材料焊接技術論文
焊接是一種連線金屬或熱塑性塑料的製造或雕塑過程。這是小編為大家整理的，僅供參考!
篇一
高強材料的焊接淺析
摘要：在現代工業中，高強材料越來越佔有重要的地位，但其焊接時的焊接裂紋、脆化、軟化等現象，給安全生產與產品的使用效率帶來了隱患。為此，筆者根據自身學習與實踐經歷，就高強材料尤其是高強鋼的焊接特性進行分析闡述。
關鍵詞：高強材料;焊接;特性
一、高強材料概況
在當前的管道、容器中，高強材料越來越佔有重要的地位。當中最重要的，是將鋼裡除碳意外新增一類或多類合金成分***合金成分的比例低於百分之五***，用來加強鋼的強度，將鋼的強度提高到275MPa或更高，併產生更優的綜合質量，此種鋼被稱為高強鋼，它的基本優點為強度高、塑性與韌性也優於普通鋼。根據鋼的屈服強度的程度和熱處理時的特性，高強鋼總體上有兩種。
熱軋、正火鋼，其屈服強度處於294Mpa～490MPa間，而利用狀態是熱軋、正火與控軋，在類別上是非熱處理強化鋼，該種鋼的現實中使用的最為常見。
調質鋼，其屈服強度處於490Mpa～980Mpa間，通常在調質狀態中應用，在類別上是熱處理強化鋼。該種剛的特性是不煩強度高，而且塑性與韌性比較好，能夠直接於調質時進行焊接。所以，這中調質鋼在使用中越來越普及。
現在常使用的高強鋼，鋼板牌號包含以下幾種：16MnR、15MnVR、13MnNiMoNbR、18MnMoNbR;鍛件牌號包含以下幾種：16Mn、15MnV、20MnMo、20MnMoNb。
二、高強鋼的焊接特性
高強鋼中碳含量通常不高於0.20%，合金成分的總量通常不高於5%。因為高強鋼包含一些的合金成分，使它的焊接性和別的材料有一些不同，具體焊接特性有以下幾點：
1、焊接時的焊接裂紋
***1***.高強鋼因為使用了讓鋼強度增加的碳、錳等元素成分，當焊接的時候往往產生淬硬，而產生的硬化部分往往很敏感，所以，當剛性過強與拘束應力較強的狀態下，如果焊接方式有問題，就會造成冷裂紋。加上這中裂紋存在較長的延遲，容易造成較大的危害。
***2***.再熱裂紋為在焊作業完成後，慢慢去掉應力熱的過程中，或較長時間在高溫狀態下於臨近熔合線粗晶部位造成的沿晶開裂。通常認為，此類裂紋造成的原因，是因為焊接高溫導致HAZ旁邊的V、Nb、Cr、Mo等元素固溶在了奧氏體內，焊接完成後進行，但沒有完全析出，而是在PWHT的時候呈彌散狀態析出，所以強化了晶內，將應力在鬆弛的時候產生的蠕變變形匯聚在了晶界。
高強鋼在焊接的時候，通常不會造成再熱裂紋，例如16MnR、15MnVR之類。然而對Mn-Mo-Nb與Mn-Mo-V等類別的高強鋼，因為Nb、V、Mo等成分比較敏感，是造成再熱裂紋的常見因素，所以這些高強鋼與焊接完成後實施熱處理時，需要特別迴避容易造成再熱裂紋的溫度範圍，以免造成再熱裂紋。
2、焊接部位的脆化與軟化
***1***.應變時效脆化。焊接部位於焊接前要進行各種冷處理***如鋼板的剪下、管道筒罐的卷圓***，材料會導致有所變形，要是變形的部位再收到200至450℃的熱作用，可能造成應變時效，繼而產生脆化，往往導致材料的塑性減弱，因此造成鋼材的脆斷。
PWHT能夠減弱焊接時產生應變時效，將韌性一定程度上恢復。1998年制定的《鋼製壓力容器》中明確規定，筒狀鋼材的厚度要達到下列標準：碳素鋼達到的的厚度不能低於圓筒內部直徑的百分之三;別的鋼的達到的厚度不能低於內部直徑的百分之二點五。而且，那些冷成形與中溫成形中製作的受壓產品，要在成形之後實施熱處理。
