整定值2.6V作為焊機內(nèi)設參量。常用調(diào)節(jié)量有送絲速度us、焊接電壓U和脈沖幅值。
（4）焊接各項參數(shù)
a.立焊
立焊打底時焊槍垂直于工件mm左右上方，加擺后焊絲靠兩邊坡口1～2mm，第二道蓋面，焊槍垂直上調(diào)5～8mm，擺動幅度適當調(diào)大。
b.橫焊
橫焊打底時焊槍微向下扎，使焊絲在加有擺動時不至太靠下邊坡口，焊槍順焊接方向向下斜擺，大約與水平成75°～80°；蓋面三道成形，均不加擺動，且每次要根據(jù)上道次焊接的效果和位置從新調(diào)整焊槍姿態(tài)第一道蓋面槍頭略向下扎，二道時較平，末道槍頭略向上抑。
三、試驗結果
a.在早期試驗中，電流、電壓值與焊速的匹配總不令人滿意。采用的MIG脈沖焊，其宜于用較小的平均電流進行焊接，特點是熔池體積小，不易淌流，且在脈沖峰值電流作用下，熔滴的軸向性好，故比起普通氬弧焊更有利于焊縫成形，在全位置焊中有很好的效果。試驗中早期打底焊焊速一般在8cm/min以上，相應電流值也較高，在95～105A之間，焊接過程不太穩(wěn)定，背面成形有時也不理想。究其原因，在于脈沖幅值的影響，脈沖電流使熔滴呈噴射過渡，在較大脈沖電流下較小的電壓易造成大飛濺、淌流，而大電壓表面成形也不理想。我們在試驗中不斷摸索，后在穩(wěn)定幅值的前提下適當減小電流、電壓并且降低焊速，這樣在橫向和垂直位置的焊接過程中，充分發(fā)揮出了脈沖焊工藝在全位置焊上的優(yōu)點，焊接過程穩(wěn)定，飛濺小，兩面成形都很理想。立焊焊前加襯墊樣板、立焊背面成形、打底和蓋面成形樣例。
b.手工焊蓋面橫焊工藝采用的是加擺停留的方法，由于人工操作的靈活性，焊接過程中擺動頻率、幅度和停留時間均可實時改變，故一般寬度的蓋面焊可一次成形。由于該機器人缺乏人的靈活性，我們通過模仿人工的蓋面過程橫焊，采用高焊速加快速擺動或不加擺動多道成形的橫焊蓋面方法。這樣就避免了橫焊蓋面淌流的發(fā)生，也取得了不錯的效果。打底焊、蓋面第一道、第二道、最后蓋面成形。
c.除了電流電壓和焊速，另一個人為影響較大的因素是擺動器的調(diào)節(jié)，根據(jù)不同位置的焊接要采用不同的擺動方式。
公共管理研究通常有兩種截然不同的立場：管理者的立場和公眾的立場。站在管理者的立場上，公共管理研究主要關注作為公共利益代表者和維護者的公共部門，如何才能對公共事務進行有效的管理。站在公眾的立場上，公共管理研究主要關注“公民怎樣才能從政府那里得到他們所需要的東西”（注：HowardFrant:UsefultoWhom?PublicManagementResearch,SocialScience,andtheStandpointProblem,InternationalPublicManagementJournal,Volume2,Number2,1999,p.324．）。顯然，這兩種立場都沒有脫離公共利益這個核心問題：前者以“公共部門如何實現(xiàn)和服務于公共利益”為焦點；后者以“公共利益是怎樣被實現(xiàn)的”為焦點。進一步對比可以發(fā)現(xiàn)，前一種主張所說的公共利益多半是抽象的，而后一種主張則意指現(xiàn)實的公共利益，它與公眾利益密切相關。
事實上，研究公共利益時有兩個關鍵問題不容回避。第一，公共利益是抽象的（虛幻的）還是現(xiàn)實的（具體的）？第二，公共利益與共同利益完全一致嗎？圍繞這兩個問題，本文將在區(qū)分公共利益和共同利益概念差別的基礎上，界定公共利益的本質內(nèi)涵；進而力圖闡明公共利益乃是現(xiàn)代公共管理的本質問題。
一、對“共同利益”的概念辨析
