激光焊接、电子束焊接、超声波焊接与电弧焊等传统焊接方法有何区别？

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网上资料，供参考。

焊接是一种连接金属或热塑性塑料的制造或雕塑过程。焊接过程中，工件和焊料熔化形成熔融区域（熔池），熔池冷却凝固後便形成材料之间的连接。这一过程中，通常还需要施加压力。普通焊接与硬钎焊（brazing）和软钎焊（soldering）的区别在於软钎焊通过融化熔点较低（低於工件本身的熔点）的焊料来形成连接，无需加热熔化工件本身。

焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。除了在工厂中使用外，焊接还可以在多种环境下进行，如野外、水下和太空。无论在何处，焊接都可能给操作者带来危险，所以在进行焊接时必须采取适当的防护措施。焊接给人体可能造成的伤害包括烧伤、触电、视力损害、吸入有毒气体、紫外线照射过度等。

19世纪末之前，唯一的焊接工艺是铁匠沿用了数百年的金属锻焊。最早的现代焊接技术出现在19世纪末，先是弧焊和氧燃气焊，稍后出现了电阻焊。20世纪早期，第一次世界大战和第二次世界大战中对军用设备的需求量很大，与之相应的廉价可靠的金属连接工艺受到重视，进而促进了焊接技术的发展。战后，先后出现了几种现代焊接技术，包括目前最流行的手工电弧焊、以及诸如熔化极气体保护电弧焊、埋弧焊、药芯焊丝电弧焊和电渣焊这样的自动或半自动焊接技术。20世纪下半叶，焊接技术的发展日新月异，激光焊接和电子束焊接被开发出来。今天，焊接机器人在工业生产中得到了广泛的应用。研究人员仍在深入研究焊接的本质，继续开发新的焊接方法，并进一步提高焊接质量。

弧焊

弧焊（Arc welding）使用焊接电源来创造并维持电极和焊接材料之间的电弧，使焊点上的金属融化形成熔池。它们可以使用直流电或交流电，使用消耗性或非消耗性电极。有时在熔池附近会引入某种惰性或半惰性气体，即保护气体，有时还会添加焊补材料。

弧焊过程要消耗大量的电能，可以通过多种焊接电源来供应能量。最常见的焊接电源包括恒流电源和恒压电源。在弧焊过程中，所施加的电压决定电弧的长度，所输入的电流则决定输出的热量。恒流电源输出恒定的电流和波动的电压，多用于人工焊接，如手工电弧焊和钨极气体保护电弧焊。因为人工焊接要求电流保持相对稳定，而在实际操作中，电极的位置很难保证不变，弧长和电压也会随之发生变化。恒压电源输出恒定的电压和波动的电流，因此常用于自动焊接工艺，如熔化极气体保护电弧焊、药芯焊丝电弧焊和埋弧焊。在这些焊接工艺中中，电弧长度保持恒定，因为焊头和工件之间距离发生的任何波动都通过电流的变化来弥补。例如，如果焊头和工件的间隔过近，电流将急速增大，使得焊点处发热量骤增，焊头部分融化直至间隔恢复到原来的程度。

所用的电的类型对焊接有很大影响。耗电量大的焊接工艺，如手工电弧焊和熔化极气体保护电弧焊通常使用直流电，电极可接正极或负极。在焊接中，接正极的部分会有更大的热量集中，因此，改变电极的极性将影响到焊接性能。如果是工件接正极，工件将更热，焊接深度和焊接速度也会大大提高。反之，工件接负极的话将焊出较浅的焊缝。耗电量较小的焊接工艺，如钨极气体保护电弧焊，可以通直流电（采用任意接头方式），也可以使用交流电。然而，这些焊接工艺所采用的电极都是只产生电弧而不提供焊料的，因此在使用直流电时，接正电极的时候，焊接深度较浅，而接负电极时能产生更深的焊缝。交流电使电极的极性迅速变化，从而将生成中等穿透程度的焊缝。使用交流电的缺点之一是，每一次变化的电压通过电压零点后，电弧必须重新点燃，为解决这一问题，一些特殊的焊接电源产生的是方波型的交流电，而不是通常的正弦波型，使得电压变化通过零点时的负面影响降到最小。

手工电弧焊

手工电弧焊（Shielded metal arc welding，SMAW）是最常见的焊接工艺。在焊接材料和消耗性的焊条之间，通过施加高电压来形成电弧，焊条的芯部分通常由钢制成，外层包覆有一层助焊剂。在焊接过程中，助焊剂燃烧产生二氧化碳，保护焊缝区免受氧化和污染。电极芯则直接充当填充材料，不需要另外添加焊料。

这种工艺的适应面很广，所需的设备也相对便宜，非常适合现场和户外作业。操作者只需接受少量的培训便可熟练掌握。焊接时间较慢，因为消耗性的焊条电极必须经常更换。焊接后还需要清除助焊剂形成的焊渣。此外，这一技术通常只用于焊接黑色金属，焊铸铁、镍、铝、铜等金属时需要使用特殊焊条。缺乏经验的操作者还往往难以掌握特殊位置的焊接。

熔化极气体保护电弧焊（Gas metal arc welding，GMAW），又称为金属-惰性气体焊或MIG焊，是一种半自动或自动的焊接工艺。它采用焊条连续送丝作为电极，并用惰性或半惰性的混合气体保护焊点。和手工电弧焊相似，操作者稍加培训就能熟练掌握。由于焊丝供应是连续的，熔化极气体保护电弧焊和手工电弧焊相比能获得更高的焊接速度。此外，因其电弧相对手工电弧焊较小，熔化极气体保护电弧焊更适合进行特殊位置焊接（如仰焊）。