***2***.焊縫與熱影響區產生的脆化。對材料進行焊接時，加熱與冷卻往往不會十分均勻，便會產生不均勻的結構。焊縫與熱影響區具有一定的脆性，這是是焊接接頭裡最薄弱的地方。焊接線的能量強度會對高強鋼WM與HAZ效能產生較大影響，高強鋼容易淬硬，線能量如果不高，HAZ會產生馬氏體造成裂紋;線能量如果過高，WM與HAZ產生粗糙的晶粒，會造成焊接部位的脆化。線能量如果過高，調質鋼而造成的HAZ脆化現象尤其明顯。因而焊接作業時，要把線能量控制於合適的度量。
***3***.焊接部位的熱影響區產生的軟化。因為焊接時的熱作用，會造成部分地區強度降低，形成了一定的軟化帶。HAZ區的結構軟化會因為焊接線熱度的提升與預熱溫度的提升而惡化，不過通常的軟化區的效能還是能夠達到規定標準值的最低標準，因而這些鋼材地熱影響部位產生的軟化現象，如果做到工藝合適，就不會降低焊接部位的正常使用。
三、當代新式高強材料的焊接特性
1、高強管線鋼
高強管線鋼指X70以上的鋼級，至盡為止，X80是已建管線鋼中使用的強度最高的管線鋼。加拿大Ipsco鋼鐵公司在1998年年報中明確指出，該公司已成功進行了X90和X100SSAW鋼管試生產，最終目標是生產各種規格的X100鋼管。日本NKK、住友金屬、新日鐵、川崎制鐵及歐洲鋼管公司也相繼研製成功X90和X100UOE鋼管，正在研製X120鋼管。
為保障管線的安全可靠性，在提高強度的同時，必須相應提高韌性。特別是高壓輸氣用鋼管，必須有很高的CVN。超貝氏體和超馬氏體被譽為21世紀的管線鋼，其鋼級為X80～X100***貝氏體***、X100～X120***馬氏體***。在成分設計上，大體上都是***超***的Mn-Nb-Ti系或Mn-Nb-V***Ti***系，有的還加入Mo、Ni、Cu等元素，因此，熱影響區的韌性不會比較低強度的管線鋼差，冷裂紋敏感性不大。對於強度高於600MPa的鋼，焊接時要特別關注WM冷裂紋問題，尤其是現場對接環焊縫必須採用超低氫焊接材料。
2、超細晶粒鋼
上世紀90年代，世界主要產鋼國相繼開展了新一代鋼鐵材料的研究，其中，尤以日本的“超級鋼“計劃、中國的“新一代鋼鐵材料重大基礎研究”和韓國的“21世紀高效能結構鋼”引起世界鋼鐵界的矚目和熱情參與。
在新一代鋼鐵材料的研究中，最引人注目的是超細晶粒的研究，通過超細晶粒***最小1mm***實現強度翻番的目標。超細晶粒鋼焊接的最大問題就是HAZ的晶粒長大傾向，為解決這一問題，須採用鐳射焊、超窄間隙MAG焊、脈衝MAG焊等低熱輸入焊接方法。
參考文獻
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篇二
試論焊接技術
摘 要：焊接是一種連線金屬或熱塑性塑料的製造或雕塑過程。焊接過程中，工件和焊料熔化形成熔融區域，熔池冷卻凝固後便形成材料之間的連線。這一過程中，通常還需要施加壓力。焊接的能量來源有很多種，包括氣體焰、電弧、鐳射、電子束、摩擦和超聲波等。今天，隨著焊接機器人在工業應用中的廣泛應用，研究人員仍在深入研究焊接的本質，繼續開發新的焊接方法，以進一步提高焊接質量。
關鍵詞：焊接;金屬;能量;技術
1、焊接技術概論
1.1焊接過程的物理本質
焊接是兩種或兩種以上同種或異種材料通過原子或分子之間的結合和擴散連線成一體的工藝過程.促使原子和分子之間產生結合和擴散的方法是加熱或加壓,或同時加熱又加壓。
1.2焊接的分類
金屬的焊接,按其工藝過程的特點分有熔焊,壓焊和釺焊三大類。
