焊接材料范文

導語：如何才能寫好一篇焊接材料，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關鍵詞】：材料；焊接性；質量；成本；影響

中圖分類號：P755.1文獻標識碼： A 文章編號：

引言

文章在簡要論述金屬材料(主要是鋼鐵材料)焊接性的基礎上,分析了材料對焊接鋼結構產品的質量和焊接成本的影響,期望能為設計工程師在設計選材時提供參考,使設計者在對材料的剛度、彈性、耐磨性以及防腐性等物理、機械性能給以考慮的同時,也能對材料的焊接性足夠的重視。影響焊接質量和焊接成本的因素有很多,對設計者來說,重點應考慮的是材料的焊接性。

一、材料的焊接性

焊接性是指在對材料進行焊接加工時，材料的適應性。具體是指在一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數及結構型式下，能否獲得優質焊接接頭的難易程度和該焊接接頭能否在使用條件下可靠運行。焊接性的具體內容可分為工藝焊接性和使用焊接性。

1、工藝焊接性是指在一定焊接工藝條件下，能否獲得優質致密、無缺陷焊接接頭的能力。對于熔化焊來講。焊接過程一般都要經歷傳熱和冶金反應。因此，工藝焊接性又分為“熱焊接性”和“冶金焊接性”。熱焊接性是指在焊接熱過程條件下。對焊接熱影響區組織性能及產生缺陷的影響程度。它是評定被焊金屬對熱的敏感性，主要與被焊材質及焊接工藝條件有關。冶金焊接性是指冶金反應對焊縫性能和產生缺陷的影響程度。

2、使用焊接性是指焊接接頭或整體結構滿足技術條件所規定的各種使用性能的程度。其中包括常規的力學性能、疲勞性能、持久強度、以及抗腐性、低溫韌性、抗脆斷性能、高溫蠕變、耐磨性能等。

二、材料的焊接性與焊接質量

1、焊接質量

過去人們一提到焊接質量,首先想到的就是焊縫質量,這是因為早期用于制造焊接鋼結構的材料,主要是低碳鋼,焊縫的質量在整個焊接結構中起著決定性的作用,因此,當時人們把主要注意力集中在解決焊縫中存在的問題是必然的。隨著科學技術和焊接技術的發展,各種高強鋼、合金鋼以及某些有色金屬等已被廣泛應用到焊接結構產品中來。在這種情況下,焊接質量就不僅僅取決于焊縫,有時熱影響區(包括熔合線)的質量對焊接接頭乃至整個鋼結構產品的質量都起著至關重要的作用,所以,現在所講的焊接質量應當是包括焊縫金屬、熔合線和熱影響區母材金屬在內的整個焊接接頭的質量。而熱影響區性能的好壞,與母材的化學成分和性能即母材的焊接性有著直接的關系,因此選擇焊接性好的材料對保證焊接質量是非常重要的。

2、焊接接頭各區的組織形態和性能

焊接接頭各部位金屬的性能與母材存在著很大的差異,造成這一差異的原因是焊接接頭各部位金屬的化學成分和(或)金相組織形態與母材有很大差別。以熔化極電弧焊為例,焊縫金屬是由被焊部位母材金屬與填充金屬(如焊絲、焊條等)重新組合、重新熔化和重新冶煉而成的近似于鑄造組織形態的金屬,它的化學成分和金相組織與母材不同,熱影響區是由于焊接時產生的高溫使母材在金相組織和性能發生變化的區域,在熱影響區內,各點金屬經歷的最高溫度隨其距離焊縫遠近不同而各異,因此各點的組織形態也有相應的差別。根據組織特征和距焊縫的遠近可將熱影響區依次分為熔合區、過熱區、相變重結晶區和不完全重結晶區等四個區域。由于各區組織形態不同,因此性能各異,突出表現在過熱區沖擊韌性的降低,對于時效敏感性較強的鋼種,在靠近熱影響區的附近,雖然組織未發生變化,但也有可能產生脆化現象,使接頭的韌性下降。

3、材料的焊接性對焊接質量的影響

材料的焊接性對焊接質量的影響是非常明顯的,焊接性的優劣就是衡量金屬材料對焊接加工的難易程度,若想容易地獲得優質焊接接頭,被焊材料不具備良好的焊接性是很難達到目的的。例如Q235鋼,用普通低碳鋼焊條焊接就能容易地獲得優質無缺陷的接頭,不需要復雜的工藝措施。如果用同樣的焊條和工藝來焊接鑄鐵的話,則往往會產生裂紋、剝離等嚴重的焊接缺陷,即使采取一定的工藝措施來防止裂紋等缺陷的產生,也常會由于熔合線附近存在著極為硬脆的不能進行加工的白口組織而無法使用,這是因為鑄鐵的焊接性不如Q235鋼好的緣故,故不易獲得優質的焊接接頭,更談不上保證焊接質量了。如，目前我國新研制的橋梁鋼14MnNbq與15MnVNq相比,由于前者的焊接性好于后者,因此,除了所用的焊接材料不同外,其焊接工藝也有所不同。以板厚25~32mm鋼板的對接埋弧焊為例,焊接14MnNbq鋼時需預熱80~120e,而焊接15MnVNq則需160~180e,預熱溫度的提高,增加了人力、物力和能源的消耗,從而增加了焊接成本。又如用于制造九江長江大橋鋼梁的15MnVNq鋼,通過對試驗材料的力學試驗研究認為,該鋼具有良好的抗低溫脆斷的能力,各項性能指標基本上達到了大橋設計要求,但是通過焊接性研究卻發現接頭的沖擊韌性有較大幅度的降低。所以,在條件允許的情況下,盡量采用焊接性相對較好的材料,對簡化焊接工藝、提高焊接質量和降低焊接成本都是有利的。

雖然在采取了預熱等措施的條件下能夠得到完好的焊縫外觀,但熱影響區的沖擊韌性與母材相比仍然下降太多,不能滿足焊接質量要求。因此,只從焊接材料和焊接工藝的改進上提高接頭的沖擊韌性是極為有限的,不能解決其根本問題,事實證明,優化后的鋼板明顯的提高了材料的焊接性,接頭熱影響區的沖擊韌性有了大幅度提高,焊接接頭的性能得到了較大的改善,為焊接生產提供了可靠的質量保證。這充分體現了材料的焊接性對鋼結構產品焊接質量的重要影響。

三、材料的焊接性與焊接成本

材料的焊接性除了影響焊接質量外對焊接成本也有很大的影響。由于現代焊接材料和焊接技術的不斷發展,過去一些難焊金屬或是不能進行焊接加工的金屬材料,在特定的條件下進行焊接也能夠得到較為滿意的焊接接頭,但會增加一定的焊接成本。仍以鑄鐵為例,上述內容中已經提到用低碳鋼焊條焊接鑄鐵較難獲得滿意的接頭,但如果用鑄鐵焊條或者不銹鋼焊條進行焊接的話,可以比較容易的獲得較好的焊接接頭，然而鑄鐵焊條和不銹鋼焊條的價格要比普通低碳鋼焊條高出許多。例如，目前我國最新研制的的橋梁鋼14MnNbq，它與15MnVNq相比,由于前者的焊接性比后者好,所以,除了所用的焊接材料不同外,它們的焊接工藝也不相同。如果以板厚25～32mm的鋼板的對接埋弧焊，當焊接14MnNbq鋼時需預熱80～120℃,而焊接15MnVNq就需要需160～180℃,預熱溫度的提高,造成了人力物力資源的浪費,從而導致了焊接成本的增加。因此,在條件允許的情況下,采用焊接性相對較好的材料,對簡化焊接工藝和降低焊接成本都是有利的。

結束語

總的來說，在焊接材料產品的設計中,設計工程師在對所選材料的物理和機械性能關注的同時,還應充分考慮下述方面：(1)焊接質量與焊縫和焊接熱影響區的質量都有關系，更有甚者焊接熱影響區的質量會成為焊接接頭乃至整個產品質量的控制因素。(2)重視材料的焊接性，可以保證焊接質量。(3)選擇焊接性好的材料制造焊接產品可簡化焊接工藝、提高焊接質量以及降低焊接成本。

參考文獻：

【l】徐立媚．減少焊接應力與變形的措施嘰．金屬加工(熱加工)，2008，(12)：83—91．

【2】劉兆甲，張文明．焊接工藝查詢與管理系統設計川．電焊機，2008，(1)：17-19．

【3】方立東，宋?。附庸に噮祪灮嬎銠C輔助系統的設計與研究【J】．江蘇船舶，2002.

篇2

關鍵詞：鋼材焊接性、焊接材料、兩者需關注的問題。

中圖分類號： TG4 文獻標識碼： A

一、中國鋼鐵工業的發展以及鋼鐵本身的發展

1、 鑄和連鑄連軋技術的使用。現在各個鋼廠已使用連鑄或連鑄連軋，而且混合電磁攪拌，不會再出現鋼板的偏析與夾層缺陷。

2、 煉鋼技術的進步。鐵液、復合吹煉、爐外精煉技術的應用，使鋼液中的混合物質存在指數降低。

3、 高強鋼的發展?，F在用于船塢、大橋、鋼鐵房屋、容器、不同環境溫度的鋼等都在向“純凈、少碳、微合金化和控軋控冷”的方面發展。無論是是我國還是是世界鋼鐵都在向高強鋼的趨勢發展。

3、 過去的合金鋼是以改變其中碳和元素含量再加上溫度加熱以制造出各種用途的鋼，可以適應各種條件下的焊接。但是隨著上述元素所占比例的升高，鋼的強度升高，焊接性不足以適應。不同品種所遇到的焊接性狀況不同。而合金結構鋼內部碳及合金元素所占比例升高，更會引起接頭的軟化、裂縫增大。各種焊接性問題會對焊接結構安全運行產生影響。

4、 最新型微合金控軋控冷鋼其中的碳含量非常低、很少添加有合金元素。采用新型技術來改變鋼的強度，大大加強了鋼鐵的韌性。

5、 新的鋼的面世也改變了焊接的發展。但也隨之而來了新的焊接問題，實我們焊接方法、做工、原料等方面開發新技術，克服新困難。一直推動焊接技術不斷的向更好的方面去發展。

二、鋼材焊接性因鋼鐵改變導致的技術變化

1、 焊接裂紋。上述我們已經介紹了微合金控軋控冷鋼所含有的雜質含量非常的低，所有冷裂紋出現的幾率就會變小。但是因為在鋼管焊接和拼裝中有著很大的附加應力，尤其是在使用非常高的溫度加入埋弧焊制管，因為焊縫晶粒變大，所以導致局部偏析，也容易出現結晶裂紋。

2、 熱影響區的脆化。這是操作過程容易遇到的問題，一般使用的溫度越高，脆化程度也會變高。脆化會遇到的問題有很多。其中粗晶區、臨界粗晶熱影響區、亞臨界粗晶熱影響區的脆化是最容易出現問題的區域、也是我們應該重點對待的區域。