“共同利益”和“公共利益”是兩個容易混淆的概念。兩者在詞源上有很大的“相似性”。通常所說的“共同利益”有兩個英文詞與其相對應，即commoninterest和generalinterest。按《牛津高階英漢雙解詞典》的解釋，common在被解釋為“共有的、共同做的、共同受到的”時，是指“兩個人或更多人，或者是團體、社會的絕大多數(shù)人所享有的東西，所做的事情，或是屬于他們的東西、對他們有影響的東西”。而general則被解釋為“普遍的、全面的”，此時它指“影響所有人或絕大多數(shù)人（的事物）”。（注：《牛津高階英漢雙解詞典》（第四版）、商務印書館、牛津大學出版社，1997年版，第277頁、第612頁。）
可見，“共同利益”首先是指“多數(shù)人”的利益。“多數(shù)人”可能是指兩個人、少數(shù)幾個人、絕大多數(shù)人甚至是所有人。他們都可能從“共同利益”中獲益或受其影響。這是共同利益的相對普遍性。
同時，“共同利益”是被“共享的、共有的、共同承擔的、或者是共同受到影響的”。它與共同的立場、共同的行動相關。它不局限于某個單個的個體，不可能也不應該為其所獨有。這是共同利益的不可分割性。
通常，共同利益可以指代共同體利益，或是利益關系的產(chǎn)物。我們將分別闡述這兩種指代關系。
（一）共同利益與共同體利益
共同體是個寬泛的概念。一個組織、一個社區(qū)、一個地區(qū)、一個國家甚或是整個人類社會，都可以分別看作是共同體。作為現(xiàn)實的載體，這些不同層次的共同體都存在著自身的利益，因而可以分別被看作是利益共同體。在對這些利益共同體進行考察時，可以采取幾種視角：一是以單個的利益共同體為單元，分析其共同利益的屬性；二是以不同層次利益共同體的相對關系為單元，分析共同利益的相對性。
1.共同體的規(guī)模與共同體利益
共同體是由相關成員組成的。其成員數(shù)量的多少，影響著共同體利益的內(nèi)容。既然共同體利益不局限于某個或某些特定成員，它就應該是絕大多數(shù)成員或者是所有成員共同的利益訴求。共同體規(guī)模越小，共同體利益的內(nèi)容越簡單、越狹窄；共同體規(guī)模越大，共同體利益的內(nèi)容越復雜、越廣泛。但無論如何，共同體利益都不是單一的，而是多樣化的。這是由利益需求“總量”和利益差異程度所決定的。
最為主要的是，共同體規(guī)模制約著共同體利益的認可和確認。在共同體規(guī)模較小的情況下，利益聚合比較容易實現(xiàn)；或者說共同利益容易被認可和確認。隨著共同體規(guī)模的不斷增大，利益的差別性和多樣性使得共同利益的“形成”越來越困難，因此也只能在形式上用絕大多數(shù)人的共同利益來代表共同體利益。這在實踐中存在困境：“少數(shù)服從多數(shù)”的集中原則是否忽略甚至是侵犯了少數(shù)人的利益？
通常認為，不管采取怎樣的表達機制，共同體利益在形式上的“一致性”并不能抹殺其實質上的“普遍性”或“差異性”。如果少數(shù)人的利益被忽略或侵犯了，他們就會游離于共同體之外，共同體也就失去存在的意義。為避免這種情況出現(xiàn)，共同體總要采取一些救助弱勢群體的措施。其背后的邏輯是：這些少數(shù)人的“共同利益”雖然在形式上沒有得到確認，但在實際上應該得到實現(xiàn)。就是說，共同體利益并不以大多數(shù)人主觀的確認和認可為限度，它還包括一些客觀的、在特定時期內(nèi)沒有得到確認和認可的利益。
比如，人們在和平時期可能并不會感受到共同體安全的重要性；一旦共同體安全受到威脅時，任何成員都不可能否認共同體安全乃是最大的共同體利益。再比如，在追求共同體利益的過程中，共同體賴以生存的自然環(huán)境可能被“無意”地破壞了，此前似乎沒有人意識到“外生的”自然環(huán)境也是共同體利益；當共同體的發(fā)展受到自然環(huán)境的懲罰或威脅時，保護自然環(huán)境就會理所當然地成為共同體利益。可見，形式上的共同體利益并不能抹殺那些客觀的、具有普遍影響力的潛在共同利益。