1.2.1熔焊是在焊接過程中將工件介面加熱至熔化狀態，不加壓力完成焊接的方法。熔焊時，熱源將待焊兩工件介面處迅速加熱熔化，形成熔池。熔池隨熱源向前移動，冷卻後形成連續焊縫而將兩工件連線成為一體。在熔焊過程中，如果大氣與高溫的熔池直接接觸，大氣中的氧就會氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進入熔池，還會在隨後冷卻過程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，惡化焊縫的質量和效能。為了提高焊接質量，人們研究出了各種保護方法。例如，氣體保護電弧焊就是用氬、二氧化碳等氣體隔絕大氣，以保護焊接時的電弧和熔池率;又如鋼材焊接時，在焊條藥皮中加入對氧親和力大的鈦鐵粉進行脫氧，就可以保護焊條中有益元素錳、矽等免於氧化而進入熔池，冷卻後獲得優質焊縫。
1.2.2壓焊是在加壓條件下，使兩工件在固態下實現原子間結合，又稱固態焊接。常用的壓焊工藝是電阻對焊，當電流通過兩工件的連線端時，該處因電阻很大而溫度上升，當加熱至塑性狀態時，在軸向壓力作用下連線成為一體。各種壓焊方法的共同特點是在焊接過程中施加壓力而不加填充材料。多數壓焊方法如擴散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒有熔化過程，因而沒有象熔焊那樣的有益合金元素燒損，和有害元素侵入焊縫的問題，從而簡化了焊接過程，也改善了焊接安全衛生條件。同時由於加熱溫度比熔焊低、加熱時間短，因而熱影響區小。許多難以用熔化焊焊接的材料，往往可以用壓焊焊成與母材同等強度的優質接頭。
1.2.3釺焊是使用比工件熔點低的金屬材料作釺料，將工件和釺料加熱到高於釺料熔點、低於工件熔點的溫度，利用液態釺料潤溼工件，填充介面間隙並與工件實現原子間的相互擴散，從而實現焊接的方法。
1.2.4焊接時形成的連線兩個被連線體的接縫稱為焊縫。焊縫的兩側在焊接時會受到焊接熱作用，而發生組織和效能變化，這一區域被稱為熱影響區。焊接時因工件材料焊接材料、焊接電流等不同，焊後在焊縫和熱影響區可能產生過熱、脆化、淬硬或軟化現象，也使焊件效能下降，惡化焊接性。這就需要調整焊接條件，焊前對焊件介面處預熱、焊時保溫和焊後熱處理可以改善焊件的焊接質量。另外，焊接是一個區域性的迅速加熱和冷卻過程，焊接區由於受到四周工件本體的拘束而不能自由膨脹和收縮，冷卻後在焊件中便產生焊接應力和變形。重要產品焊後都需要消除焊接應力，矯正焊接變形。
1.2.5現代焊接技術已能焊出無內外缺陷的、機械效能等於甚至高於被連線體的焊縫。被焊接體在空間的相互位置稱為焊接接頭，接頭處的強度除受焊縫質量影響外，還與其幾何形狀、尺寸、受力情況和工作條件等有關。接頭的基本形式有對接、搭接、丁字接***正交接***和角接等。對接接頭焊縫的橫截面形狀，決定於被焊接體在焊接前的厚度和兩接邊的坡口形式。焊接較厚的鋼板時，為了焊透而在接邊處開出各種形狀的坡口，以便較容易地送入焊條或焊絲。坡口形式有單面施焊的坡口和兩面施焊的坡口。選擇坡口形式時，除保證焊透外還應考慮施焊方便，填充金屬量少，焊接變形小和坡口加工費用低等因素。厚度不同的兩塊鋼板對接時，為避免截面急劇變化引起嚴重的應力集中，常把較厚的板邊逐漸削薄，達到兩接邊處等厚。對接接頭的靜強度和疲勞強度比其他接頭高。在交變、衝擊載荷下或在低溫高壓容器中工作的聯接，常優先採用對接接頭的焊接。