三、如何減少熱對脆化的影響

1、 在所含有的成分中降低碳所占的比例，嚴格控制雜質所占的比例。

2、 減少熱在影響區所含有的晶粒變大。可以向鋼鐵中添加一些氮氧物質，內部轉換，使得我們可以控制晶粒的成長，穩定含量。

3、 改變熱區的物質。我們可以對鋼中加入變質劑，提高并細化。舉例對鋼中加入TiO2微粒。可以改變使其不會形成晶界鐵素體＋側板條鐵素體這樣的部分。并且奧氏體晶內形成細小的針狀鐵素體可以非常明顯的提高韌性。就算實用大量熱輸入量焊接也不會出現脆化。

4、 實用合適的焊接參數。有一些鋼對于熱非常敏銳，在焊接的同時改變焊接參數，降低熱量觸碰的時間，使其晶粒不會長大；從而得到韌化且強壯的組織。

四、新型鋼鐵材料的焊接性

因為新的鋼鐵材料晶粒非常的細致，在焊接的同時需要面對的情況是焊縫的強韌、在熱影響區晶粒長大等問題。

金屬的強韌化。焊縫金屬是通過合金化控制焊縫的組織從而實現強韌化。對400MPa級鋼，只要改變焊縫組織就可以使得針狀鐵素體出現，便可以得到強韌性。對于800MPa級以上的鋼，焊縫金屬、母材的等配對非常的困難。但是現在，中國與韓國研究的與800MPa級以上的鋼匹配的焊接材料，是無預熱超低碳貝氏體焊接材料。

熱影響區的晶粒長大趨勢。因為超細晶粒鋼的存在，焊接的時候會出現晶粒長大趨勢。不但會出現HAZ的脆化，并且還會影響HAZ的軟化。要改變這個情況，要使用激光焊、超窄間隙GMA焊、脈沖MAG焊等低熱量的焊接方法。

五、鋼鐵工業的進步對于焊接材料產業的影響以及改變

我國工業化的快速進步和鋼鐵工業的迅猛發展，我國焊接材料產量速度不斷上升，而且與鋼材的消費量的增加形成的正比例上升。現在我國焊接材料產量可以占到全球焊接產量的40％，數量上是世界第一的焊材消費大國，但焊材技術并不是在強國之列。

焊材在發展中的問題有很多。隨著焊接產量進一步的增加，焊接的結構也面臨著進一步調整的情況。最近隨著鋼材的需求的日益增高，焊接材料消費需求不斷的增加，伴隨我國鋼結構用鋼量的上升，焊接材料的需求將會越來愈高。焊接技術向高效化、自動化和高質量化方向是我們發展的目標，因而使得焊材結構得以改變。這其中焊條比例將下降，焊絲比例將提高。

焊材質量的提高。中國不但是鋼材產量和鋼材消費大國，并且是世界上頭號焊材產量與焊材消費大國。但低端焊材偏多，高端焊材還需需要從國外進口。所以，我國的焊材需要根據自身的情況來指定自身的方針，不但要對結構進行改變，還要改變產品的質量問題，去迎合需求，改變我們的產品在世界上的影響力和競爭力。例如：焊條、絲都應隨著新型鋼的出產進行配套研發、藥芯焊絲應向寬電流、無雜質、低飛濺、快速焊發展、氣保護實芯焊絲應向低飛濺、高狀態、多樣式發展。

微合金控軋鋼焊接材料的開發。鋼鐵冶金技術的進步使低合金高強鋼實現了高強度，這就要求與之匹配的焊接材料也必須有相應的強度。因為焊縫金屬無法采用控軋控冷措施實現，也無法實現鋼材軋制時的強度。所以現在用的焊接工藝與焊接材料不能用于低碳微合金化控軋鋼，于是便要對焊接材料及工藝進行改變。根據資料顯示，可以在微合金化細晶鋼與新一代鋼種的新型焊接材料中使用的是高潔度的針狀鐵素體與超低碳貝氏體的焊接材料。這樣的焊接材料有非常好的韌性，所以，焊縫能夠在很寬裕的熱輸入范疇內保證有著非常高的韌性。而且，因為上述技術使用了低碳，所以裂紋出現的可能性大大降低，可以說是不會因為焊接的問題而產生裂紋。

新型焊接材料發展的方向。因為我國工業化前進腳步的快速邁進以及新鋼種材料源源不斷的開發利用，所以對焊接材料提出了更高的要求，在提升現在我國焊材品質的同時，不斷研究更多新型焊材的種類，以適應國家現代化建設的要求。

參考文獻：

篇3

1.1 深水用管線鋼的概況與發展趨勢

海底管道在國外發展很快，自1954年美國在墨西哥灣覆設世界第一條海底管道以來，北海、黑海、地中海、巴西等海洋油氣田被相繼發現和開發，全世界海底管道工程得到蓬勃發展。目前世界最長的海底管道是挪威至英國的朗格勒得北海管道，總長度1 200 km，管徑1 016 mm，壁厚34.1 mm，材質X70，最大工作壓力25 MPa，最大水深1 000 m。目前世界最深海底管道是美國墨西哥灣東部灣的獨立管道，水深為2 454 m，其管徑為610 mm，壁厚34.3 mm，材質X65，最大工作壓力25 MPa。目前世界深水管道的典型水深為2 500 m，正面臨3 000 m及以上深度的挑戰。

中國擁有300萬平方千米的海洋面積，油氣資源儲量豐富，僅南海海域探明的油氣儲量達到220億桶當量，是墨西哥灣的兩倍。政府開始加大海洋油氣資源的開發力度，在“十二五”發展綱要中，明確提出要重點扶持海洋裝備制造產業，并出臺了一系列扶持政策。與此相適應的南海荔灣3-1項目已于2009年啟動，預計2014年竣工投產，總投資規模100億美元。該氣田水深為1 410 m（最深），海底管道分深水和淺水兩段，鋼管均已完成供貨任務，其中淺水段265 km由珠江鋼管有限公司和國內其他兩家管廠共同完成供貨，而深水段150 km由珠江鋼管公司獨家完成供貨，這也是國內制管企業第一次提供1 500 m深海用海底管線。深海段管徑為559 mm，壁厚22～27 mm（彎管用母管壁厚31.8 mm），材質X65，最大工作壓力29.4 MPa，年運行時間350天，使用年限50年。

1.2 深海管線鋼管的特點

海底管道與陸地管道有很大差異，海底管道除了考慮管道正常運行中承受的工作載荷外，還需考慮管道鋪設過程中承受的拉伸屈曲應力和鋪設完成后的殘余應力，以及運行過程中環境載荷對管道的影響，如外水壓力、風、海浪、暗流、地震等對管道造成的平移和振動。為滿足應變設計需求，使鋼管獲得最大的臨界應變屈曲能力，要求鋼管具有足夠小的D/t（即徑厚比），因此小直徑和大壁厚是深海管線鋼管的主要特點。海水深度與管徑的關系如表1所示。由表1可以看出，隨水深的增加，要求的徑厚比減小。

為適應海底管道的安裝要求和服役條件，海底管線在成分設計和性能方面要求更為嚴格。主要特點有：①具有高的形變強化指數和均勻延伸率；②低的屈強比；③優良的縱向拉伸性能；④低的鑄坯中心偏析，良好的厚度方向性能，低的斷口分離和層狀撕裂的幾率；⑤優異的夏比沖擊、落錘撕裂和CTOD性能；⑥優異的 焊接性；⑦嚴格的尺寸偏差和精度控制。為保證鋼管具有上述性能，其化學成分設計特點是：低的碳含量、低的碳當量、低的硫磷含量，其軋制工藝為TMCP。荔灣3-1項目國產鋼板的典型化學成分如表2所示，力學性能如表3所示。

從化學成分和力學性能結果看，國產鋼板鋼質純凈，性能優良，斷裂韌性優異，完全可滿足深海管線的使用性能。

1.3 深海X65鋼管的焊接材料及其焊接

深海管線在前期的試制過程中，采用國內現有的焊接材料有針對性地進行了大量的焊接X65厚壁板的試驗研究，結果不能令人滿意。表現在：①焊縫中心熔合線的夏比沖擊吸收能量偏低，甚至不能夠滿足標準要求，更不能滿足應大于標準規定的二倍的內控標準；②現有焊接材料強度偏低，焊接接頭的橫向拉伸試驗斷在焊縫的情況時有發生，不符合標準的要求。因此有必要開發一種性能更高、更穩定的新型焊絲，絕對保證焊縫接頭具有足夠的低溫沖擊韌性和斷裂韌性以及足夠的焊縫抗拉強度，為此珠江鋼管與猴王焊材進行了共同開發，并取得成功。

南海荔灣深海鋼管的焊接要求如下：

（1）焊接接頭的低溫韌性：試驗溫度為-20 ℃，試樣尺寸為10 mm×10 mm×55 mm時，焊縫中心、FL，FL+2，FL+5的單個最小值≥38 J，平均值≥45 J。內控標準加倍，即：最小值≥80 J，平均值≥90 J。

（2）焊縫的低溫斷裂韌性：試驗溫度為-10 ℃時，CTOD值≥0.2 mm。

（3）焊接接頭橫向抗拉強度：Rm ≥535 MPa，且不允許斷在焊縫中心，即要求焊縫的抗拉強度必須大于母材的抗拉強度。從前面數據看出，X65母材的抗拉強度一般在600～620 MPa，為保證接頭斷于母材，焊材熔敷金屬的抗拉強度應在630～660 MPa之間（即匹配系數為1.05～1.10為佳）。

1.3.1 焊絲成分設計思路

目前在制管行業主要使用二種合金化思路的高強高韌性焊絲，效果都比較好，已應用了10多年。一種是以H08C為代表的Mn-Mo-Ti-B合金化方式，另一種則是以H08D為代表的Mn-Ni-Ti-B合金化方式，這二種焊絲各有千秋，就熔敷金屬性能而言，H08C的強度更強，H08D的韌性則更高。新型焊絲成分設計立足于二者的優點，將采用Mn-Mo-Ni-Ti-B的新合金成分體系，適當提高Mn，Mo含量以提高抗拉強度，添加適量Ni元素以提高焊縫韌性，降低P，S含量，以穩定焊縫力學性能和改善焊縫的抗裂性能。其合金化元素作用如下：

（1）C：C含量對焊縫的強韌塑性及其組織均有較大的影響，不宜過高或過低。C含量過高，將會使焊縫的韌性和塑性迅速下降，甚至引起焊縫開裂，C含量過低，將影響焊縫強度，一般含量在0.04%～0.10%。

（2）Si：加入一定的Si可以使焊縫金屬鎮靜，加快熔池金屬的脫氧過程，保證焊縫的致密性，同時也可提高焊縫的強度。但過量的Si含量，容易形成硅酸鹽夾雜，還易出現硅裂。