這表明，共同體利益并不否認差異性和客觀性，它既包括形式上的“共同利益”，也包括客觀的“普遍利益”。
2.共同體的性質與共同體利益
以上，我們只是從最一般的意義上探討了共同體利益。事實上，除了規(guī)模之外，共同體的性質也是影響共同體利益的重要因素。比如，對于組織這類利益共同體來說，我們可以簡單地將其區(qū)分為“公共的”或是“私人的”。這近似于我們通常所說的公共部門和私營部門。顯然，兩者都具有各自的共同利益，但因為性質和價值取向的差異，其共同體利益也有所不同。這正如斯托克斯所說，“‘公共’與‘私營’之間的根本區(qū)別并不是政府與私營部門之間的區(qū)別，而是追求公共利益與追求私人所得之間的區(qū)別”（注：DavidMathasen:TheNewPublicManagementandItsCritics,InternationalPublicManagementJournal,Volume2,Numberl,1999．）。
在這里，政府被看作是代表和維護公共利益的公共部門。這種傳統(tǒng)的看法受到了公共選擇理論的挑戰(zhàn)。公共選擇學派認為，政府也是有自身利益的，因而并不見得能夠代表公共利益。事實上，這種沖突可以用共同體利益來解釋。布坎南等人所說的“政府的自身利益”近似于政府這個公共組織的共同體利益，而斯托克斯所說的“公共利益”乃是社會這個共同體的利益。傳統(tǒng)觀點認為，這兩種共同體的利益根本一致；而在公共選擇理論看來，兩者可能相分離。可見，共同體的共同利益并不等同于公共利益，這取決于共同體利益的指向。
3.共同體的層次與共同體利益
既然共同體及其組成部分都可以看作是利益實體，那么就應該考慮到不同層次共同體及其利益之間的相互關系。從縱向一體化的角度而言，人類社會這個最大的共同體是由若干層次的次級共同體按一定規(guī)則組成的。高一層級的共同體利益制約著低層級的共同體利益，兩者之間也可能存在某種形式的沖突。比如，我們可以把人類社會看成是由國家組成的共同體，國家本身也可以看作是次級的共同體。基于國家利益，一些國家在工業(yè)發(fā)展的過程中對生態(tài)環(huán)境造成了極大的破壞，這是對人類社會整體利益的威脅；同樣，一些核大國發(fā)展核力量形成核威懾也是對人類社會安全與和平的挑戰(zhàn)。這是國家利益與人類社會整體利益的沖突。另一方面，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出以及其他形式的國家間合作，則是協(xié)調(diào)國家間利益關系、維護人類社會“共同體利益”的措施。
這種邏輯同樣適用于對國家、政府部門和地方政府之間關系的分析。從嚴格的意義上說，政府部門、地方政府都不能被看作是純粹的利益共同體，但它們在形式上具有利益共同體的某些特征。如果將國家看作是最大的利益共同體，那么政府部門和地方政府分別可以看作是次級的利益共同體。我們通常所說的“部門利益”和“地方利益”在這里都可以理解為低層級的共同體利益。它們是其成員的“共同利益”，在各自的范圍內(nèi)也都有相當?shù)暮侠硇浴５鼈兣c國家利益之間的沖突并不少見。這種沖突再次表明：不同層級共同體的利益并不是完全一致的。站在國家的立場上，國家利益顯然是高于地方利益和部門利益的。
上述分析表明，共同體利益首先是共同利益，它是共同體成員利益的綜合。隨著共同體規(guī)模的擴大和層級的提升，共同利益聚合的過程涉及到復雜的利益關系。同時，在探討共同體利益是否是共同利益時，必須選定合理的參照系、辨別其適用范圍。因為低層級共同體的共同利益并不一定是高層級共同體的共同利益。
（二）作為利益關系產(chǎn)物的共同利益
