时间：2022-02-18 22:58:12
1）由于化学成分不达标或是焊接过程中元素烧损造成焊缝金属化学成分发生变化，或是造成焊缝组织不符合要求。会造成焊缝的力学能力下降，进一步影响接头的耐蚀性；2）焊接时常常出现氢气孔，是由于坡口清洁不到位，有余留的水分和油污或是焊接速度过快电弧过程等原因产生的；3）由于焊条角度不恰当或是电流过大等导致的焊缝边缘的凹坑，有时候未能及时填满填充金属也能造成咬边。咬边降低了金属材料的使用面积，同时减少了结构的承受抗压力，还会造成反作用力集中，形成裂缝。
2金属材料焊接中的防治措施
金属材料焊接过程中容易出现各种缺陷，由此导致金属材料质量难以保证，因此，针对金属材料焊接中的缺陷采取相应对策具有重要意义。
2.1防止裂纹的措施严格遵守焊接的相关规定，选择科学合理的焊接程序，做好对焊条的选择工作，酸碱性要分辨清楚，可将焊条放入保温箱中，防止受潮，随焊随取。还要对接口进行认真彻底的清洁，确保没有水分、油污或是锈迹残留。在焊接过程中，多采用小电流，按多层、多焊道执行，有效避免焊缝交界处产生裂纹。同时对焊缝形状系数适当提升，减小焊接的应力。
2.2防止未焊透、未熔合的措施在焊接前，正确选取坡口尺寸和角度，对于焊条直径按照规范标准进行选择。还要恰当的选择电流的大小和焊接的速度。焊接中，适当摆动运条，并且在融合过程中，集中注意力，密切注意两侧情况变化。确保一切过程按照正确的焊接技术，严格按照施工规范执行。
2.3防止夹渣的措施首先要注意焊条，如果选择酸性焊条，就要适当加大电流；如果用的是碱性焊条，就要控制电弧的长度，不能太长，因为电弧过长容易出现夹渣。还要规范确定坡口角度以及使焊接速度保持在可控范围内，不可过快。
2.4加强焊工的技能加强对焊工基本技能的培训，包括在选取所用材料以及施工环境，或是施工过程中所采取的姿势、控制等专业知识，确保在无外力作用下，焊接工作的有序进行，也能进一步减少焊接过程的缺陷。同时加强焊工的自检自控，对于不专业不合格的焊工进行培训，严格把控焊工的素质和技能达标。
2.5其他综合措施还有很多其他的综合措施，例如，密切注意施工环境，气温低于零度时，对于材质采取必要的余热措施、现场建立合理的施工清洁区、定期对于装备进行检查和修补、正确处理钨丝灯的打磨角度以及焊接停留时间、严禁管内有风穿过，将顶端进行堵塞，同时要保障施工环境时常通风，使空气湿度低于90%、以及保持氩气浓度不小于99.99%等措施。
3结论
关键词： 焊接车刀；火焰钎焊；创新应用
刀具材料性能的优劣是影响加工表面质量、切削效率、刀具寿命的基本因素。刀具材料除具有优良的切削性能外，还应尽可能具有良好的工艺与经济性。目前，在机械加工行业中，车刀是应用最广泛的刀具之一。车刀的切削部分和柄部（即装夹部分）的结合方式主要有整体式、焊接式、机械夹固式和焊接-机械夹固式。本文所述焊接车刀，是指在碳钢刀杆上按刀具几何角度的要求开出刀槽，用焊料将硬质合金刀片焊接在刀槽内，并按所选择的几何参数刃磨后使用的车刀。下面将通过对45号钢刀杆和YT5硬质合金刀头的焊接过程说明火焰钎焊在焊接车刀中的创新应用。
1 该课题中涉及的材料简介
1） 母材：刀杆：45号钢。硬质合金刀头：YT5；硬质合金是以高硬度的难熔金属的碳化物（如TiC、WC、NbC、VC等）为基，加入粘结金属（Co、Ni、Mo、Fe等），通过粉末冶金方法制成的合金材料。它具有极高的硬度和耐磨性能，特别是在高温下，仍能保持其高硬度，
2）钎剂：硼砂；去除氧化膜，改善钎料的润湿性能
3）钎料：HL105；连接母材金属，钎焊接头主要填充物质，HL105（BCu58ZnMn）钎料是硬质合金工具钎焊的最佳钎焊材料之一。