（3）Mn：焊縫強韌化的有效元素。Mn可以細化晶粒，提高焊縫的低溫沖擊韌性，并有脫氧脫硫作用；另由于降碳會引起強度下降，所以加入Mn的同時會彌補所失去的強度。

（4）Mo： 焊縫中含有一定量的Mo元素有利于提高焊縫中針狀鐵素體的含量，減少先共析鐵素體，并有細化鐵素體晶粒的作用，提高焊縫的強韌性。

（5）Ni：有助于提高焊縫金屬的韌性，降低韌脆轉變溫度。此外，Ni還能有效地阻止Cu的熱脆性引起的網裂，并能有顯著提高鋼和焊縫的耐腐蝕性能。

（6）Ti：焊接時Ti可與N和O結合形成TiN或TiO質點作為晶核，在焊接加熱過程中阻止奧氏體晶粒的長大而細化焊縫奧氏體晶粒，同時又可在焊接冷卻過程中作為相變核心，形成晶內形核的針狀鐵素體，使焊縫的韌性提高。但若Ti過量，形成大量的TiC和TiN質點，將使韌性降低。

（7）B：加入微量的B，可明顯降低奧氏體晶界的界面能，抑制鐵素體從奧氏體晶界上形核，避免不利的魏氏鐵素體或網狀先共析鐵素體形成，因而可使焊縫最大限度地獲得韌性較高的晶內針狀鐵素體組織，提高焊縫的韌性。

（8）S，P：焊縫中的主要有害元素，顯著降低焊縫金屬的低溫沖擊韌性和塑性，這也是焊縫性能波動的重要原因。為了消除S對焊縫的熱脆和P對焊縫冷脆作用，焊絲鋼冶煉時應盡量降低S，P的含量，焊縫中S的含量應低于0.003%，P的含量應低于0.012%。

1.3.2 焊縫熔敷金屬性能

熔敷金屬試驗按GB/T12470—2003標準進行，焊絲牌號為MK65HGX-III，匹配的焊劑為SJ102G的氟堿性焊劑。檢驗結果見表4和表5。熔敷金屬性能滿足預期要求。

1.3.3 對接試板焊縫性能對比試驗

對接采用4絲焊，第1組4根絲全部為新型焊絲，第2組前2根為新型焊絲，后2根為H08DG焊絲。對接試板均為SMYS 450F/X65深海用鋼板，壁厚27 mm。試板對接性能結果如表6所示。第1組結果要優于第2組，但二組試驗結果均合格，且均有加大的富余。第2組的成本優勢明顯，故正式生產擬選用第2組匹配。

1.3.4 埋弧焊焊絲MK65HGX-Ⅲ的應用

以埋弧焊焊絲MK65HGX-Ⅲ為主和SJ102G焊劑匹配焊接了南海荔灣項目淺海段的鋼管6.5萬噸。其材質為X65（武鋼），管徑為φ762 mm，壁厚度為28.6和30.2 mm。

以同樣的焊接材料匹配焊接了南海荔灣項目深海段鋼管5萬噸，其材質為SMYS 450F（POSCO和南鋼），管徑為φ558.8 mm，管壁厚度分別為31，29，27，26，25.4，24和22.2 mm，深海段彎管250 t，其材質為SMYS 450F（南鋼），管徑為φ566 mm，壁厚為30.5 mm。

以上所有規格的焊接接頭實物質量的低溫沖擊韌性均大于標準規定的二倍以上。焊縫中心的CTOD值，淺海段和深海段先后進行了15次試驗，焊縫實物質量的CTOD值均滿足了標準的要求，而且富余量較大。焊接接頭的橫向拉伸試驗全部都斷在母材上，試驗證明埋弧焊的焊接接頭具有高強度、高韌性和高塑性的性能。圖1為部分鋼管焊縫性能數據分布圖。表7為鋼管焊縫CTOD試驗結果。

2 關于焊接材料標準的二點建議

2.1 關于S，P含量的問題

通過近10年的發展，中國的冶金和軋鋼技術有了長足的進步，國內重點鋼廠企業建立了現代化煉鋼流程和現代化TMCP軋鋼工藝。鐵水幾乎100%實現了預處理，80%實施了爐外精煉工藝，極大地提高了鋼材的純凈度，匹配現代TMCP軋制工藝，實現了當代板材高強度、高韌性和良好焊接性的統一。例如：現在普通的熱軋板雜質含量可控制S≤0.010%，P≤0.020%；普通低合金高強板可控制S≤0.005%，P≤0.015%；X80，X90管線鋼S≤0.001 5%，P≤0.010%；抗HIC鋼板S≤0.001%，P≤0.008%。然而現在的焊縫性能已經明顯落后于鋼板性能，焊縫性能不穩定，波動大，其主要原因之一，就是焊接材料中S，P偏高，焊接材料實物質量雖然可滿足現行焊接材料標準的最低要求，但已難滿足用戶實際生產需要?，F行的焊絲標準S，P大都≤0.030%或≤0.035%，而焊劑更離譜，S≤0.06%，P≤0.08%，作為焊接材料使用單位完全無法接受。建議新修訂標準時應進行適當修正，以滿足和規范國內焊接材料市場。

2.2 關于ASME牌號焊接材料的問題

現行焊接材料國家標準和國際標準接軌力度較弱，基本在國內采購不到完全符合ASME標準的國產焊絲，低合金鋼焊絲表現尤為明顯，總是有個別元素對不上，致使公司接國外訂單時麻煩重重，評定工作量加多不少，因此建議在修訂標準時適當加以考慮。

3 結束語

（1）南海1 500 m深海管線的開發成功，開創了中國制造的SAWL焊管適用于深海管線的先河，這是國內企業向深海進軍的里程碑。

（2）開發高端產品，需要走聯合開發的路子，例如企業與企業聯合、企業與研究院（所）聯合。深海管線項目的成功開發，就是一個很好的范例。

篇4

摘要： 針對國內外火力發電廠中高溫高壓工作環境的要求，研發了高Cr奧氏體型不銹鋼焊接材料，并對其工藝性能進行了研究。

關鍵詞： 高Cr奧氏體型不銹鋼；焊接材料；工藝性能

中圖分類號： TG422

Abstract： The high temperature and pressure environment for thermal power plants at home and abroad require new types of welding materials. A kind of high Cr austenitic stainless steel welding material was developed in this research， and it process performance were studied.

Key words： high Cr austenitic stainless steel； welding material； process performance

1 概述

近年來，在國內外的火力發電廠中，由于蒸汽條件的高溫高壓化，要求使用蠕變強度比18Cr-8Ni型不銹鋼高的耐熱鋼，因此開發了20-25Cr型奧氏體不銹鋼。對于焊接材料，開發了改善高溫特性的19Cr-11.5Ni-0.1C型不銹鋼焊接用焊絲和焊條。但是對于更高要求的高溫高壓環境的焊接材料尚未開發，為了滿足20-25Cr型奧氏體不銹鋼的焊接，研究了高Cr奧氏體型不銹鋼，特別是20-25Cr型焊接材料的優良蠕變特性，研發了高溫高壓環境下具有更高要求的高Cr奧氏體型不銹鋼焊接材料。

2 發明的內容

2.1 氣體保護焊用焊絲的合金含量及其作用

C：0.02%～0.1%，C是降低耐腐蝕性的成分。超過0.1%時，產生晶間腐蝕。小于0.02%時，降低蠕變強度。因此，C含量控制在0.02%～0.1%范圍內。

Si：0.1%～1.0%，Si是脫氧劑，是改善熔融金屬流動性，獲得良好焊縫的成分。小于0.1%時，沒有效果，超過1.0%時，產生高溫裂紋。因此，Si含量控制在0.1%～1.0%范圍。最好控制在0.6%以下。

Mn：0.5%～2.5%，Mn是脫氧劑，與S結合生成MnS，是降低S對高溫熱裂紋影響的有效成分。小于0.5%時，沒有效果。超過2.5%時，其效果飽和，認為不能改善上述的影響。因此，Mn含量控制在0.5%～2.5%范圍。

Ni：13.00%～18.00%，為了保持與母材同等的耐蝕性，Ni含量必須大于14.00%以上。但是，Ni是貴重金屬，價格昂貴，隨著添加量的增加，制造成本增加。因此，Ni含量控制在13.00%～18.00%。

Cr：20.00%～25.00%，為了保持與母材同等的耐蝕性、抗氧化性，Cr含量必須大于20.00%。但是，加入量超過25.00%時，促進δ鐵素體的形成，顯著降低熱加工性能，焊絲和焊芯加工困難。因此，Cr含量控制在20.00%～25.00%范圍。

Nb：0.2%～1.5%，Nb的加入量大約是C含量的8～10倍，具有改善抗晶間腐蝕的效果。但是，由于Nb是很強的鐵素體形成元素，過多加入時，與Cr相同，顯著降低熱加工性能，焊絲和焊芯加工困難。因此，Nb含量控制在0.2%～1.5%范圍。

N：0.01%～0.20%，N具有提高蠕變強度的作用，必須加入0.01%以上。但是，超過0.2%時，與Cr氮化的作用，減少了耐蝕的Cr含量。因此，N含量控制在0.01%～0.20%范圍。

以上成分是必須的成分，雜質含量越少越好。特別是以下的元素含量必須控制。

P≤0.010%，S≤0.005%，因為P，S都是抗高溫裂紋的有害成分，所以，P≤0.010%，S≤0.005%，最好控制在P≤0.005%，S≤0.003%。

Al≤0.010%，Al含量超過0.010%時，熔敷金屬流動性明顯受阻，由于焊道的一致性惡化，所以控制Al含量小于0.010%，最好小于0.005%。

Ti≤0.010%，Ti含量超過0.010%時，熔渣量增加，是造成夾渣等缺陷的原因。所以，控制Ti含量小于0.010%，最好小于0.005%。

B≤0.001 0%，B與P，S一樣，由于是抗高溫裂紋的有害成分，所以控制硼含量小于0.001 0%，最好小于0.000 5%。

O≤0.010%，O含量超過0.010%時，熔渣量增加，是產生夾渣等缺陷的原因。所以，控制O含量小于0.010%。

Zr≤0.10%，Mg≤0.10%，Zr+Mg≤0.10%，Zr，Mg與Ti相同，由于是增加熔渣的成分，所以，控制Zr≤0.10%，Mg≤0.10%，同時控制Zr，Mg含量時，Zr，Mg各自含量分別Zr≤0.10%，Mg≤0.10%，同時Zr+Mg≤0.10%。

具有上述化學成分的焊絲使用于TIG，MIG等各種氣體保護焊接。氣體成分及組成沒有特殊的限制。

2.2 藥皮焊條的藥皮及其作用

金屬碳酸鹽：10%～45%，金屬碳酸鹽在焊接過程中形成堿性熔渣，具有抑制熔敷金屬中的P、S含量、改善抗熱裂紋的作用。分解生成的的CO2氣體保護焊接電弧免受空氣的侵入，具有防止麻坑、氣孔等焊接缺陷的作用。但是，小于10%時，沒有這種效果；超過45%時，電弧不穩定。所以，金屬碳酸鹽加入量控制在10%～45%范圍內。作為金屬碳酸鹽有碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鋇、碳酸鋰、碳酸鍶等，可以使用1種或2種以上。