和手工电弧焊相比，熔化极气体保护电弧焊所需的设备要复杂和昂贵得多，安装过程也比较繁琐。因此，熔化极气体保护电弧焊的便携性和通用性并不好，而且由于必须使用保护气体，并不是特别适合于户外作业。但是，熔化极气体保护电弧焊的焊接速度较快，非常适合工厂化大规模焊接。这一工艺适用于多种金属，包括黑色和有色金属。

另一种相似的技术是药芯焊丝电弧焊（Flux-cored arc welding，FCAW），它使用和熔化极气体保护电弧焊相似的设备，但采用敷盖粉末材料的钢质电极芯的焊条。和标准的实心焊条相比，这种焊丝更加昂贵，在焊接中会产生烟和焊渣，但使用它可以获得更高的焊接速度和更大的焊深。

钨极气体保护电弧焊（Gas tungsten arc welding，GTAW），或称钨-惰性气体（TIG焊）焊接（有时误称为氦弧焊），是一种手工焊接工艺。它采用非消耗性的钨电极，惰性或半惰性的保护气体，以及额外的焊料。这种工艺拥有稳定的电弧和较高的焊接质量，特别适用于焊接板料，但这一工艺对操作者的要求较高，焊接速度相对较低。

钨极气体保护电弧焊几乎适用于所有的可焊金属，最常用于焊接不锈钢和轻金属。它往往用于焊接那些对焊接质量要求较高的产品，如自行车、飞机和海上作业工具。与之类似的是等离子弧焊（Plasma arc welding，PAW），它采用钨电极和等离子气体来生成电弧。等离子弧焊的电弧相对于钨极气体保护电弧焊更集中，使对等离子弧焊的横向控制显得尤为重要，因此这一技术对机械系统的要求较高。由于其电流较稳定，该方法与钨极气体保护电弧焊相比，焊深更大，焊接速度更快。它能够焊接钨极气体保护电弧焊所能焊接的几乎所有金属，唯一不能焊接的是镁。不锈钢自动焊接是等离子弧焊的重要应用。该工艺的一种变种是等离子切割，适用于钢的切割。

埋弧焊（Submerged arc welding，SAW），是一种高效率的焊接工艺。埋弧焊的电弧是在助焊剂内部生成的，由于助焊剂阻隔了大气的影响，焊接质量因此得以大大提升。埋弧焊的焊渣往往能够自行脱落，无需清理焊渣。埋弧焊可以通过采用自动送丝装置来实现自动焊接，这样可以获得极高的焊接速度。由于电弧隐藏在助焊剂之下，几乎不产生烟雾，埋弧焊的工作环境大大好于其他弧焊工艺。这一工艺常用于工业生产，尤其是在制造大型产品和压力容器时。其他的弧焊工艺包括原子氢焊（Atomic hydrogen welding，AHW）、碳弧焊（Carbon arc welding，CAW）、电渣焊（Electroslag welding，ESW）、气电焊（Electrogas welding，EGW）、螺柱焊接（Stud welding）等。

使用可燃气焊接金属部件

最常见的气焊工艺是可燃气焊接（Oxy-fuel welding），也称为氧乙炔焰焊接。它是最古老，最通用的焊接工艺之一，但近年来在工业生产中已经不多见。它仍广泛用于制造和维修管道，也适用于制造某些类型的金属艺术品。可燃气焊接不仅可以用于焊接铁或钢，还可用于铜焊、钎焊、加热金属（以便弯曲成型）、气焰切割等。

可燃气焊接所需的设备较简单，也相对便宜，一般通过氧气和乙炔混合燃烧来产生温度约为3100摄氏度的火焰。因为火焰相对电弧更分散，可燃气焊接的焊缝冷却速度较慢，可能会导致更大的应力残留和焊接变形，但这一特性简化了高合金钢的焊接。一种衍生的应用被称为气焰切割，即用气体火焰来切割金属[5] 。其他的气焊工艺有空气乙炔焊、氧氢焊、气压焊，它们的区别主要在于使用不同的燃料气体。氢氧焊有时用于小物品的精密焊接，如珠宝首饰。气焊也可用于焊接塑料，一般采用加热空气来焊接塑料，其工作温度比焊接金属要低得多。

电阻焊

电阻焊（Resistance welding）的原理是：两个或多个金属表面接触时，接触面上会产生接触电阻。如果在这些金属中通过较大的电流（1,000—100,000安培），根据焦耳定律，接触电阻大的部分会发热，将接触点附近的金属熔化形成熔池。一般来说，电阻焊是一种高效、无污染的焊接工艺，但其应用因为设备成本的问题受到限制。

点焊机

点焊（Spot welding），或称电阻点焊，是一种流行的电阻焊工艺，用于连接叠压在一起的金属板，金属板的厚度可达3毫米。两个电极在固定金属板的同时，还向金属板输送强电流。该方法的优点包括：能源利用效率较高，工件变形小，焊接速度快，易于实现自动化焊接，而且无需焊料。由于电阻点焊的焊缝强度明显较低，这一工艺只适合于制造某些产品。它广泛应用于汽车制造业，一辆普通汽车上由工业机器人进行的焊接点多达几千处。一种特殊的点焊工艺（Shot welding），可用于不锈钢点焊。

与点焊类似的一种焊接工艺称为缝焊（Seam welding），它通过电极施加压力和电流来拼接金属板。缝焊所采用的电极是轧辊形而非点形，电极可以滚动来输送金属板，这使得缝焊能够制造较长的焊缝。在过去，这种工艺被用于制造易拉罐，但现在已经很少使用。其他的电阻焊工艺包括闪光焊（Flash welding）、凸焊（projection welding）、对焊（Upset welding）等。