在探討共同體利益時，實際上是從靜態(tài)意義來理解共同利益的。除此之外，共同利益也表達了利益主體橫向的利益關系。通常認為，“由于利益自我性和社會性的作用，任何利益關系中都包含著三種利益內(nèi)容，即利益關系兩個原構利益主體的利益及其相互結成的共同利益”。確切地說，共同利益乃是“利益關系中的第三種利益”（注：王浦劬：《政治學基礎》，北京大學出版社，1995年版，第60、61頁。）。對此我們可以進一步地引伸：
1.共同利益的本質屬性
如果我們承認利益的普遍性以及利益驅動假設的話，那么就同樣應該承認利益關系的普遍性。也就是說，不同利益主體之間可能會發(fā)生潛在的或現(xiàn)實的利益關系。但在利益關系形成的過程中，由于“原構利益主體”的性質不同，所產(chǎn)生的“第三種利益”也可能具有不同的性質。兩個公共機構基于公共目的而產(chǎn)生的利益關系及共同利益，顯然與兩個私營部門基于私人目的產(chǎn)生的利益及其共同利益有所不同。換言之，不同利益關系產(chǎn)生了不同的共同利益。這些共同利益可能具有私人的性質，也可能具有公共的性質。
2.共同利益的動態(tài)變化性
盡管利益關系具有相對的穩(wěn)定性，但它也不是一成不變的。按照上述邏輯，如果利益關系發(fā)生變化，那么其所產(chǎn)生的“第三種利益”也會隨之變化。從這一意義上說，共同利益也具有動態(tài)變化性，而且在變化過程中其主體內(nèi)容也將有所調(diào)整。這使得共同利益本身也是一個難以完全把握的概念。如果僅僅是共同利益的內(nèi)容發(fā)生變化，那么共同利益的公共性或私人性就不會變化；如果兩者同時發(fā)生變化，那就意味著利益關系本身發(fā)生了變化。顯然，兩個私營機構為壟斷市場而形成的利益關系及其共同利益，與基于合作性地提供公共物品或公共服務而形成的利益關系及其共同利益有著本質的區(qū)別。這意味著共同利益作為利益關系的產(chǎn)物，可能在其動態(tài)變化過程中改變其公共的或私人的屬性。
由此可見，共同利益是公共的還是私人的難以分辨，這取決于作為共同利益基礎的利益關系的本質屬性及其動態(tài)變化性。或者說，不能僅僅從概念上將共同利益等同于公共利益，盡管公共利益也具有共同利益的某些屬性。那么，到底應該如何界定公共利益呢？
二、公共利益的本質屬性
從上文的分析中可以看出，“共同利益并不一定是公共利益”（注：陳慶云：“公共管理基本模式初探”，載于《中國行政管理》，2000年第8期，第37頁。），盡管二者之間具有某種特殊的聯(lián)系。要揭示兩者之間的關系，還需要對“公共利益(publicinterest)”作出概念上的界定。
（一）公共利益的內(nèi)涵
按照《牛津高階英漢雙解詞典》的解釋，public意味著“公眾的、與公眾有關的”，或者是“為公眾的、公用的、公共的（尤指由中央或地方政府提供的）”。（注：《牛津高階英漢雙解詞典》，商務印書館、牛津大學出版社，1997年版，第1196頁。）在這里，公眾是一個集合名詞，公眾組成的群體可以看作是共同體。因此公共利益首先與共同體利益相關。不過這個由單個公眾以一定方式組成的共同體，與由單個個體組成的私人性質的共同體存在實質性差別。前已述及，共同體的性質和價值取向決定了共同體利益的性質。基于這種認識，公眾組成的共同體已經(jīng)包含著公共性而不是私人性的內(nèi)涵。
其次，公共利益意為“公眾的或與公眾有關的”，它與公眾利益密切相關（這也決定了現(xiàn)代公共管理轉向公眾立場是合情合理的）。不過，公眾利益并不能代替公共利益。因為公眾利益既有純私人性質的，也有公共性質的；公眾除了消費公共物品之外；還大量地消費私人物品。反之，公共利益則應該代表公眾利益，否則它就失去了依托而成為一個純粹抽象的概念。