金屬氟化物：5%～50%，金屬氟化物改善熔渣的流動性，具有使焊道平滑的作用和降低焊道熔合不良和夾渣等焊接缺陷的效果。但是，小于5%時，沒有這種效果，超過50%時，電弧不穩定。因此，金屬氟化物含量在5%～50%范圍內。作為金屬氟化物有氟化鈣、氟化鎂、氟化鋇、氟化鋰、氟化鍶、氟化鈉、氟硅酸鉀、冰晶石等，可以使用1種或2種以上。

Si化合物（換算成SiO2）：1%～10%，Si化合物是電弧穩定劑，具有造渣的作用。但是，小于1%時，容易產生粘渣，是產生夾渣的原因。超過10%時，損害電弧穩定性，所以，Si化合物（換算成SiO2）含量控制在1%～10%范圍內。作為Si化合物有硅石、硅砂、長石、云母、硅酸鈉、硅灰石等?？梢允褂?種或2種以上。

Ti化合物（換算成TiO2）：1%～15%，Ti化合物是電弧穩定劑、造渣劑。但是，小于1%時，容易產生粘渣，是產生夾渣的原因。超過15%時，損害電弧穩定性，所以，Ti化合物（換算成TiO2）含量控制在1%～15%范圍內。作為Ti化合物有金紅石、鈦酸鉀、鈦鐵礦、鈦白粉等?？梢允褂?種或2種以上。

Re：0.5%～5%，Re（稀土類元素）與S結合形成熔點較高的Re硫化物，具有改善耐高溫裂紋的作用。但是，小于0.5%時，沒有效果，超過5%時，損害電弧穩定性。因此，Re含量控制在1%～10%范圍內。作為Re有氧化釔、氧化鈰、鈰鑭合金等，可以使用1種或2種以上。

金屬粉末小于20% ，在藥皮中添加金屬粉末，補充焊接時焊芯中氧化消耗的金屬成分，希冀提高焊縫金屬的力學性能、耐蝕性能。但是，金屬粉末添加量超過20%時，電弧不穩定，所以控制在20%以下。作為金屬粉末有金屬錳、金屬鉻、金屬鎳、FeTi，FeMn，FeCr，FeNb，FeSi等?？梢允褂?種或2種以上。

這種焊條的焊芯使用與上述焊絲成分相同的焊芯。其理由是，對于焊條電弧焊，藥皮中合金元素添加量多時，在焊接條件下，從藥皮中添加合金元素向熔敷金屬中過渡容易變動，不能獲得穩定的熔敷金屬化學成分。

藥皮中主要成分由上述構成外，還適量添加氧化鋯、鐵粉等其他成分。藥皮重量系數為20%～40%。焊芯成分的一部分可以通過藥皮中添加，可以獲得同樣的熔敷金屬。

發明的焊接材料主要是焊接高Cr奧氏體型不銹鋼，特別是對20-25Cr型不銹鋼焊接，效果顯著。無論是高溫特性良好的材料，還是以Cr為主添加其他元素成分的材料，均能焊接。

3 實施例

3.1 實施例1

冶煉鋼錠并加工成具有表1所示化學成分的焊絲，進行焊接試驗供評價焊絲的加工性能。焊絲加工性能容易的標記為，加工性能極困難時標記×。其次，使用這些焊絲進行鎢極氬弧焊接（焊接規范見表2）制成熔敷金屬。研究焊縫的均勻性、熔渣產生量、抗裂紋性能、熔合不良、夾渣等焊接缺陷和加工性能，試驗結果見表3。

焊道的均勻性特別良好的評價標記為，良好的評價標記為，不良的評價標記為×。熔渣生產量特別少的評價標記為，少的評價標記為，多時的評價標記為×?？沽研阅?，焊接時不產生裂紋的評價標記為，產生裂紋的評價標記為×。焊接后，按照JIS Z3106 規定的放射線照相試驗進行檢測焊縫熔合不良，產生夾渣等焊接缺陷。其底片等級為Ⅰ級的評價標記為，達不到Ⅰ級的評價標記為×。

由表3可知，發明例的任何焊絲，焊道的均勻性、熔渣生產量、抗裂性能、加工性能均良好。特別是發明例的A，D，E，F焊絲，由于Ti含量控制在0.005%以下，熔渣產生量極少。發明例的B，C，E焊絲，由于Al含量控制在0.005%以下，焊道均勻性特別良好。

比較例的G～K焊絲中，焊絲G，焊絲H，由于Nb，Cr含量高，加工極為困難。焊絲I由于Si含量過少、Al含量過多，焊道的均勻性不好。焊絲J，由于Si，B含量過多，產生裂紋。此外，由于Ti，O，Zr，Mg含量過多，熔渣生產量多，產生夾渣。焊絲K，由于P，S含量過多，產生裂紋。

3.2 實施例2

冶煉鋼錠并加工成具有表1中所示化學成分的焊絲，使用L焊絲按表2焊接規范進行鎢極氬弧焊，制成熔敷金屬，加工成GL=30 mm，外徑6 mm的蠕變試樣。用實施例1 中A～F得到的熔敷金屬加工成同樣尺寸的蠕變試樣。這些試樣在650 ℃×30.0Kf/mm2和650 ℃×22.0Kf/mm2兩種條件下進行蠕變斷裂試驗，測量蠕變斷裂時間。其試驗結果見圖1。結果表明，發明例的A～F任何焊絲與L焊絲相比，其蠕變斷裂時間均大為延長。

3.3 實施例3

冶煉鋼錠并加工成具有表1中所示A～F化學成分的焊條用焊芯，焊芯尺寸為3.2 mm。這些焊芯與表4～8所示組成的藥皮制成焊條。使用這些焊條按表9的焊接規范進行焊接，制成熔敷金屬。對電弧穩定性、焊道氣孔的有無、熔合不良、夾渣等焊接缺陷進行評價，試驗結果見表10。

電弧穩定性良好的評價標記為，不良的評價標記為×。抗裂性能評價，焊接時不產生裂紋的評價標記為，產生裂紋的評價標記為×。按照JIS Z3106 規定的放射線照相試驗對焊道氣孔的有無、熔合不良、夾渣焊接缺陷等進行檢測。其底片等級為Ⅰ級的評價標記為，達不到Ⅰ級的評價標記為×。

在表6中，編號1～8的發明焊條，無論哪一種焊條，電弧穩定、抗裂性能優良，認為沒有任何焊接缺陷。編號9～11的比較例焊條，編號9焊條金屬氟化物含量過多，電弧不穩定，TiO2換算值合計、SiO2換算值合計含量為0，產生夾渣，X射線照相檢測時，發現存在夾渣。編號10焊條金屬碳酸鹽含量過少，氣體保護不良，X射線照相檢測時，發現存在氣孔。此外，不能降低熔敷金屬中P，S，RE含量為0，產生熱裂紋。由于金屬粉末添加量過多和SiO2換算值合計過多，電弧穩定性不良。編號11焊條由于金屬碳酸鹽、TiO2換算值合計、RE含量過多，電弧穩定性不良。此外，由于金屬氟化物含量過少，焊道根部過渡不圓滑，X射線照相檢測發現熔合不良。

3.4 實施例4

使用表12所示化學成分的焊芯（3.2 mm）與表4中比較例編號12所示的藥皮組成制成焊條。使用該焊條按照表5所示的焊接規范進行焊接，制成熔敷金屬，加工成GL=30 mm，外徑6 mm的蠕變試樣。還有，從實施例3中編號1～8發明例焊條得到的熔敷金屬制作成同樣的蠕變試樣。這些試樣在650 ℃×30.0 kgf/mm2和650 ℃×22.0 kgf/mm2兩種條件下進行蠕變斷裂試驗，測量蠕變斷裂時間。其試驗結果如圖2所示。結果表明，發明例焊條與比較例編號12焊條相比，其蠕變斷裂時間均大為延長。

3.5 實施例5

使用表13所示的焊條按照表14所示的焊接規范進行焊接試驗，制成試板，母材是表15所示化學成分的高Cr奧氏體不銹鋼，如圖3所示形狀的坡口，進行X射線照相試驗、彎曲試驗（試樣尺寸：9.5 mm×10 mm×300 mm）、拉伸試驗（試樣尺寸：6 mm，取樣位置如圖4所示），試驗結果分別見表16。其結果表明焊縫金屬具有良好的接頭性能。

篇5

【關鍵詞】焊接技術；發展；趨勢

引文：在全球經濟的發展帶動之下，全球整體對于鋼材的需求量也逐漸增加，而隨著鋼材產量的增加，焊接材料的消耗也在進一步增加。在近些年來，我國焊接材料的生產已經占到了世界總產量的一半以上，而且就目前的發展形勢來看，我國焊接材料的產量還有進一步上升的趨勢。在現在的各行各業中，對于鋼材的需求也非常之大，而隨著人們對品質要求的提高，對所需鋼材的品質也有了更高的要求，因此，為了保證整體工程的質量，對于焊接材料而言，必然也要有進一步的提高。

1.我國焊接材料消費和發展的特點

二十世紀末，我國的焊接材料實際生產量就已達100萬噸，消費量達到95萬噸左右，由此可見，我國是當之無愧地世界焊接材料生產和消費的大國。我國焊接材料的生產和使用有以下特點：（1）焊條的使用率達到90%以上，實芯焊絲、藥芯焊絲的比例低；（2）與焊接相關的行業產業其焊接技術發展不均衡。壓力容器、建筑安裝、橋梁等行業幾乎全部使用手工焊條，而造船行業實芯焊絲、藥芯焊絲的應用比例已接近世界發達國家水平。

實芯焊絲、藥芯焊絲在國外快速發展的根本原因包括以下兩個方面：（1）焊工缺乏；（2）在鋼結構制造成本中人工成本占50%以上，而材料成本（鋼材、焊材）占30%以下。但就目前的情況看來，近期內我國不會出現這樣的情況，由此看來，我國焊接材料的發展和應用不應該盲目追趕和效仿國外模式。

在我國，焊接成本和焊接質量是推動焊接材料發展的根本動力。我國焊接材料發展的多樣性是由我國經濟和焊接技術發展的不平衡性所決定的。由此分析，在今后一段時間內，焊接材料的發展和應用會具有以下特點：（1）焊條的使用量仍舊是主流，但其品種需求會多樣性，質量要求也隨著行業需求的提高而進一步提高；（2）實芯焊絲、、埋弧焊絲藥芯焊絲和一些高級別的特種焊接材料會逐步的取得實質性的發展；（3）實芯焊絲、、埋弧焊絲藥芯焊絲和一些高級別的特種焊接材料產量會逐步增大，但增幅不會太快，焊條生產量會逐漸下降。我們推斷實芯焊絲會有較大發展的原因包括以下幾方面：（1）采用 氣體保護實芯焊絲在大多數工況下，可獲得低成本、高質量的焊縫，其成形稍差。（2）雖然在焊縫性能方面實芯焊絲焊不如焊條和藥芯焊絲，但針對目前在大多數工業領域中碳鋼及490MPa以下的鋼材，實芯焊絲完全可以滿足要求。 （3）通過近年來對焊接電源的改進，實芯焊絲的飛濺、成形等實現了較大程度的進步和改善。