能量束焊接

能源束焊接工艺包括激光焊接（Laser beam welding，LBW）和电子束焊接（Electron beam welding，EBW）。它们都是相对较新的工艺，在高科技制造业中很受欢迎。这两种工艺的原理相近，最显著的区别在于它们的能量来源。激光焊接法采用的是高度集中的激光束，而电子束焊接法则使用在真空室中发射的电子束。由于两种能量束都具有很高的能量密度，能量束焊接的熔深很大，而焊点很小。这两种焊接工艺的工作速度都很快，很容易实现自动化，生产效率极高。主要缺点是设备成本极其昂贵（虽然价格一直在下降），焊缝容易发生热裂。在这个领域的新发展是激光复合焊（Laser-hybrid welding），它结合了激光焊接和电弧焊的优点，因此能够获得质量更高的焊缝。

固态焊接

和最早的焊接工艺锻焊类似的是，一些现代焊接工艺也无需将材料熔化来形成连接。其中最流行的是超声波焊接（Ultrasonic welding），它通过施加高频声波和压力来连接金属和热塑塑料制成的板料和线。超声波焊接的设备和原理都和电阻焊类似，只是输入的不是电流而是高频振动。这一焊接工艺焊接金属时不会将金属加热到熔化，焊缝的形成依赖的是水平振动和压力。焊接塑料的时候，则应该在熔融温度下施加垂直方向的振动。超声波焊接常用于制造铜或铝质地的电气接口，也多见于焊接复合材料。

另一种较常见固态焊接工艺是爆炸焊（Explosion welding），它的原理是使材料在爆炸产生的高温高压作用下形成连接。爆炸产生的冲击使得材料短时间内表现出可塑性，从而形成焊点，这一过程中只产生很少量的热量。这一工艺通常用于连接不同材料的焊接，如在船体或复合板上连接铝制部件。其他固态焊接工艺包括挤压焊（Co-extrusion welding）、冷焊（Cold welding）、扩散焊（Diffusion welding）、摩擦焊（Friction welding）（包括搅拌摩擦焊（Friction stir welding））、高频焊（ High frequency welding）、热压焊（Hot pressure welding）、感应焊（Induction welding）、热轧焊（Roll welding）。

接头型式

常见的焊接接头类型：（1）I形对接接头；（2）V形对接接头；（3）搭接接头；（4）T形接头。

工件之间的焊接连接可以有多种接头形式。五种基本接头类型分别是：对接接头、搭接接头、角接接头、端接接头、T形接头。还有一些由此衍生的接头形式存在，例如双V形对接制备接头，它的特点是把两个待连接的材料都切屑成V型尖角形状。单U型和双U型对接制备接头也很常见，它们的接头被加工成曲线状的U形，和V形接头的直线型不同，搭接接头可以用来连接两件以上的材料，这取决于焊接工艺和材料的厚度，一个搭接接头可以焊接多个工件。

通常情况下，某些焊接工艺不能或几乎完全不能加工某些类型的接头。例如，电阻点焊、激光焊和电子束焊时常常采用搭接接头。然而，一些焊接工艺，如手工电弧焊，几乎可以采用任何接头类型。值得一提的是，有些焊接工艺允许进行多次焊接：在一次焊接的焊缝冷却之后，在其基础上再焊一次。这样就能够以V形对接接头来焊接较厚的工件。

一个焊接接头的横截面，颜色最深的部分是焊接区或称熔化区，较浅的部分是热影响区，颜色最浅的部分是母材

焊接结束之后，焊缝附近的材料显示出几个区别明显的区域。焊缝被称为熔化区，更具体地说就是助焊剂融化后填充的区域，熔化区的材料特性主要取决于所使用的助焊剂，以及助焊剂和母材的兼容性。熔化区周围的是热影响区（HAZ），该区域的材料在焊接过程中产生了微观结构和特性上的变化，这些变化取决于母材在受热状态下的特性。热影响区的金属性能往往不如母材和熔化区，残余应力就分布在这一区域[28]。

[编辑] 焊接质量

衡量焊接质量的主要指标是焊点及其周边材料的强度。影响强度的因素很多，包括焊接工艺、能量的注入形式、母材、填充材料、助焊剂、接头设计形式，以及上述因素间的相互作用。通常采用有损或无损检测来检查焊接质量，检测的主要对象是焊点的缺陷、残余应力和变形的程度、热影响区的性质。焊接检测有一整套规范和标准，来指导操作者采用适当的焊接工艺并判断焊接质量。

[编辑] 热影响区

图中蓝色部分显示了在600°C左右的焊接过程中造成的金属氧化。通过颜色来判断焊接时的温度是很准确的，但是颜色区域不代表热影响区的大小。真正的热影响区实际上是焊缝周围很窄小的区域。

焊接工艺对焊缝附近的金属特性的影响是可以标定的，不同焊接材料和焊接工艺会形成大小不一、特性各异的热影响区。母材的热扩散系数对热影响区的性质有很大的影响：较大的热扩散系数使得材料能以较快速度冷却，形成相对较小的热影响区。与之相反的是，如果材料的热扩散系数较小，散热困难，热影响区相对就较大。焊接工艺的热能输入量对热影响区也有显著的影响，如氧乙炔焊接中，由于热量不是集中输入的，会形成较大的热影响区。而诸如激光焊接这样的工艺，能够把有限的热量集中输出，所造成的热影响区较小。弧焊所造成的热影响区则位于两种极端情况之间，操作者水平往往决定了弧焊热影响区的大小[29][30]。

计算弧焊的热输入量，可以采用以下的公式：

Q = \left(\frac{V \times I \times 60}{S \times 1000} \right) \times \mathit{Efficiency}