搭接接頭的焊前準備工作簡單，裝配方便，焊接變形和殘餘應力較小，因而在工地安裝接頭和不重要的結構上時常採用。一般來說，搭接接頭不適於在交變載荷、腐蝕介質、高溫或低溫等條件下工作。採用丁字接頭和角接頭通常是由於結構上的需要。丁字接頭上未焊透的角焊縫工作特點與搭接接頭的角焊縫相似。當焊縫與外力方向垂直時便成為正面角焊縫，這時焊縫表面形狀會引起不同程度的應力集中;焊透的角焊縫受力情況與對接接頭相似。角接頭承載能力低，一般不單獨使用，只有在焊透時，或在內外均有角焊縫時才有所改善，多用於封閉形結構的拐角處。焊接產品比鉚接件、鑄件和鍛件重量輕，對於交通運輸工具來說可以減輕自重，節約能量。焊接的密封性好，適於製造各類容器。發展聯合加工工藝，使焊接與鍛造、鑄造相結合，可以製成大型、經濟合理的鑄焊結構和鍛焊結構，經濟效益很高。採用焊接工藝能有效利用材料，焊接結構可以在不同部位採用不同效能的材料，充分發揮各種材料的特長，達到經濟、優質。焊接已成為現代工業中一種不可缺少，而且日益重要的加工工藝方法。
1.2.6未來的焊接工藝，一方面要研製新的焊接方法、焊接裝置和焊接材料，以進一步提高焊接質量和安全可靠性，如改進現有電弧、等離子弧、電子束、鐳射等焊接能源;運用電子技術和控制技術，改善電弧的工藝效能，研製可靠輕巧的電弧跟蹤方法。另一方面要提高焊接機械化和自動化水平，如焊機實現程式控制、數字控制;研製從準備工序、焊接到質量監控全部過程自動化的專用焊機;在自動焊接生產線上，推廣、擴大數控的焊接機械手和焊接機器人，可以提高焊接生產水平，改善焊接衛生安全條件。
2、焊接-工業藝術
焊接的出現迎合了金屬藝術發展對新工藝手段的需要。而在另一方面，金屬在焊接熱量作用下所產生的獨特美妙的變化也滿足了金屬藝術對新的藝術表現語言的需求。在今天的金屬藝術創作中，焊接可以而且正在被作為一種獨特的藝術表現語言而著力加以表現。本文對這一技術的出現與運用進行了分析。
2.1藝術創造與工藝方法永遠是密不可分的。作為一種工業技術，焊接的出現迎合了金屬藝術發展對新的工藝手段的需要。而在另一方面，金屬在焊接熱量作用下所產生的獨特美妙的變化也滿足了金屬藝術對新的藝術表現語言的需求。在今天的金屬藝術創作中，焊接可以而且正在被作為一種獨特的藝術表現語言而著力加以表現。金屬焊接藝術可以作為一種相對獨立的藝術形式以分支的方式從傳統的金屬藝術中分離出來，這是因為焊接具有藝術性。
2.2焊接可以產生豐富的藝術創作的表現語言。
焊接通常是在高溫下進行的，而金屬在高溫下會產生許多美妙豐富的變化。金屬母材會發生顏色變化和熱變形***即焊接熱影響區*** ;焊絲熔化後會形成一些漂亮的肌理;而焊接缺陷在焊接藝術中更是經常被應用。焊接缺陷是指焊接過程中,在焊接接頭產生的不符合設計或工藝要求的缺陷。其表現形式主要有焊接裂紋、氣孔、咬邊、未焊透、未熔合、夾渣、焊瘤、塌陷、凹坑、燒穿、夾雜等。這是個十分有趣的現象 :焊接的藝術性通常體現在一些工業焊接的失敗操作之中，或者說蘊藏於一些工業焊接極力避免的焊接缺陷之中。其次，焊接藝術語言是獨特的。選用不同的金屬材料，使用不同的焊接工藝，焊接的藝術性可以在不同的金屬藝術形式中發揮得淋漓盡致。
在焊接雕塑作品中,焊縫和割痕不是作為一種技術加工的痕跡被動地存在，而是以一種精彩的、不可或缺的表現語言著力地加以體現的。一件焊接雕塑，粗的焊縫裸露在雕塑表面，各種不規則的切割痕跡也變成了藝術家優美的藝術語言在很多情況下，由於焊接雕塑所追求的粗糙質樸的風格，金屬的鏽蝕、瑕疵也大多根據作品的需要特意保留，因此，在焊接雕塑中常常可以感覺到一種非雕琢的、原始的美。雕塑下部的鋼板拼接處的焊縫很粗大，從焊接工藝的牢固性來看，這顯然不僅僅是出於對雕塑結實程度的考慮，在這件雕塑中，下部幾條扭曲的焊縫已經作為雕塑整體審美的一個重要因素而成為其不可缺少的一部分。