2.我國焊接材料行業發展趨勢分析

2.1焊接材料的需求量已經進入了平穩期

近些年來我國的粗鋼產量每年都呈現增長的趨勢，但是隨著市場需求的逐漸平穩，這種增長也逐漸放緩，因而，受鋼材產量的影響，焊接材料產業比較集中，而且各類焊接材料的產量已經無法呈現持續增長的趨勢，特種焊接材料在最近發展比較快，產量也在增加，但是其他的焊接材料都進入了平穩期，不會出現大幅的增長。而在以后的發展中，焊接材料的產品結構將會調整并進一步加快材料的升級。在對近些年的鋼材產量的分析中發現，鋼材的市場需求可能會接近頂峰，這就預示著焊接材料在到達頂峰之后呈現下降趨勢。

2.2焊接材料市場結構需求將發生變化

信息時代，智能化和自動化程度都有了很大的提高，焊接行業的自動化程度也在蓬勃發展。在焊材結構當中，我國的焊材結構比例與發達國家已經基本相似，在焊材當中，實心焊絲、藥芯焊絲等各類焊絲的使用量占到了焊材總量的百分之七十之多，這個數字已經逼近發達國家的使用量，但是我國大部分企業中焊絲都是在手工作業下使用的，自動化程度還不是很高。

在以后的發展中，焊接的自動化程度必然得到發展，而進行自動焊接之后，焊條使用率將會極大的下降，焊接機器人將進一步代替人工焊接，焊接的質量和效率將會得到極大的提升。通過分析近些年焊材的使用比例，發現氣保護實心焊絲的使用量占到了很大的比例，已經逐漸成為了一種主要的焊接材料，而隨著焊接機器人在行業中比例的提高，焊絲的需求量將進一步提高。在一些大型的工廠和工程項目當中，氣保護焊絲使用量占到了絕大的比例，但是在一些中型企業或者工程項目當中，主要使用的還是焊條，比如鄉鎮中的房屋建設、交通建設等地方，還主要是人工使用焊條完成焊接工作。在未來，焊條必將遭到進一步的淘汰，逐步向焊絲為主的方向發展。

2.3焊接材料高端化發展趨勢進一步明顯

由于市場需求的發展，焊接材料也逐漸由低端向高端發展，但是在經濟的刺激下，低端市場還是呈現一定的發展趨勢，比如現在低端市場主要是酸性碳鋼焊條、氣保護焊鍍銅焊絲、藥芯焊絲這三種占據主要的位置，雖然這三種焊材并不是發展的方向，但是短期之內還是占據主要地位。因此，需要市場進行刺激和引導，發展高端焊接材料。在一些行業中，比如造船、海洋工程等中，對于焊接材料的要求非常高，一般都比國家標準要高，這也是一塊很大的市場。

在一些對焊材要求比較高的行業中，目前使用率比較高的是有縫藥芯焊絲，但是這種焊絲有諸多的不足，比如容易生銹、不利于運輸等，這些都會影響焊接的質量，而在一些發達國家，已經利用無縫藥芯焊絲代替有縫藥芯焊絲，這種焊絲可以克服有縫焊絲的諸多缺點，在實際的使用中更能滿足需求，這必然受到市場的歡迎，但是這種焊絲的生產技術主要集中在國外，國內引進的話需要很大的成本而光靠進口不僅價格高，而且周期不穩定，因此，我國將加大自主研發的投入，加快無縫藥芯焊絲的研發和生產，向高端領域邁進，這將在很大的程度上提高焊絲的質量，也將使我國在國際焊材領域更加具有竟爭力。

2.4特種焊接材料不斷增長

其他特種焊材，如不銹鋼焊材、鎳基合金焊材、核電工程用焊材、海洋工程用焊材、超臨界鍋爐和大型石化設備用焊材、管道工程用焊材、壓力容器用焊材、軌道交通用焊材、航空航天用焊材等都呈現增長趨勢。以管道工程行業所使用的特種焊材為例。目前，管道工程應用領域所使用的特種焊接材料產品主要有自保護藥芯焊絲、高韌性高強鋼氣保護實心焊絲、超低氫高韌性高強鋼焊條、雙層藥皮焊條、纖維素焊條、高韌性高強鋼埋弧焊絲及焊劑等。

2.5綠色環保焊接材料得到發展

近年來，由于對環境和健康的重視，針對綠色環保焊接的呼聲越來越高。以目前應用越來越多的藥芯焊絲為例，焊材研發工作者圍繞降低藥芯焊絲發塵量、飛濺量的研究始終沒有停止，提供對環境污染及對焊工身體健康損害最小的焊材一直是焊材研發工作者追求的課題。

3.結語

隨著經濟的發展和市場需求的變化，我國焊材市場的結構必將發生變化，并且逐漸由低端向高端發展，由焊條向焊絲發展，在國家的重視下，科研的投入加大，焊材市場一定會轉型成功，與國際接軌。

參考文獻：

[1]徐向軍.橋梁鋼結構焊接材料的選用及思考[J].金屬加工：熱加工，2014（6）：19―20.

篇6

微波焊接 微波焊接是陶瓷焊接的另 種新方法 由于其加熱的高速度和均勻性具有許多潛在的經濟效益。迄今為止,這項技術已經用于陶瓷與陶瓷以及陶瓷與玻璃的焊接。

陶瓷材料具有很好的耐熱性和抗腐蝕能力 ,在許多高技術領域 例如航天,汽車,化工和電子工業等正起著越來越重要的作用,然而陶瓷材料的機械加工卻極為困難,這就大大限制了陶瓷材料的進一步推廣使用。解決方法除了目前正在研究的陶瓷超塑性成型外,最有發展前途的技術是陶瓷焊接,即對形狀簡單的陶瓷零件進行焊接,以制成形狀復雜或大尺寸的構件,正因如此,陶瓷焊接愈來愈受到人們的重視。微波焊接是一門嶄新的焊接技術,它利用微波在材料中介質損耗使陶瓷加熱,在一定壓力下完成連接,根據接頭間是否加入中間介質,微波焊接可分為直接焊接和間接焊接兩種,由于陶瓷的加熱是通過微波與材料相互作用實現的 ,使接頭能夠均勻地連接 ,避免了開裂發生 。同時微波加熱的升溫速度極快 ,陶瓷內部品粒不會嚴重長大 ,晶界相元素分布 比焊接前更均勻 從而使接頭區域材料保持優良的性能。

微波連接陶瓷材料的原理和特點

微波焊接試驗裝置

( a) 微波焊接材料總圖; (b) 微波焊接材料簡圖

1 微波焊接的試驗裝置和特點

微波焊接陶瓷材料的典型試驗裝置見圖1。被焊接的陶瓷材料置于微波應用器中, 在陶瓷材料的兩端施加壓力。磁控管產生的微波經過微波波導輸送到微波應用器中。微波頻率通常為 2 45 GHz或0.915 GHz。

微波加熱陶瓷材料是利用微波電磁場與陶瓷材料的相互作用, 因此陶瓷材料的微波加熱與陶瓷材料本身的性能有很大的關系。對于介電損耗高又不隨溫度劇烈變化的陶瓷材料, 微波燒結的加熱過程較為穩定,容易控制,但多數陶瓷材料在室溫時介電損耗較低,當加熱超過臨界溫度,陶瓷材料的介電損耗急劇增加,使溫度迅速上升。另外,對于某些對微波具有透過性的陶瓷材料, 必須在材料中添加適量的具有吸收微波性能的添加劑或玻璃相, 才能進行微波加熱。利用微波在材料中的介質損耗, 不僅能完成陶瓷的燒結,而且還可以實現陶瓷材料的連接, Meek 和Black 最早利用微波技術實現了Al2O3薄片間的玻璃連接及陶瓷/玻璃/金屬連接。微波連接陶瓷材料的主要原理是通過改變電磁場的分布,實現微波能的聚焦,對連接部位進行局部迅速加熱,從而實現陶瓷材料的連接。

微波連接陶瓷材料的特點有三個。第一, 對于傳統的陶瓷連接工藝, 能量是從試樣表面通過熱傳導的方式向內部傳遞,從而達到溫度均勻,由于多數陶瓷的導熱性差, 因此連接需要很長時間。采用微波加熱連接是使陶瓷連接層處迅速升溫, 從而大大縮短了連接時間,節約了能量,降低了連接成本。第二,由于微波加熱較為迅速,反應時間短, 可以使連接部位的溫度迅速升高, 從而抑制了基體材料由于溫度升高而導致的內部晶粒長大,因而使連接部位具有較好的力學性能。第三, 微波局部加熱的特性,使得微波主要加熱所需要加熱的區域, 對其它區域的加熱并不明顯。因此, 可以在一定程度上改善在傳統焊接過程中由于兩種母材熱膨脹系數不匹配所造成的熱錯配問題。

2 微波應用于陶瓷材料的連接

陶瓷材料之間的微波連接根據有無采用中間連接層可以分為兩類,一類是采用中間介質作為連接層的間接連接,比如采用Al作為連接層連接SiC 陶瓷與SiC 陶瓷。另一類是陶瓷材料的直接連接, 比如不采用連接層進行 SiC 陶瓷與 SiC 陶瓷的連接。根據連接的陶瓷母材類型可以分為同種陶瓷材料之間的微波連接和異種陶瓷材料之間的微波連接。

2．1 同種陶瓷材料之間的微波連接

微波技術應用于同種陶瓷材料之間的連接主要有Al2O3 陶瓷與Al2O3 陶瓷的連接( 用符號Al 2O3/Al2O3 表示, 以下同)[ 6~ 8], MgO/ MgO[ 9], Al2O3 -30% ZrO2/ Al 2O3 -30% ZrO2[ 10], ZrO2 -Al2O3 -SiO2/ZrO2 -Al 2O3 - SiO2[ 11], SiC/ SiC[ 12], Si3N4/ Si 3N4[ 12],MgF2/ MgF2[ 13]等。 3 1 1 同種氧化物系陶瓷之間的微波連接1985 年Meek 等[ 5]率先用 700 W 功率的家用微波爐對兩塊 Al2O3 薄片進行了焊接,焊接溫度為700~ 800 ,時間為99min。此后, 對Al 2O3 陶瓷的微波連接研究就迅速發展起來, Assaf i 等[6]用AlOOH 凝膠作為連接層, 先將AlOOH 凝膠涂在需要連接的兩個 Al2O3 陶瓷片的表面,然后在微波輻射下連接Al 2O3 陶瓷。試驗表明,樣品在微波中被加熱到 1500 、 時間為 10min、 且施加的壓力為0~6MPa時連接成功,當連接溫度達到1650℃時,微波連接的接頭抗彎強度已達到母材抗彎強度的93%,這是由于作為連接層的AlOOH 凝膠,當溫度高于 1300 時, 分解得到 Al2O3, 由于分解產物Al2O3 與焊接母材的成分一致, Al 2O3填充連接界面的空隙,材料之間的相容性好,從而提高了接頭的力學性能。另外Yu 等[7]報導了Al2O3 陶瓷的同時燒結和連接, 連接試樣母材是經 2800MPa 干壓過的Al2O3 片狀壓坯, 而作為連接層的是在 150MPa 壓力下成形的Al2O3 壓坯薄片,整個試樣在微波燒結和連接前在 600 預熱2h, 然后在溫度為1400℃、時間為 14min、 壓力為 0 283MPa 的條件下進行微波燒結和連接。結果連接成功, 但在連接界面上存在缺陷。