式中Q为热输入量（kJ/mm），V为电压（V），I为电流（A），S为焊接速度（mm/min）。Efficiency（效率）的取值取决于所采用的焊接工艺：手工电弧焊为0.75，气体金属电弧焊和埋弧焊为0.9，钨极气体保护电弧焊为0.8[31]。

[编辑] 扭曲和断裂

由于焊接时金属被加热到熔化温度，它们在冷却时会产生收缩。收缩会产生残余应力，并造成纵向和圆周方向的扭曲。扭曲可能导致产品形状的失控。为了消除扭曲，有时焊接时会引入一定的偏移量，以抵消冷却造成的扭曲[32]。限制扭曲的其他方法包括将工件夹紧，但是这样可能导致热影响区残余应力的增大。残余应力会降低母材的机械性能，形成灾难性的冷裂纹。第二次世界大战期间建造的多艘自由轮就出现过这种问题[33][34]。冷裂纹仅见于钢材料，它与钢冷却时形成马氏体有关，断裂多发生在母材的热影响区。为了减少扭曲和残余应力，应该控制焊接的热输入量，单个材料上的焊接应该一次完工，而不是分多次进行。

其他类型的裂纹，如热裂纹和硬化裂纹，在所有金属的焊接熔化区都可能出现。为了减少裂纹的出现，金属焊接时不应施加外力约束，并采用适当的助焊剂[35]。

[编辑] 可焊性

焊接的质量还取决于所采用的母材和填充材料。并非所有的金属都能焊接，不同的母材需要搭配特定的助焊剂。

[编辑] 钢铁

不同钢铁材料的可焊性与其本身的硬化特性成反比，硬化特性指的是钢铁焊接后冷却期间产生马氏体的能力。钢铁的硬化特性取决于它的化学成分，如果一块钢材料含有较高比例的碳和其他合金元素，它的硬化特性指标就较高，因此可焊性相对较低。要比较不同合金钢的可焊性，可以采用以一种名为当量碳含量的方法，它可以反映出不同合金钢相对于普通碳钢的可焊性。例如，铬和钒对可焊性的影响要比铜和镍高，而以上合金元素的影响因子比碳都要小。合金钢的当量碳含量越高，其可焊性就越低。如果为了取得较高的可焊性而采用普通碳钢和低合金钢的话，产品的强度就相对较低——可焊性和产品强度之间存在着微妙的权衡关系。1970年代开发出的高强度低合金钢则克服了强度和可焊性之间的矛盾，这些合金钢在拥有高强度的同时也有很好的可焊性，使得它们成为焊接应用的理想材料[36]。

由于不锈钢含有较高比例的铬，所以对它的可焊性的分析不同于其他钢材。不锈钢中的奥氏体具有较好的可焊性，但是奥氏体因其较高的热膨胀系数而对扭曲十分敏感。一些奥氏体不锈钢合金容易断裂，因此降低了它们的抗腐蚀性能。如果在焊接中不注意控制铁素体的生成，就可能导致热断裂。为了解决这个问题，可以采用一只额外的电极头，用来沉积一种含有少量铁素体的焊缝金属。铁素体不锈钢和马氏体不锈钢的可焊性也不好，在焊接中必须要预热，并用特殊焊接电极来焊接[37]。

[编辑] 铝

铝合金的可焊性随着其所含合金元素的不同变化很大。铝合金对热断裂的敏感度很高，因此在焊接时通常采用高焊接速度、低热输入的方法。预热可以降低焊接区域的温度梯度，从而减少热断裂。但是预热也会降低母材的机械性能，并且不能在母材固定时施加。采用适当的接头形式、兼容性更好的填充合金都能减少热断裂的出现。铝合金在焊接之前应清理表面，除去氧化物、油污和松散的杂质。表面清理是非常重要的，因为铝合金焊接时，过多的氢会造成泡沫化，过多的氧会形成浮渣[38]。

[编辑] 极端环境下的焊接

水下焊接

除了在工厂和修理店这样的可控制环境下工作外，一些焊接工艺还可以在多种环境下进行，如户外、水下、真空（如太空）。在户外作业，如建筑建设和修理工作中，常采用手工电弧焊。需要保护气体的焊接工艺通常不能在户外进行，因为空气的无序流动会导致焊接失败。手工电弧焊还可用于水下焊接，如焊接船体、水下管道、海上作业平台等。水下焊接较常用的工艺还有药芯焊丝电弧焊等。在太空中进行焊接也是可行的：1969年，苏联宇航员第一次在真空环境下试验了手工电弧焊、等离子弧焊和电子束焊接。在那以后的几十年中，太空焊接技术得到了很大的发展。今天，研究者们仍在尝试将不同的焊接技术转移到真空中进行，如激光焊接、电阻焊和摩擦焊等。这些焊接技术在国际空间站的建设中起了很大的作用，透过真空焊接技术，在地面搭建好的空间站子模块得以在太空中组装成型[39]。

[编辑] 保护措施

焊工穿着防护头盔、手套和防护服进行弧焊操作

在缺乏保护的情况下进行焊接作业是十分危险而且有害健康的。通过采用新技术和合适的保护措施，焊接时发生事故和死亡的危险可以大大降低。常用的焊接技术往往采用开放式电弧或火焰，很容易造成烧伤。焊工通过加穿个人防护设备，如橡胶手套、长袖防护夹克等来避免人体暴露在高温和火焰下。除此之外，焊接区域的强烈光照会造成电光性眼炎之类的疾病，因为焊接时产生的大量紫外线会刺激并破坏角膜和视网膜。在进行弧焊时，必须佩带保护眼睛的护目镜或防护头盔。近年来开发的新型防护头盔，可以随着入射紫外线的强度改变护目镜片的透光度。为了保护焊工之外接近焊接现场的人，焊接工作现场往往用半透明的保护幕围起来。这些保护幕通常是聚氯乙烯制成的塑料幕布，能够保护附近的无关人员免受电弧产生的高强度紫外线的照射，但是保护幕不能完全代替护目镜和头盔[40]。