再次，公共利益與中央或地方政府的供給相關。這是由政府的公共特性所決定的。盡管在公共選擇學派看來，政府也具有自利性，但誰都無法否認政府是公共利益的代表者和維護者。在這一方面，往往存在認識上的誤區(qū)：即因為政府是代表者和維護者，而認為公共利益只能由政府來維護、增進和分配。這排除了政府以外社會主體的補充作用。事實上，西方國家大量出現(xiàn)的志愿性團體、社區(qū)自治，以及“治理(govenance)”概念的提出都表明：“政府并不是唯一的提供者”（注：世界銀行：《變革世界中的政府—1997年世界發(fā)展報告》，中國財政經(jīng)濟出版社，1997年版，第4頁。）；非政府組織和公民參與也同樣可以維護和增進公共利益。
（二）公共利益的本質屬性
作為共同體利益和公眾利益，公共利益是一個與私人利益相對應的范疇。在這一意義上，公共利益往往被當成一種價值取向、當成一個抽象的或虛幻的概念。以公共利益為本位或是以私人利益為本位，并沒有告訴人們公共利益包括哪些內(nèi)容，它只闡明了利益的指向性。即使是在這種情況下，公共利益也具有一些基本的屬性。
1.公共利益的客觀性
公共利益不是個人利益的疊加，也不能簡單地理解為個人基于利益關系而產(chǎn)生的共同利益。不管人們之間的利益關系如何，公共利益都是客觀的，尤其是那些外生于共同體的公共利益。之所以如此，那是因為這些利益客觀地影響著共同體整體的生存和發(fā)展，盡管它們可能并沒有被共同體成員明確地意識到。
2.公共利益的社會共享性
既然公共利益是共同利益，既然它影響著共同體所有成員或絕大多數(shù)成員，那么它就應該具有社會共享性。這可以從兩個層面來理解。第一，所謂社會性是指公共利益的相對普遍性或非特定性，即它不是特定的、部分人的利益。第二，所謂共享性既是指“共有性”，也是指“共同受益性”。并且這種受益不一定表現(xiàn)為直接的、明顯的“正受益”；公共利益受到侵害事實上也是對公眾利益的潛在威脅。
以上兩種特性都是從抽象的意義上來講的，但公共利益并不是完全虛幻的概念。公共物品和公共服務是公共利益主要的現(xiàn)實的物質表現(xiàn)形式。一般認為，“公共物品是指非競爭性和非排他性的貨物。非競爭性是指一個使用者對該物品的消費并不減少它對其他使用者的供應。非排他性是使用者不能被排斥在對該物品的消費之外”。（注：世界銀行：《變革世界中的政府—1997年世界發(fā)展報告》，中國財政經(jīng)濟出版社，1997年版，第26頁。）如果將非排他性看作是源于產(chǎn)權而派生出的特性的話，那么，它在形式上保證了公共物品“共有”的性質。而非競爭性則從實際上保證了公共物品可以是“共同受益”的。這決定了公共物品是公共利益的物質表現(xiàn)形式；進而，公共物品的現(xiàn)實性決定了公共利益也是現(xiàn)實的而非抽象的。
需要特別指出的是，公共物品的這種特征往往被誤解，即公共物品往往被理解為共同體所有成員的利益。不能否認這樣的公共物品的確存在，但不能借此認為所有的公共物品都應該具有這種特征。共同體所有成員的利益事實上是通過多層次、多樣化的公共物品來實現(xiàn)的。
從縱向上來說，我們可以根據(jù)共同體利益的層次性來界定公共物品的層次性：(1)全球性或國際性公共物品：世界和平、一種可持續(xù)的全球環(huán)境、一個統(tǒng)一的世界商品及服務市場和基本知識，都是國際公共物品的例子。（注：世界銀行：《變革世界中的政府—1997年世界發(fā)展報告》，中國財政經(jīng)濟出版社，1997年版，第131頁。）(2)全國性公共物品：提供憲法、法律等制度安排，國家安全和防務，發(fā)展初等教育，進行基礎設施建設，跨地區(qū)的公共設施（比如道路），都是全國性公共物品。(3)地方性公共物品：地方基礎設施（比如城市道路）、垃圾處理、街道照明、警察保安等都屬于地方性公共物品。(4)社區(qū)性公共物品：社區(qū)綠化與環(huán)境、社區(qū)治安、社區(qū)基礎設施等乃是社區(qū)性公共物品。