文獻[ 8] 報導了Al 2O3/Al2O3 陶瓷之間的直接連接。Al 2O3 試樣的純度為 90% , 將需要連接的Al2O3 試樣放在微波連接腔中, 連接面位于連接腔中間位置以保證其位于溫度的最高區域, 微波源的工作頻率為 2 5GHz, 試驗的連接溫度選擇為 1100~ 1450 、 時間少于20min、 壓力為0~ 2 5MPa。研究表明,陶瓷間的接合強度與微波加熱溫度和所施加的軸向壓力有關, 當保溫時間為 15min、 壓力為2MPa、 溫度為1300 時試樣連接良好,且接合強度為150MPa, 達到了母材的強度。對其界面進行微觀分析,未發現中間反應層及熔融特征,但低于上述條件時,無法連接成功。也有人使用微波在短時間內連接成功 MgO/MgO 陶瓷, MgO 陶瓷母材之間未使用其它連接層。研究表明, 在試驗范圍之內微波焊接的溫度和壓力越高,接頭的抗彎強度也越大,當微波連接時間為4min、 溫度為 1867 、 壓力為 0 5MPa 時, 接頭的抗彎強度為105MPa,達到MgO 母材抗彎強度最大值的70% [ 9]。

文獻[ 10] 將兩個大小為 15mm 4mm 4mm的Al2O3 -ZrO2 復合陶瓷樣品(其中含30%ZrO2) , 采用Na2SiO3 粉作為連接層材料進行復合陶瓷之間的連接試驗,將 Na2SiO3 玻璃粉與丙三醇混合成漿狀物,然后將漿狀物涂在Al 2O3 -ZrO2 復合陶瓷的接合表面,連接時的高溫使得玻璃層熔化,熔化物擴散到Al 2O3 -ZrO2 復合陶瓷表面,強化了界面。研究發現,在微波連接過程中施加一定的壓力或減少玻璃相的殘留量均可提高Al2O3 -ZrO2 復合陶瓷之間的連接強度。

文獻[ 11] 報導了采用微波連接 ZrO2 -Al 2O3 -SiO2 陶瓷( ZAC)。將直徑為6mm 的ZAC 陶瓷棒的受焊面先用砂紙磨光,再用1 m 的金剛石研磨膏對其進行拋光,然后放入微波設備的單模腔反應容器中的溫度最高處。試驗的微波功率有 1kW、1 25kW、1 5kW, 連接時載荷壓力有 0 5MPa、0 75MPa、 1 0MPa, 然后對連接試樣進行四點抗彎強度的測試。結果表明, 最大連接強度為 107% 母材強度,最小連接強度為 69%母材強度。當微波功率為1kW 或 1 25kW 且載荷壓力為 0 75MPa時,達到最大連接強度。當載荷壓力達到1MPa或微波功率達到1 5kW 時,連接處熔化的連接物會從ZAC陶瓷的連接面上溢出,形成一個凸起,從而降低了連接強度。當載荷壓力小于0 75MPa時,無法將兩個陶瓷面連接在一起。因此, 選擇的最佳微波功率為1kW 或1 25kW,載荷壓力為0 75MPa。

2．2同種非氧化物系陶瓷之間的微波連接

同種非氧化物系陶瓷之間的微波連接主要有SiC/ SiC 系和Si3N4/ Si3N4系等。由于SiC 的高熱導性、 良好的耐熱震性和耐蝕性使其成為用途廣泛的結構材料,主要應用于熱引擎發動機、熱交換器等。但由于其加工性差,需要的部件形狀復雜,導致制造困難且成本較高, 因此SiC 的應用受到一定的限制。然而,體積較大的復雜件可以先制成易于制造的體積較小、 形狀簡單的部件, 然后對簡單件進行連接[14]。目前研究主要集中在 SiC 陶瓷的間接連接和直接連接。關于間接連接, 主要進行了燒結 SiC 陶瓷的連接。燒結 SiC 陶瓷樣品為圓柱體, 其尺寸為 9mm 6mm。中間連接層采用了兩種不同方法來獲得,一種采用Si粉或Si 漿作為連接層; 另一種通過Si、C、 Ti粉混合燃燒合成,形成SiC/ T iC 復合材料作為連接層。將SiC 陶瓷樣品與連接層置于微波設備的單模腔中,施加 2~ 5MPa的壓力,然后進行微波連接。結果表明, 采用Si 粉作為連接層的試樣, 當連接溫度接近1450 、 時間是5~ 10min、 微波功率大約為250W 時, 連接成功。試樣的表面連接處較均勻,但存在一個相當厚的 Si 層( Si 層的厚度為50 m) 。而采用燃燒合成SiC/ T iC 作為中間層也能連接成功,但中間層厚 300 m, 而且有明顯的孔洞。試驗中效果最好的是在其中一個SiC 陶瓷連接樣品上等離子噴涂Si 層, 然后在610mm 610mm 的多模腔中以6kW 的功率進行微波連接, 不施加外力,得到的連接試樣中間層厚度小于 5 m。對中間層的努氏硬度進行了測定, 發現無變化[15]。另外, SiC的間接連接也有用Al作為連接層的報導。將Si-SiC 和 -SiC 樣品拋光后在超聲波中清洗, 將Al薄片分別置于 S- i SiC 和 -SiC 樣品之間,然后放入微波單模腔中, 加熱溫度 1250 、施加 1 2MPa 的壓力、保溫1min, 得到抗彎強度為 219 4MPa 的 S-iSiC/Al/ S- i SiC 連接樣品和抗彎強度為 194 4MPa的 -SiC/ Al/ -SiC 連接樣品[16]。關于直接連接,主要進行了 SiC/ SiC 系和 Si3N4/Si3N4 系陶瓷的連接[12]。采用的 SiC 母材是燒結SiC 陶瓷, 樣品大小為 6mm 6mm 40mm,純度為98%(質量分數)。先將 SiC 陶瓷試樣用金剛石刀具從中間部位切開, 斷面用金剛石砂輪磨成光滑的鏡面,將兩斷面合在一起組成連接面,調整微波設備使得爐中最高溫度位于連接面,樣品覆蓋著 25mm 35mm 20mm 的耐火磚,在兩端面施加壓力。為了防止連接過程中樣品在高溫下被氧化,采用高純Ar作為保護氣氛。結果表明, 樣品在連接處的維氏顯微硬度最大,這可能是由于在連接過程中,加熱和冷卻時產生的內應力導致其硬度高于母材。當連接溫度為2050℃、壓力為8MPa、連接時間為5min時, 得到的連接樣品的三點抗彎強度最大, 達404MPa, 相當于母材強度的 71%。微波連接 Si 3N4/ Si 3N4 陶瓷的方法與微波連接 SiC/ SiC 陶瓷相似。采用燒結Si3N4陶瓷,樣品大小為 6mm 50mm, 純度為92%(質量分數)。連接過程中采用高純 N2作為保護氣氛。結果表明, 在連接溫度為1750℃、壓力為5MPa、連接時間為10min 時得到的樣品三點抗彎強度高達560MPa, 為Si3N4母材強度的83%。另外, Bruce等[17]研究了 SiC 纖維增強SiC 復合材料的相互連接。試樣分為兩種形狀, 一種是對頭連接, 另一種是燕尾連接。將有機陶瓷先驅體SR350 漿涂在待連接的復合材料表面, 然后進行微波連接。結果表明, 對于對頭連接的接頭,其平均抗彎強度為 31 9MPa, 而對于燕尾連接的接頭,平均抗彎強度為 39MPa, 其中, 燕尾連接的接頭的最大抗彎強度為48 1MPa。

2.3異種陶瓷材料之間的微波連接

目前,異種陶瓷材料之間采用微波連接成功的例子主要有 ZTA ( ZrO2 增韌 Al 2O3 陶瓷) / Y -TZP(Y2O3 穩 定的四 方相 ZrO2 陶 瓷)[ 18], Al2O3/MgO[ 19]和Al2O3/ Ca10( PO4) 6( OH) 2[ 20]等。我國學者白向鈺等[ 18]研究了 ZTA 和 Y -TZP的連接。將 ZTA 和 Y -TZP 粉體分別預壓成形, 然后在50MPa單軸壓力下使二者疊加為一個整體, 經過200MPa 的等靜壓, 得到尺寸大約為 10mm 12mm 的圓柱體生坯, 其各層密度約為理論密度的50% ,然后將生坯放入圓柱型多模諧振腔微波加熱系統中, 微波源頻率為 2450MHz。研究發現, 微波連接時界面區兩側晶粒之間的連接較好, 而常規加熱連接時界面存在一些孔洞。另外由于ZTA 與Y -TZP的熱膨脹系數不同, 采用常規加熱連接時, 在高溫保溫完成后的冷卻至室溫的過程中產生的殘余應力使得 Y -TZP 側易發生開裂, 從而降低接合強度。采用微波連接時, 界面接合狀態較好, 而且ZTA 處于壓應力狀態, 因而裂紋擴展至界面處停止。研究發現, 當連接溫度為1450 、 連接時間為30min 時樣品的剪切強度為80MPa, 而采用常規加熱方法, 在相同的連接溫度下, 連接時間為 60min時,其剪切強度僅為20MPa。Tadao 等[ 19]采用單模腔微波爐成功連接Al 2O3陶瓷和 MgO 陶瓷。選擇了連接溫度為 1577 ~1877 、 連接壓力為0 03~ 0 5MPa、 連接時間為2~ 10min 的試驗條件, 當連接溫度為1877 、 壓力為0 5MPa時連接的樣品抗彎強度為90MPa,是 MgO陶瓷母材強度的 60%。研究還發現在 Al 2O3 陶瓷和MgO 陶瓷母材之間形成了MgAl 2O4 層。我國學者 Zhou Jian 等[ 20]采用微波技術成功連接了Al2O3 陶瓷與羥基磷灰石生物陶瓷。Al2O3的純度為90%,羥基磷灰石的抗彎強度為 65 4MPa。先用細砂紙磨Al 2O3陶瓷和羥基磷灰石生物陶瓷的連接面, 然后在酒精中清洗。由于 Al2O3 陶瓷與羥基磷灰石的燒結溫度相差很多, 因而采用常規加熱方法無法連接。采用微波連接技術, 當連接溫度為1200 、 保溫15~ 20min、 壓力為2 5MPa 時即可連接Al2O3 與羥基磷灰石生物陶瓷,連接后樣品的抗彎強度為56 5MPa。