焊工还会受到危险气体和飞溅材料的威胁。诸如药芯焊丝电弧焊和手工电弧焊这样的焊接工艺会产生含有多种氧化物的烟雾，可能会造成金属烟热之类的职业病。焊接烟雾中的小颗粒也会影响工人的健康，颗粒的尺寸越小，危害越大。另外，很多的焊接工艺会产生有害气体和烟气，常见的如二氧化碳、臭氧和重金属氧化物。这些气体对没有经验和有效通风措施的操作人员危害很大。值得注意的还有，很多焊接工艺所采用的保护气体和原材料是易燃易爆的，需要采用适当的防护措施，如控制空气中氧气的含量、将易燃易爆材料分开堆放等[41]。焊接排烟设备常用来抽散有害气体，并通过高效率有隔板空气过滤器来过滤。

[编辑] 经济性和发展趋势

焊接的经济成本是其工业应用的重要影响因素。影响焊接成本的因素很多，如设备、人力、原材料和能量成本等。焊接设备的成本对不同工艺来说变化很大，手工电弧焊和可燃气焊接相对成本低廉，激光焊接和电子束焊接则成本较高。由于某些焊接工艺的成本高昂，一般只用于制造重要的部件。自动焊接设备和焊接机器人的设备成本也很高，因此它们的使用也受到相应的限制。人力成本取决于焊接的速度、每小时工资和总工作时间（包括焊接和后续处理）。原材料成本包括购置母材、焊缝填充材料、保护气体的费用。能量成本则取决于电弧工作时间和焊接的能量需求。

对于手工焊接来说，人力成本往往占总成本的很大一部分。因此，手工焊接成本的降低往往着眼于减少焊接操作的时间，有效的方法包括提高焊接速度、优化焊接参数等。焊接之后的除渣也是一件费时费力的工作。因此，减少焊渣能够提高安全性、环保性，并降低成本，提高焊接质量[42]。机械化和自动化作业也能有效地降低人力成本，但另一方面增加了设备成本，还需要额外的设备安装和调试时间。当产品有特殊需求时，原材料成本往往随之水涨船高。而能量成本通常是不重要的，因为它一般只占总成本的几个百分点[43]。

近年来为了减少高端产品中焊接的人力成本，工业生产中的电阻点焊和弧焊大量采用自动焊接设备（尤其是汽车工业）。焊接机器人能够有效地完成焊接，尤其是点焊。随着技术的进步，焊接机器人也开始用于弧焊。焊接技术的前沿发展领域包括：异型材料之间的焊接（如铁和铝部件的焊接连接）、新型焊接工艺，如搅拌摩擦焊（friction stir welding）、磁力脉冲焊（magnetic pulse welding）、导热缝焊（conductive heat seam welding）和激光复合焊（laser-hybrid welding）等。其他研究则集中于扩展现有焊接工艺的应用范围，如将激光焊接应用于航空和汽车工业。研究者们还希望进一步提高焊接质量，尤其是控制焊缝的微观结构和残余应力，以减少焊缝的变形断裂

厄尔尼诺现象源自哪个海区?该海区在什么性质的洋流控制下?

你做过哪些事做过的划掉？

搬运正文前简单说两句:

AI绘图22年刚出的时候就关注并且试玩了一下,很快就弃掉了,无他,卖家秀与买家秀差别太大了,看着自己生成的一张张垃圾图去比对其他人生成的精美作画实在是劝退。直到最近出来ControlNet刷了一波屏,感觉离可用的生产工具又进了一步,这才又重新研究了起来。结果发现仅仅几个月,整个AI绘画的进步速度让我着实感觉到了后脊发凉。大家现在发了疯的用AI搞图,玩儿新的工具(Controlnet)、插件(LORA,Dreambooth,Hypernetwork)和模型(ChilloutMixdddd),但是在B站和知乎上却都没有看到比较系统的关于StableDiffusion的使用介绍,让我一时有些不知道从何入手。

这篇新手教学文章援引自

这个网站,强烈建议刚入门的新手把这个网站下的每篇文章都读一遍,可以说涵盖了StableDiffusion最前沿使用的方方面面,能让你以最快的速度,来对最新的各个模型、插件的原理、技术及使用方式都有所了解。

Prompt是AI绘图中最重要的输入控制项,即是现在已经有了非常多的定制化模型能够让你更直接简单的生成某一特定风格的图像,你仍然需要会写一个好的Prompt才能够得到一张值得展示的图像。相信大部分中文用户和我一样大概都是英文阅读3星+,写作0星的选手,看别人改别人的Prompt还行,纯自己写的话脑中除了veryverybeautiful__以外就蹦不出别的啥词儿来了。而这篇基础教学文章通过对关键词分类的方式,让你可以更加明确的知道应该使用或查询哪些词汇来构建你所需要的图像,另外文章还介绍了关键词权重及混合等非常实用的技巧,以及SD是如何理解你的输入词汇等基础知识,相信无论你是想要修改Prompt还是从零自己写Prompt,无论是新手还是老手,即使已经开始使用chatGPT来辅助生成prompt了,这篇文章都仍然非常值得一看。

本文原文链接为

以下是正文翻译,请勿转载:

StableDiffusionprompt:adefinitiveguide

了解如何构建出优秀的提示指令(prompt)的方法,是每个SD用户首先要学习的事情。本文通过总结实验与前人的经验,给出构建指令的方法与相关技巧。总之,在这篇文章里,你将了解到有关prompt的所有信息。