從雕塑整體來看，不論是上半部分的文字造型，還是下半部分的肌理處理，到處有扭曲的焊接痕跡的出現，整個作品達到了整體視覺語言的統一。 手工等離子切割的方法，利用切割時電流的熱量，使切割邊緣產生熱影響區，這樣就給亮白色的不鏽鋼“染”上了一圈略帶漸變的色彩。同時，通過對焊接規範的調節，割槍噴出的強烈氣流會在切割鋼板熔化的瞬間在切割邊緣“吹”起一圈隨機形成的肌理，在切割完成金屬冷卻後，固化為一道美麗的割痕，與中間平坦光亮的不鏽鋼板材形成了質感的對比。這種隨機效果的形成過程帶有一定的偶然性，但又是在一定的焊接規範下必然產生的現象。從尺寸的角度考慮，尺寸較大的焊接藝術壁飾可採用半自動CO2氣體保護焊，較小的可採用手工鎢極氬弧焊。
如果把一幅壁飾作品看成一幅畫的話，畫面中的點、線、面、黑、白、灰甚至顏色的處理都可以通過焊接的方法來實現。各種型號、各種材質的金屬絲，應用不同的焊接工藝會在畫面上以不同的形式出現。不同金屬的顏色不同，不鏽鋼的亮銀色、鋁材的亞銀色、碳鋼的烏亮色，鈦鋼、青銅、紫銅、黃銅而且就鋼材來說，不同的鋼材在高溫受熱時會出現不同的顏色變化,即焊接熱影響區不同。另外，切割也是焊接藝術壁飾創作的方法之一，既可以與焊接結合使用，也可以單獨使用，這完全取決於創作者的創作意圖和對工藝與效果的掌握程度。以上所述的這些方法綜合起來，變化的豐富可想而知。
3、焊接作業中發生火災、爆炸事故的原因
3.1焊接切割作業時，尤其是氣體切割時，由於使用壓縮空氣或氧氣流的噴射，使火星、熔珠和鐵渣四處飛濺***較大的熔珠和鐵渣能飛濺到距操作點5m以外的地方***，當作業環境中存在易燃、易爆物品或氣體時，就可能會發生火災和爆炸事故。
3.2在高空焊接切割作業時，對火星所及的範圍內的易燃易爆物品未清理乾淨，作業人員在工作過程中亂扔焊條頭，作業結束後未認真檢查是否留有火種。
3.3氣焊、氣割的工作過程中未按規定的要求放置乙炔發生器，工作前未按要求檢查焊***割***炬、橡膠管路和乙炔發生器的安全裝置。
4、焊接作業中發生火災、爆炸事故的防範措施
4.1焊接切割作業時，將作業環境lOm範圍內所有易燃易爆物品清理乾淨，應注意作業環境的地溝、下水道內有無可燃液體和可燃氣體，以及是否有可能洩漏到地溝和下水道內可燃易爆物質，以免由於焊渣、金屬火星引起災害事故。
4.2高空焊接切割時，禁止亂扔焊條頭，對焊接切割作業下方應進行隔離，作業完畢應做到認真細緻的檢查，確認無火災隱患後方可離開現場。
4.3應使用符合國家有關標準、規程要求的氣瓶，在氣瓶的貯存、運輸、使用等環節應嚴格遵守安全操作規程。
4.4對輸送可燃氣體和助燃氣體的管道應按規定安裝、使用和管理，對操作人員和檢查人員應進行專門的安全技術培訓。
4.5焊補燃料容器和管道時，應結合實際情況確定焊補方法。實施置換法時，置換應徹底，工作中應嚴格控制可燃物質的含影實施帶壓不置換法時，應按要求保持一定的電壓。工作中應嚴格控制其含氧量。要加強檢測，注意監護，要有安全組織措施。
作為一種工業技術,焊接的出現迎合了金屬藝術發展對新工藝手段的需要。而在另一方面,金屬在焊接熱量作用下所產生的獨特美妙的變化也滿足了金屬藝術對新的藝術表現語言的需求。在今天的金屬藝術創作中,焊接可以而且正在被作為一種獨特的藝術表現語言而著力加以表現。
上述種種焊接缺陷的表現形式以及焊接熱影響區,是通過一定規範下的焊接操作形成的,也只有通過焊接的方式才會產生這些藝術語言。焊接藝術作品的表面效果是其它金屬加工工藝無法或者很難實現的,因而說焊接藝術具有獨特的藝術性。