陶瓷材料和CMC 在科學技術特別是高技術領域發揮著重要的作用并具有廣闊的應用前景。陶瓷的連接技術是這些材料能夠廣泛應用的關鍵,因此它已經成為材料領域的研究熱點之一。與普通的陶瓷連接工藝相比較,微波連接技術具有耗時短、 節約能量、 成本低、 對母材熱損傷小等特點, 因而倍受研究者關注,并已取得很多研究成果。例如, Al2O3 與Al2O3、 Si3N4 與 Si3N4 等同種陶瓷之間以及 Al 2O3與MgO、 Al 2O3 與羥基磷灰石等異種陶瓷之間的微波連接也已經獲得成功。然而, 到目前為止,成功實現微波連接的陶瓷材料還十分有限。隨著航空航天等高科技的迅速發展, 對陶瓷以及CMC 的連接技術的需求越來越迫切, 陶瓷以及CMC 的微波連接技術必將獲得快速發展并在工程技術中發揮更大的作用。

參考文獻

蔡杰, 郭景坤 陶瓷材料微波燒結研究 無機材料學報, 1995, 10( 2) : 164~ 168

MEEK T T, BLAKE R D Ceramic -glass -ceramic seal by microw ave heat ing. US , Pat ent , 4529857. 1985

ASSAFI S A, AHMAD I, FATH I Z, et al Microwave joining of ceramics. Microwaves: Th eory and Applications in Mat erials Processi ng Ceramic Trans 21, West erville OH, 1991, 515~ 520

Yu X D, VARADAN V V, VARADAN V K Applicat i ons of microw ave processing t o simult aneous si nt ering and joining of ceramics. Microwaves: Theory and Applications in Materials Processing Ceramic T rans 21, Westerville OH , 1991, 497~ 501

章橋新, 張東明, 周鍵,等 氧化鋁陶瓷材料的微波焊接 中國有色金屬學報, 1998, 8(增刊) : 188~ 191

SATO T , TAKAHASHI N, SH IMAKAGE K Microw ave joining of magnesi a. Journal of the Ceramic Society of Japan, 1996, 104( 2) : 155~ 157

ARAVINDAN S, KRISHNAMURTHY R Joining of ceramic composites by microwave heating. Materi als Let t ers, 1999, 38( 4) :245~ 249

AHMED A, Siores E M icrow ave joining of 48% alumina -32%zirconia -20%silica ceramics. Journal of Mat erials Processing Technology, 2001, 118( 1~ 3) : 88~ 95

SATO T , TAKAHASHI N, SH IMAKAGE K Microwave joining of ceram i cs, si l i con nit ride and silicon carbide. Journal of the Ceramic Society of Japan, 1993, 101( 4) : 411~ 416

LEE J, CASE E D Joi ning of non - oxide ceramics using conven-tional and microwave heat ing. Ceramic Engi neering and Science Proceedings, 2000, 21: 589~ 597

AHMAD I, SILERGLITT R Joining ceramics using microw aveenergy. Mat erials Research Societ y Sym posium Proceedings, 1993,314: 119~ 130

SILBERGLIT T R, PALAITH D, BLACK W M, et al Investigation of int erlayer mat erials for the microw ave joi ning of S iC Microwaves : T heory and Applications in Mat erials Processing Ceramic T rans 21, West erville OH, 1991, 487~ 496

ARU NAJAT ESAN S, CARIM A H, YIIN T Y, et al TEM investigat ion of microw ave joined S- i SiC/ Al/S- i SiC and -SiC/ Al/ -SiC Materials research society symposi um proceedings, 1993, 314:131~ 136

BRUCE R L, GUHARAY S K, MAKO F, et al Polymer-derived S iCf / SiCm composit e f abricat ion and microw ave joining for fusion energy applications Proceedings -S ymposium on Fusion Engineering 2002: 426~ 429

白向鈺, 鹿安理, 吳蘇 異種陶瓷材料微波連接的研究 中國機械工程, 1999, 10( 4) : 463~ 465

篇7

關鍵詞：逆焊接處理 焊接殘余應力 疲勞性能

中圖分類號：TG404 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0052-01

1 試驗

1.1 試樣制備

本試驗選用工程設備常用金屬材料Q235鋼，首先制作成三個中間帶有60度V型豁口的試件（試驗用三個，分別編號為1、2、3，其中1為對照）。試件的尺寸為200 mm×150 mm×10 mm。

1.2 試驗過程

1試樣仍為對照進行焊接。將用手工電弧焊方法焊后的Q235鋼2試樣進行250 ℃的熱處理（本實驗中用的是加熱爐），緊接著再對焊縫進行快冷處理（本試驗中用的冷水），自然狀態下恢復至室溫。同樣的在350 ℃對3試樣進行相同的實驗過程。用小盲孔法測各試件應力，應變片的貼片位置如圖2所示（貼片間距5 mm）。最后，將1、2、3制成疲勞試件，再在疲勞測試機上進行試驗，得出相關數據并進行分析。

1.3 試驗結果討論

對焊后試樣進行熱處理，再對焊縫進行快冷，可以使得試樣的焊接區和母材區產生一個溫差，減緩殘余拉應力的影響。由表1可以看出，在小盲孔法測應力的實驗過程中，對于材料Q235，經250 ℃和350 ℃逆焊接處理的試件與未經逆焊接處理的試件相比，殘余拉應力值有所下降，并且在350 ℃逆焊接處理的條件下，已在焊縫處形成雙向壓縮應力。由表2看出，在疲勞測試的試驗中，經250 ℃和350 ℃逆焊接處理的試件與未經逆焊接處理的試件相比，其疲勞循環次數有明顯的提升，并且在350 ℃逆焊接處理的條件下，疲勞循環次數還要高些，也就是說，逆焊接處理可以有效提高試樣的抗疲勞性能。

2 機理

逆焊接加熱處理之所以能夠有地效消除殘余拉應力的影響，是因為有足夠大的溫差，焊接部位的表面將會產生雙向壓縮殘余應力，焊接壓應力和焊接拉應力相互存在一個制約，從而使得工程設備用金屬材料可以有更高的壽命。

篇8

關鍵詞：金屬材料；焊接；超聲無損檢測技術

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.025

0 前言

金屬材料被廣泛應用與基礎建設和進出口貿易中，是我國經濟發展中重要的一部分。金屬焊接材料的高質量和高精度是保障金屬焊接行業高速發展的核心技術手段。超聲無損檢測技術能夠進一步提高金屬材料焊接接頭的質量，保障金屬材料焊接的安全性。因此，為了進一步推廣超聲無損檢測技術在金屬材料焊接中的應用，充分發揮其應用效果，對超聲無損檢測技術在金屬材料焊接的應用進行深入分析具有重要的意義和作用。

1 超聲無損檢測技術

超聲無損檢測技術是一項高精度，高質量的檢測技術。隨著全球經濟一體化發展，各國在實現貿易往來同時也逐漸實現了技術交流，進一步奠定了國內各先進技術水平的提升。超聲無損檢測技術主要是利用超聲波在物體內和物體與物體之間的傳播進行材料檢測。研究證明超聲波無損檢測技術中超聲波在彈性介質材料中可以進行傳播，且傳播的速度與超聲波的波型、介質材料的溫度、應力、組織均勻性有關。不同的介質超聲波的傳播速度不同，在一般的固體介質材料中，溫度升高聲速越低，應力狀況也會影響傳播速度，同時材料組織的均勻性也嚴重的影響超聲波的傳播。此外，超聲無損檢測技術的檢查精度和檢測深度較廣，為實際工程中的檢測帶來了重要的貢獻。

2 金屬材料焊接中應用超聲無損檢測技術的作用

隨著超聲無損檢測技術在金屬材料焊接中的應用人們發現其具有檢測金屬材料缺陷的作用。其中包含檢測金屬材料內部缺陷的作用，具有檢測金屬材料焊接宏觀缺陷的作用和檢測金屬材料焊接微觀缺陷的作用三個方面[2]。

第一，檢測金屬材料內部缺陷的作用。金屬材料在焊接的過程中由于受到各個方面因素的影響，在焊接接頭中存在各種各樣的缺陷，使得焊接 接頭性能不連續，因此，在金屬材料焊接的過程中各個金屬材料內部的完整性是保證整個焊接材料完整性的根本。利用超聲無損檢測技術能夠對材料內部缺陷進行檢測，明確在材料內部是否存在裂紋，氣孔、夾渣、未焊透等缺陷，保障材料自身內部質量。

第二，具有檢測金屬材料焊接宏觀缺陷的作用。利用超聲無損檢測技術能夠起到對金屬材料焊接宏觀缺陷檢測的作用[3]。在金屬材料焊接的過程中液態金屬會沿著焊縫流到母材料上，當金屬材料冷卻后就會形成金屬瘤，嚴重影響整個金屬材料焊接的宏觀完整性。因此，在焊接的過程中利用超聲無損檢測技術能夠宏觀測量金屬的厚度，起到檢測宏觀缺陷的作用，這主要是用于測量厚度。

第三，檢測金屬材料焊接微觀缺陷的作用。金屬材料焊接中的微觀缺陷主要表現在焊接工藝不標準，焊接局部溫度過高，焊接表面氧化等現象。微觀缺陷會嚴重影響金屬材料焊接質量。利用超聲無損檢測技術能夠通過超聲波對金屬材料焊接的各項指標進行檢測，從而實時的反應焊接微觀缺陷，進行焊接修正，提升金屬材料焊接質量。

3 金屬材料焊接中超聲無損檢測技術應用分析

3.1 金屬材料焊接中超聲無損檢測技術應用的方法

金屬材料焊接中超聲無損檢測技術應用的過程中存在多種檢測方式。因此，在實際工作的過程中需要選擇合理的檢測方法對其進行檢測。每一種金屬材料根據材料本身的性能、形狀、大小等不同會導致金屬材料出現不同缺陷的差異性。因此，在選擇超聲無損檢測技術中首先，需要根據金屬材料自身預期產生的缺陷的特征對其進行檢測方法的選擇；其次，在實際檢測的過程中需要采用多種檢測技術相結合的方式，以超聲無損檢測技術為主，輔助其他檢測技術這樣才能共同完成金屬材料焊接檢測。在技術組合應用的過程中檢測人員需要根據檢測的內容和檢測的位置，實現檢測技術結合應用選擇。超聲無損檢測技術主要是以高穿透性、識別性和定位準確為優勢[4]。因此，在檢測的過程中根據檢測位置的實際情況可以選擇互補的檢測方式對金屬材料焊接實施實際工程檢測，從而保障檢測的全面性和準確性。最后，在應用超聲無損檢測技術的最后一個環節是實現檢測人員之間的數據交流，利用數據交流結果和內容等對檢測的結果進行分析處理，實現整個金屬焊接材料檢測技術調整，及時彌補焊接中的缺陷和弊端。

3.2 金屬材料焊接中超聲無損檢測技術應用注意事項

根據對實際工程中超聲無損檢測技術的應用分析我們發現在日常金屬材料焊接中應用應該注意以下幾點：

第一，明確金屬材料圖紙設計中對焊接金屬的技術要求，選擇合理的超聲無損檢測標準；

第二，明確超聲無損檢測技術應用的檢測時間，按照整個金屬材料的加工環節，對其技術處理進行實際檢測應用；

第三，準確的方式超聲無損檢測技術的探頭位置，從而提高檢測數據的準確性。

第四，在超聲無損檢測技術數據處理中明確反射波幅值，保障超聲波反射回路和速度的完整性和準確性。

4 總結

超聲無損檢測技術在金屬材料焊接中的應用進一步提升了金屬材料焊接的質量，從而為我國機械制作工程行業的發展奠定了基礎，實現了高焊接效率，高焊接質量的金屬材料焊接技術創新，為我國金屬材料焊接工藝的發展貢獻微薄之力。

參考文獻：

[1]宮宇帝.金屬材料焊接中超聲無損檢測技術的有效應用探析[J].科技創新與應用，2015，12（01）：115.