何为优秀的提示指令

一个优秀的提示指令应该是详尽而具体的。一个好的方法是在关键词(keywords)分组列表中找到一个与你的需求所匹配的词汇。

关键词的分组如下:

1.主体(Subject)

2.绘画介质(Medium)

3.绘画风格(Style)

4.艺术家名(Artist)

5.网站(Website)

6.清晰度(Resolution)

7.细节描述(Additionaldetails)

8.颜色(Color)

9.光线(Lighting)

在实际编写的一组提示指令中,并不需要包含以上所有的分组里的关键词。你只需要把这个分组列表当作一个提示清单,在添加新的提示词时知道要如何选用即可。

接下来我们将逐一来测试这些分组中的关键词,下面的测试中将使用的是默认模型sdv1.5basemodel。为了能够明确各个关键词的作用,测试中将不使用否定提示指令(negativeprompts)。不过别着急,在文章的后面我们还是会学习如何使用否定提示指令的。以下所有的都以30steps,DPM++2MKarassampler以及512x704分辨率参数进行生成。翻译注:后续翻译文章中所使用的都不是原文中的,而是译者本人在Colab上使用基础模型复刻的,以防作者胡说八道。其中CFG为7,BatchCount=8,Seed使用-1的随机设置,勾选了Restoreface,一般生成3次乃至更多次来选出可用的示例图。另外不同于作者,我添加了"cutoff,nude"的否定指令用以提升出图率以及规避审核风险

主体(Subject)

主体表示的是你在中所看到的实体。在书写指令时,最通常的错误就是缺少足够的实体关键词。

比如我现在想要生成一张魔女释放法术(asorceresscastingmagic)的。一个SD的新玩家可能会这么写

Asorceress

这么写也是OK的,但是留下了太多的想象空间。这个魔女长什么样子?是否能有任何描述她的词汇可以更明确她的样子?她穿的是什么?她释放的是什么魔法?她是站着,跑着还是漂浮在空中?图像的背景是什么?

StableDiffusion不能读取我们的想法,我们必须切实的告诉全部我们所需要的细节内容。

对于人物主体来说,一个常用的技巧是使用明星的名字,因为这些词对输出结果会有很强的效果,也是一个非常好的用来控制输出主体样貌的方法。不过需要注意的是,使用这些人名除了会导致输出结果的面部不易产生变化外,也会导致输出同质化的姿势、风格以及其他物件。关于这一点,在文章的后面的“关联效果”章节会有详细介绍。

作为示例,我们首先让这个魔女看起来像艾玛沃森,EmmaWatson也是在SD中使用最广泛的关键词。我们希望这个魔女充满力量而又神秘,并且使用闪电魔法,她的造型是充满细节点缀的。这样看看能否生成一些有意思的。

EmmaWatsonasapowerfulmysterioussorceress,castinglightningmagic,detailedclothing

EmmaWatson在模型中实在是太常见又太出效果了。我认为SD用户这么喜欢使用她的名字,是因为她看起来十分的优雅、年轻,同时在目前网络中的大部分中形象是一致的。相信我,不是所有女演员都是这样的,尤其是那些活跃在90年代甚至更早期的女演员们。

绘画介质(Medium)

介质表示的是制作绘画所用到的材质。举一些例子如:插画(illustration),油画(oilpainting),3D渲染(3Drendering)和摄影(photography)等。介质关键词对输出结果也有较强的作用,一个相关词汇的修改会改变整个输出结果的风格。

我们来添加一个相关的关键词digitalpainting

EmmaWatsonasapowerfulmysterioussorceress,castinglightningmagic,detailedclothing,digitalpainting

输出结果变成了我们想要的风格!从照片变成了数字绘画。

绘画风格(Style)

风格代表了一种绘画的艺术风格,举例如:印象派(impressionist),超现实主义(surrealist),流行艺术(popart)等。

我们向指令中添加一些风格类的关键字试试:hyperrealistic(超写实),fantasy(幻想风),surrealist,fullbody

EmmaWatsonasapowerfulmysterioussorceress,castinglightningmagic,detailedclothing,digitalpainting,hyperrealistic,fantasy,surrealist,fullbody

嗯....不太好说这些词对结果产生了多大影响,可能是因为这些风格类的关键词已经被前面的关键词所隐含。不过看上去保留他们也没有什么问题。

艺术家(Artist)

艺术家的名字也是有高影响权重的关键词。通过指定一个艺术家的名字可以让你输出的内容与其具体的艺术风格所匹配。另外通常也会使用多个艺术家的名字,以得到一种混合的艺术风格。下面我们将添加两个艺术家关键词:StanleyArtgermLau,一个超级英雄漫画家,以及AlphonseMucha,一个19世纪的肖像画家。

EmmaWatsonasapowerfulmysterioussorceress,castinglightningmagic,detailedclothing,digitalpainting,hyperrealistic,fantasy,surrealist,fullbody,byStanleyArtgermLauandAlphonseMucha

我们可以看到这两种艺术家的绘画风格融合出来的效果非常好。翻译注:慕夏是非常有名的画家,在我这个非专业人士的认知中他可以算是塔罗牌画风的创始人了,其绘画有很突出的古典、巴洛克、平面风格,另外一位画家不熟。在生成的示例图中可以看到慕夏风格表现的十分显著,这里我在制作示例图的时候把闪电的英文拼错了,所以你可以看到生成图中基本没有闪电了,不过因为慕夏+艾玛实在有点好看,我也就不修改了

网站名(Website)

收集网站像Artstation和DeviantArt里聚集了大量的有明确流派的。添加这类关键词可以使我们的输出结果趋同于网站上的图像艺术风格。

EmmaWatsonasapowerfulmysterioussorceress,castinglightningmagic,detailedclothing,digitalpainting,hyperrealistic,fantasy,surrealist,fullbody,byStanleyArtgermLauandAlphonseMucha,artstation