從橫向上來說，同一層次的公共物品不是單一的，而是多樣化的：(1)基礎性的公共物品，主要是指基礎設施一類的公共工程。(2)管制性的公共物品，指憲法、法律等制度安排以及國家安全或地方治安。(3)保障性公共物品，比如社會保障、疾病防治。(4)服務性公共物品，比如公共交通、醫(yī)療衛(wèi)生保健等服務性公共項目。
由此可見，公共物品的層次性和多樣化實際上代表著公共利益的層次性和多樣化。在這一意義上，公共利益就不是一個抽象的概念，而是一個現(xiàn)實的概念了。這是現(xiàn)代公共管理探討公共服務的供給模式，從而確保公共利益的有效增進和公平分配的基礎。
三、公共利益：現(xiàn)代公共管理的本質問題
從上述對公共利益本質屬性的闡釋中可以看出，既然公共利益具有社會共享性，既然它具有相對普遍的影響力，那么確保公共利益的增進和分配就應當是公共管理的根本目的。正如本文開頭提到的那樣，對于這個問題有兩種截然不同的立場。傳統(tǒng)觀點基本上秉持著管理者的立場，即以政府公共管理作為核心研究對象。這對于探討政府這個最大的管理主體如何維護和增進公共利益是大有稗益的。不過，新公共管理運動的興起卻力圖改變這種立場，顧客取向和結果取向并不僅僅是政府公共價值觀念轉型的目標，它也蘊含著公共文化轉型的核心內(nèi)容。同時，市場化供給機制的引入似乎并沒有將所有的希望都寄托在政府身上——非政府組織、私營部門甚至是公民個人或公民團體的參與同樣能夠帶來有效的產(chǎn)出和更高的績效水平。因此，轉向公眾立場有相當?shù)暮侠硇院同F(xiàn)實基礎。
站在公眾的立場上，公共利益是現(xiàn)實的。它表現(xiàn)為公眾對公共物品的多層次、多樣化、整體性的利益需求。這些需求與公眾個人對私人物品的需求相區(qū)別。后者可以通過在市場中進行自由選擇、自主決定而得到實現(xiàn)；而前者則需要集體行動、有組織的供給方式才能得到滿足。毫無疑問，政府是最大的、有組織的供給主體，這由政府傳統(tǒng)的公共責任所決定。但僅僅有公共責任并不能確保公共利益的實現(xiàn)，政府的能力和績效狀況是最終的決定性因素。
新公共管理運動的興起是對傳統(tǒng)政府理論和傳統(tǒng)公共行政理論的批判。批判的焦點在于政府組織的低效率并不能有效滿足公眾的需求。即使對這一相對普遍的現(xiàn)實忽略不計，也應當承認政府能力的有限性。基于這兩大前提，必然要求尋求政府以外的社會力量。從西方七十年代以來的公共行政改革實踐來看，基本上都傾向于放手讓非政府組織和私營部門參與公共物品的供給。改革的成功經(jīng)驗都貫穿著“政府不必是唯一提供者”的多元化主體信念。這一信念應當這樣理解：
第一，政府的有限能力決定了它不可能提供所有的公共物品。建立公共部門與私營部門、非政府組織的合作關系是必然的理性選擇，也是通過多種途徑實現(xiàn)公共利益的組織基礎。
第二，政府雖然不必是唯一的提供者，但政府的某些傳統(tǒng)責任和職能是不能放棄的，而且某些公共物品只能由政府來提供。也就是說，主張多元化供給并不能全盤否認政府的作用。政府畢竟是最核心的公共管理主體。
第三，這一信念意味著政府不必直接提供某些公共物品，它可能通過有效的、激勵性的制度安排來鼓勵其他社會主體參與供給，也可能通過集體購買的方式滿足公眾的需求。這樣，政府既不必在力所不及的情況下直接提供公共物品，也能夠保證公共利益的實現(xiàn)。
可見，政府的核心作用是不可替代的。這種核心作用還表現(xiàn)在它為其他管理主體進行公共管理提供了制度化的途徑。在這里，其他管理主體主要是指利他性、自愿性的非政府組織。私營部門雖然也參與其中，但其營利性的本質決定了它不可能上升為公共管理主體。由此可以認為，公共管理主體應該是以政府為核心的、多元化的開放主體體系。這也是與國外公共管理僅僅聚焦于公共部門相區(qū)別的一個標志。這種制度化的途徑為公共利益的實現(xiàn)提供了組織基礎。