[2]吳超.探析金屬材料焊接中超聲無損檢測技術的有效應用[J].科技經濟市場，2015，10（04）：13-14.

篇9

Abstract： In order to evaluate the sensitivity of hydrogen reactor， produced by CFHI and made of 2.25Cr-1Mo-0.25V steel， to the reheat crack， the reheat cracking sensitivity of 2.25Cr-1Mo-0.25V SAW welding wire / flux which were produced by the Japanese Kobe Steel was tested according to the test method recommended by the 934-A B （2012）. Finally， the sensitivity of this materials was evaluated.

Key words： reheat cracking； SAW； sensitivity

0 前言

2008年初，歐洲25臺2.25Cr1Mo0.25V鋼厚壁加氫反應器遇到了焊縫金屬再熱裂紋問題[1]。各地方實驗室做了大量的研究調查，通過Gleeble高溫拉伸試驗對焊接材料再熱裂紋的敏感性進行了等級劃分，作為焊接材料篩選試驗[2-3]，避免今后的焊縫在后續的熱處理過程中產生再熱裂紋。

但是Gleeble拉伸試驗設備作為實驗室的非常規設備，在大多數實驗室不具備可行性。于是優化了這種試驗，利用常規拉伸試驗機進行再熱裂紋敏感性篩選試驗，并于2012年將這種試驗方法納入到了API 934A附錄B（2012）中[4-6]。

中國一重在2001年首次制造了第一臺設計溫度454 ℃，質量540 t的釩改進鋼鍛焊加氫反應器[7]。目前為止已經生產了多臺2.25Cr1Mo0.25V鋼加氫反應器，還未發現在低合金鋼焊縫中存在再熱裂紋問題。早在2011年，中國一重已經采用多種方法進行了加釩鋼焊接材料的再熱裂紋試驗。從2013年開始，中國一重承攬的一些加氫反應器產品技術條件中增加了對2.25Cr1Mo0.25V鋼焊接材料進行再熱裂紋檢測的要求[8-9]。為了滿足技術條件要求，對2.25Cr1Mo0.25V鋼配套的日本神鋼公司生產的埋弧焊焊材按照API934-A附錄B要求進行再熱裂紋敏感性篩選試驗，以驗證焊縫的再熱裂紋敏感性。

1 試驗材料及方法

按照API―934附錄B要求的試驗程序如下。

1.1 試板焊接

1.1.1 母材

所采用的母材為2.25Cr1Mo0.25V鍛件，其尺寸為30 mm×120 mm×550 mm。焊接過程中需添加墊板，墊板材料為Q345，尺寸為10 mm×50 mm×650 mm。

1.1.2 焊接材料

實際焊接參數見表1。

表2～表4焊接程序中列舉了再熱裂紋試驗的焊接環節要求，包括了材料、焊接參數及后熱的相關要求。

1.2 坡口形式及焊接順序

試板的尺寸、接順序及坡口形式如圖1所示，試板尺寸為500 mm×200 mm×30 mm，墊板尺寸為600 mm×60 mm×10 mm。

1.3 取樣位置

再熱裂紋試驗的試樣取樣位置位于試板表面下7 mm，同一厚度位置并排取樣數量為2個，API 934A附錄B（2012）規定的取樣位置如圖2所示，圖3為焊接試板的低倍形貌及實際試樣的取樣位置。

1.4 試樣尺寸及形式

試樣的形式及尺寸如圖4所示。

1.5 試驗程序

再熱裂紋試驗的高溫拉伸試驗程序為：①在空氣中試驗；②在20～40min內加熱到測試溫度650 ±3 ℃，采用三個熱電偶，熱電偶與試樣緊密接觸，其中一個在標距中間，其他兩個分別在橫截面開始減小的末端，三個熱電偶之間的溫度差別不超過±3 ℃；③保溫10±1 min；④以5×10-4mm/s的平均應變速率進行拉伸，或者以0.8 mm/min的衡量位移速率進行拉伸；⑤試樣冷卻后測量斷后收縮率，屈服強度，抗拉強度和斷后伸長率。

再熱裂紋試驗的高溫加熱過程中的溫度隨時間變化關系如圖5所示[3]。

1.6 驗收標準

兩個試樣的面縮率平均值大于等于32%，單個試樣的斷面收縮率大于等于29%，認為焊絲/焊劑組合的抗再熱裂紋性能是合格的。

2 試驗結果

篩選試驗在型號為CMT 5105微機控制電子萬能試驗機上進行的，用于測試的試驗機、尺寸測量設備、加熱設備和試驗氛圍等均滿足API934#A附錄B中要

求。試驗過程中按照2.5條中規定的試驗程序要求執行。通過試驗得到一些試驗數據。

再熱裂紋篩選試驗結果見表5，應力-位移曲線如圖6和圖7所示。

3 結論

（1）試驗采用埋弧焊的焊絲和焊劑結合，對制造過程中2.25Cr1Mo0.25V材料的再熱裂紋敏感性進行評估。這種試驗的優勢在于適用所有可能產生制造再熱裂紋的焊接金屬。

（2）采用這樣的試驗可以驗證2.25Cr1Mo0.25V材料的埋弧焊是否有產生再熱裂紋的敏感性。

篇10

【關鍵詞】新材料；火電；焊接工程；管理；要求

Abstract :The electric power as a basis for national economic development, the rapid pace of development in recent years, new materials are increasingly being applied to with thermal power projects, which also put forward higher requirements for the management of welding engineering of thermal power. For the new Applied Materials, Analysis of the requirements of the construction of thermal power in welding engineering management for the industry reference.

Key words and new materials; thermal power; welding engineering; management; requirements

中圖分類號：K826.16文獻標識碼：A 文章編號：

國家經濟的發展催生了對電力需求的不斷增加，于是在最近幾年中，國內火電建設項目出現繁盛局面，火電項目的規模也不斷擴大。目前，國內在建和規劃中的火電機組容量都比較大，導致超前臨界機組不斷開工。與此同時，在超前臨界機組的建設施工中，不斷應用新興耐熱鋼材。伴隨新型鋼材和技術的應用，對火電施工企業的焊接工程管理也提出了更高的要求。

一、目前火電施工中應用的新材料

1、 聯箱和管道用鋼——E911、P92和P112這類型的鋼材具有抗疲勞強、持久時間長、不易變形和抗蒸汽氧化的特點，因此成為了目前聯箱、管道用鋼的首選材料。但是，這類型的鋼材也有不足之處，比如焊接時容易出現冷裂紋、焊縫的韌性低、熱影響區容易軟化等現象。因此在焊接過程中，要采取一些必要的措施：控制焊接層的溫度在200—300攝氏度，在選用材料時要嚴格控制氫的含量，降低焊接線的能量和接頭的應力狀態，規范控制焊后熱處理等等。

2、水冷壁用鋼——T23和T24鋼，實驗表明，這兩種鋼的焊接性能好，焊接時預熱溫度達到100攝氏度的時候，能夠防止冷裂紋的出現；焊接熱影響區的淬硬性比鋼研102要好；并且小直徑的薄壁鋼管在焊接前可以免去預熱的步驟。因此，這兩種鋼是目前蒸汽溫度小于620攝氏度時的超臨界鍋爐水冷壁上部管子的最好選擇。

3、高溫過熱器和高溫再熱器用鋼——TP347HFG、HR3C和SUPER304鋼，這三種鋼材都是新型奧氏體耐熱鋼，他們的Cr和Ni元素的含量都很高，因此就決定了在焊接過程中應力腐蝕裂紋、熱裂紋、再熱熱裂紋等現象。

二、焊接技術管理的要求

通常，在焊接工程過程中，焊接的質量水平與焊接技術息息相關。焊接工程管理主要包括施工準備以及工程管理。其中，施工準備是實施技術管理的基礎，工程管理是焊接技術管理的關鍵，其主要的要求包括技術交底、現場管理和焊接質量檢查驗收等要求。

1、施工準備

（1）焊接施工組織設計

在焊接工程管理過程中，焊接施工組織設計是組織和指導施工、技術與經濟相結合的過程，它將合理的布局、先進的焊接技術、嚴謹的程序、合理的組織、注意施工的安全、質量和降低消耗而目標等綜合地反映出來，借以發揮集體的優勢，達到提高勞動生產率、縮短工期、降低能耗、保證安全，創建優質、高效，高質的焊接工程。因此，每當在火電工程開工建設之前，焊接部門應該自動組織相關工程技術人員，進行工程開工前的焊接專業施工組織設計工作。只有通過精心設計，才能實現精心施工的目的。

施工組織設計的內容包括 ：工程概況和施工方案的確定、焊接工藝評定方案、焊接技術措施的制定、焊接工人的培訓和組織形式、人力供應、質量保證和安全施工措施等等。應概要確保設計內容齊全，不能出現遺漏或者缺失的現象，項目數據準確無誤，安全、經濟、環保、高效、科學合理，施工措施得力，否則達不到施工組織設計的目的。在沒有焊接施工組織設計的情況下，要堅決抵制焊接施工生產。

（2）建立、健全各項規章制度

管理制度是考核員工工作業績的標準、規定員工活動的準則和要求，也是保證各項工作的實施符合質量標準、防止事故和紕漏發生的制度保障 ；管理制度規定了職工的職責，其目的是實現各司其職、各負其責，把火電施工企業的生產活動有效地、和諧地、科學地組織起來。管理制度是企業焊接部門管理體系的一個具體的體現，是反映企業管理水平和程度的標志，他是根據企業內部機構的需要而制定的工作規范和員工行為準則。管理制度不能在實施過程中一塵不變，而是要隨著實際需要不斷地完善和改進，使其更科學合理。

2、工程管理

（1）技術交底

火電工程在正式施工之前，為了使參與焊接工程施工任務有關的工作人員了解和熟悉所承擔工程的實際狀況，必須采取行之有效的形式作出必要的說明，因此要實行技術交底制度。技術交底應將火電焊接工程的規模、工程特點、施工任務、被焊工件全貌、工藝流程、施焊步驟、技術要求、特殊操作方法和安全節約措施等交代清楚，并在焊接施工過程中切實實行，從而達到確保焊接質量的目的?；痣姾附庸こ碳夹g交底是施工工序的首要環節，交底后各級人員必須遵照執行，未經技術交底不應施工；技術交底資料經準備充分，并經過審批，符合要求后，方可組織交底 ；交底資料可按技術資料保管要求妥善處理。

（2）現場管理