看起来变化不大,但是生成的确实看起来像你能从Artstation上找到的图。翻译注:在复刻的过程中我并不确定作者所说的Website是个有效的关键词类别,当我在webui中输入artstation时,token数量从43变成了45,非常怀疑模型把它拆分为art和station两个单词作为输入处理了(原因见文章后面的“指令可以有多长”章节)。另外网站的画风本身就是多元的,我也不太能理解他会对输出结果产生怎样的影响,在后续的示例中我会删除该关键词,以防止其造成不好的影响。至于与上一节相比,闪电又有了,那只是因为我把lightning拼写修改正确了

清晰度(Resolution)

清晰度代表了输出的图像的锐度与细节度。我们尝试添加这两个关键词:highlydetailed,sharpfocus。

EmmaWatsonasapowerfulmysterioussorceress,castinglightningmagic,detailedclothing,digitalpainting,hyperrealistic,fantasy,Surrealist,fullbody,byStanleyArtgermLauandAlphonseMucha,artstation,highlydetailed,sharpfocus

好吧,看上去没有太大的效果,应该是之前的已经很锐化且细节化了,但是添加上也并无坏处。

细节描述(Additionaldetails)

细节描述是调整的调味剂。我们尝试添加sci-fi(科幻),stunninglybeautiful(绝美)与dystopian(反乌托邦)来对图像进行一些调整。

颜色(Color)

通过添加颜色关键字,你可以控制图像整体的色彩。你所添加的颜色有可能作为图像整体的色调,或某个物体的颜色。

我们尝试使用关键词iridescentgold来为图像添加一点金色。

金色的效果很不错!

光照(Lighting)

所有摄影师都会告诉你,出片的要素之一就是光照。光照关键字对于生成的也有着巨大的影响。我们尝试一下在指令中添加cinematiclighting与dark

以上我们完成了整个演示demo的提示指令的构建

总结

可能你注意到了,仅仅向基础的目标对象再添加几个关键关键词(keywords)就已经可以生成出不错的图像出来了。对于构建StableDiffusion的输入指令来说,通常你并不需要添加太多的关键词

否定提示指令(Negativeprompt)

否定提示指令是另一个非常有效的调整图像的输入,通过输入你不想要的内容,而不是想要的,来实现对图像的调整。否定提示指令并非只能排除实体对象,也可以是风格或者其他一些不想要的图像特征(比如:难看(ugly),异型(deformed))

如果你使用的是SD的二代模型版本的话(注:目前大部分人使用的是1.4/1.5的一代模型版本),否定提示指令是一个必填项,否则你会得到与一代版本相比差的多的图像。对于一代版本来说,否定指令是可选的,不过在实际使用时都会对其进行设置,毕竟否定指令即使没有提升图像的效果,也不会对其造成什么损害。

我将使用一个通用的否定提示指令。有关其原理与更详细的使用方式,你可以在这篇文章中进行深入了解。

ugly,tiling,poorlydrawnhands,poorlydrawnfeet,poorlydrawnface,outofframe,extralimbs,disfigured,deformed,bodyoutofframe,badanatomy,watermark,signature,cutoff,lowcontrast,underexposed,overexposed,badart,beginner,amateur,distortedface,blurry,draft,grainy

可以看出否定提示指令使得图像中的主体更加凸显,不会显得过于平面化。

构建良好指令的流程

迭代构建

你应该使用迭代的过程来构建提示指令,就像前面的示例所演示的,随着关键字逐一添加到主体中,我们最终可以生成非常棒的。

我总是从只包含主体(Subject)、介质(Medium)、与风格(Style)关键词的简单指令开始进行构建。生成至少4张来观察结果。大部分这样的基础指令并不是能100%起效的。你需要对你所使用的基础关键词能获得什么有一些统计学上的感知。

迭代过程中一次最多添加2个关键词,同样生成至少4张来观察其效果

使用否定提示指令

使用通用否定提示指令永远是个不会出错的开始。

添加关键词到否定提示指令中也是迭代话构建的一部分。这些否定关键词可以是你希望避免在图像中生成的物体、或者身体部位。(由于一代模型并不太善于渲染手部,通过在否定指令中添加“hand”关键词以在图像中将其直接隐藏也是个不错的选择)

提示指令书写技巧

你可以调整一个关键词的影响因子,也可以控制在特定的生成步数(samplingstep)后切换关键词。

下面所介绍的语法都可以在AUTOMATIC111GUI翻译注:就是stable-diffusion-webui中进行使用。你可以在Colabnotebook上使用这个工具,也可以将其部署到本地的Windows或Mac电脑上。

关键词权重

(这个语法可以在webui中使用)

你可以使用`(关键词:权重)`这个语法来控制关键词的影响因子。权重是一个数值,小于1代表其重要度较低,大于1代表其重要度更高。

比如,我们可以在下面的指令中对狗这个关键词添加权重

dog,autumninparis,ornate,beautiful,atmosphere,vibe,mist,smoke,fire,chimney,rain,wet,pristine,puddles,melting,dripping,snow,creek,lush,ice,bridge,forest,roses,flowers,bystanleyartgermlau,gregrutkowski,thomaskindkade,alphonsemucha,loish,normanrockwell.

添加狗的权重导致图像中出现了更多的狗,而反之则减少。并不是对于所有权重起到的都是这样的效果,但是绝大多数情况下,你都可以预期权重会产生这样的效果。

这个技巧不仅可以使用在主体关键词上,对所有关键词类别例如风格或光照都可以使用。

()与[]语法

(这个语法可以在webui中使用)

()与[]是与调整关键词权重等价的语法。`(关键词)`会将括弧中的关键词权重增加1.1倍,其等价于`(关键词:1.1)`。`[关键词]`将括弧中的关键词权重调低至0.9倍,其等价于`(关键词:0.9)`。

你可以像代数公式一样使用多个括弧来倍增其权重影响效果

(keyword):1.1

((keyword)):1.21

(((keyword))):1.33

与之相似的,使用多个中括弧的效果如下:

[keyword]:0.9

[[keyword]]:0.81

[[[keyword]]]:0.73

关键词混合

(这个语法可以在webui中使用)

你可以混合两个关键词,这种用法准确的来说称作指令调度(promptscheduling)。语法如下:

[关键词1:关键词2:影响因子]

`影响因子`控制在采样的哪一步(step)中提示指令中的关键词1会切换到关键词2,它是一个0到1之间的参数

比如使用如下的指令

Oilpaintingportraitof[JoeBiden:DonaldTrump:0.5]

将输入的step参数设置为30

这意味着在生成过程的前15步使用的是下面的指令

OilpaintingportraitofJoeBiden

而在接下来第16到30步的生成过程中指令将变成下面这样

OilpaintingportraitofDonaldTrump

影响因子参数将决定关键词在何时发生变化,在上面的例子中它将在30stepsx0.5=15steps后执行。

调整影响因子所产生的效果可以看作是将两位总统的肖像在不同程度上进行混合。

你也许注意到Trump身着白色西服更想是Biden的服饰搭配,这其实非常好的展现了使用关键词混合中很重要的一个规则:关键词1决定了总体的混合效果。越靠前的diffusion生成步骤越对图像整体的混合结果产生影响,而较靠后的生成步骤则只负责逐渐改进细节。

小测试:如果在上面的例子中将JoeBiden与DonaldTrump调换顺序,你觉得对于生成的会产生什么影响呢?

面部混合

关键词混合的常用于借用两个不同的明星来创建出新的面容。举例来说,[EmmaWatson:Amberheard:0.85],40steps,将会产生一个介于二者之间的面孔:

[EmmaWatson:Amberheard:0.85]oilpainting,blurbackground,elegant

选择两个合适的名字再加上调整参数,就可以获得我们想要的样貌。

破产版prompt-to-prompt

使用关键词混合,你可以获得到类似于prompt-to-prompt的效果,即通过编辑生成出一对高度相似的图像。下面的两张图像使用了同样的提示指令,除了使用指令调度语法将苹果替换为了火焰,两张图的seed与steps参数设置也是一样的翻译注:这里使用的示例是我自己做的,与原文不一致,提示指令改成了将苹果替换成了火球,主要原因是替换成火焰没有做出太好的效果图来

[EmmaWatson:Amberheard:0.75]holdingan[apple:fireball:0.9],shiningbokehdepthoffieldbackground,classic,oilpainting,portrait,elegant,upperclass,redlips,earwearing.Steps:40,Sampler:DPM++2MKarras,CFGscale:6,Seed:805277495

混合因子需要精细的调整。它具体是如何工作的?其背后的理论其实就是:输出图像的整体效果是由早期的扩散过程(diffusionprocess)决定的。当扩散过程开始聚焦于更小的区域时,切换任何的关键词都不会对图像的整体结果产生较大的影响。这使得这种方式可以仅仅改变图像中的一小部分。

指令可以有多长?

指令长度取决于你使用的是哪个StableDiffusion应用,应用中可能会对你指令(prompt)中的关键词(keyword)数量进行限制。在SD一代的基础版本中,指令的限制是75个词元(token)

需要注意的是词元(token)并不等同于单词(word)。SD所使用的CLIP模型会自动将提示指令转化为一组词元,即该模型所知晓的单词的数字表示。如果你使用了该模型所不知道的单词或词组,该单词将会被切分为两

厄尔尼诺是一种发生在海洋中的现象，其显著特征是赤道太平洋东部和中部海域海水出现异常的增温现象。

由于热带海洋地区接收太阳辐射多，因此，海水温度相应较高。在热带太平洋海域，由于受赤道偏东信风牵引，赤道洋流从东太平洋流向西太平洋，使高温暖水不断在西太平洋堆积，成为全球海水温度最高的海域，其海水表面温度达29℃以上，相反，在赤道东太平洋海水温度却较低，一般为23～24℃，由于海温场这种西高东低的分布特征，使热带西太平洋呈现气流上升，气压偏低，热带东太平洋呈现气流下沉，气压较高。

正常情况下，西太平洋上升运动强，降水丰沛，在赤道中、东太平洋，大气为下沉运动，降水量极少。当厄尔尼诺现象发生时，由于赤道西太平洋海域的大量暖海水流向赤道东太平洋，致使赤道西太平洋海水温度下降，大气上升运动减弱，降水也随之减少，造成那里严重干旱。而在赤道中、东太平洋，由于海温升高，上升运动加强，造成降水明显增多，暴雨成灾。

厄尔尼诺现象是海洋和大气相互作用不稳定状态下的结果。据统计，每次较强的厄尔尼诺现象都会导致全球性的气候异常，由此带来巨大的经济损失。1997年是强厄尔尼诺年，其强大的影响力一直续待至1998年上半年，我国在98年遭遇的历史旱见的特大洪水，厄尔尼诺便是最重要的影响因子之一。

由于厄尔尼诺现象给全球带来巨大的灾难，因此，这种现象已成为当今气象和海洋界研究的重要课题。

关于“激光焊接、电子束焊接、超声波焊接与电弧焊等传统焊接方法有何区别？”这个话题的介绍，今天小编就给大家分享完了，如果对你有所帮助请保持对本站的关注！