2 焊接原理简介
该焊接方式属于固相连接，他与熔化焊方法不同，钎焊时母材不熔化，采用比母材熔化温度低的钎料，加热温度采取低于母材固相线而高于钎料液相线的一种连接方法。当被连接的零件和钎料加热到钎料熔化，利用液态钎料在母材表面润湿、铺展与母材相互溶解和扩散和在母材间隙中润湿、毛细流动（保证接口装配间隙。间隙一般要求在0.01～0.1毫米之间）、填缝与母材相互溶解和扩散而实现零件间的连接。
3 钎焊过程简介
表面清洗好的工件以搭接型式装配在一起，把钎料放在接头间隙附近或接头间隙之间。当工件与钎料被加热到稍高于钎料熔点温度后，钎料熔化（工件未熔化），并借助毛细管作用被吸入和充满固态工件间隙之间，液态钎料与工件金属相互扩散溶解，冷疑后即形成钎焊接头。
4 刀具损坏原因分析
4.1 刀具损坏的情况
通过对损坏刀具的观察，我们发现刀具被破坏至不能使用，主要是两种情况：一是刀头产生裂纹；二是刀头脱离刀杆。
4.2 刀具损坏的原因分析
1）刀头产生裂纹的主要原因：① 焊接应力因素：硬质合金刀具的焊接，是用焊料将硬质合金刀头焊接在刀杆（材料为45号钢）上。由于钢的线膨胀系数是硬质合金的2～3倍，以及其他物理机械性能存在较大的差异，在焊接过程中，会产生较大的焊接应力，导致刀头在使用初期就会产生裂纹；②焊接温度因素：焊接时加热太快温度太高（特别是刀头局部温度过高），或者是在焊接后冷却速度过快；③刀槽因素：刀槽形状不正确或者刀槽表面不平整，都会使刀头产生裂纹或受力后损坏；④ 刃磨因素：刃磨时刀头受热不均，或者突冷突热都会造成刀头裂纹；
2）刀头脱离刀杆的主要原因：① 焊接操作不当钎料未熔合进去，钎缝中只有少量填充金属，起不到粘连的作用；② 刀杆表面污物未去除干净，杂质影响其毛细作用，粘合不良；③ 使用过程中，温度过高，使钎料熔化，导致刀头脱落
5 影响刀具焊接质量的主要因素
通过对刀具损坏原因分析，确定影响刀具焊接质量的主要因素有：1）焊接温度；2）刀杆刀槽因素；3）刀杆表面因素；4）焊接操作过程；
6 改进措施及创新应用
合理选择焊接工艺参数对提高硬质合金刀具焊接质量具有重要影响。在加热方式、刀槽形式、熔剂、材料等方面确定的情况下，可从以下因素着手，提高焊接质量：
6.1 焊前准备
1）检查硬质合金刀头上是否有油污等异物存在。用汽油、酒精或丙酮清洗；逐件检查刀头不得有肉眼可见裂纹、崩刃等缺陷；
2）保证装配间隙0.01～0.1mm，有利毛细作用；
3）使用焊接工位架如图1所示焊件此种摆放方法其优点：① 利于观察焊件加热时颜色变化；② 易掌握各种角度；③ 辅助焊接人员易控制刀头。
图1
6.2 合理选用焊嘴型号
选用小号焊嘴，容易控制加热温度
6.3 加热火焰
1）火焰类型采用碳化焰。此种火焰明显分为焰心、内焰、外焰三部分，火焰较中性焰柔软，有一定的渗碳作用并防止焊件被氧化，
2）火焰能率。不能太大，太大不能使硬质合金和刀头得到充分的预热而进入高温阶段，由于两母材导热系数判别大，升温速度不一致，致使太焊接应力过大而产生焊接裂纹，同时吹力也大，无法实现毛细作用；也不能太小，太小导致加热速度太慢，不仅会引起焊接表面氧化，降低焊接强度，还会使硬质合金表层发生氧化及断裂。此技能主要是操作技巧，可听声音判别，大约为气割6～8mm钢板时的火焰声音。火焰能率的调节方法：
由大到小：中性焰（大）减小氧气出现羽状焰减小乙炔调为中性焰（小）。
由小至大：中性焰（小）加乙炔羽状焰变大加氧气调为中性焰（大）。
3）焊嘴与工件距离：10～15mm。过大不能熔化钎料，过小，将吹跑液态钎料，无法进入焊缝内。
4）钎料与焊缝的夹角。尽量使夹角越小越好，更能将钎料有效的平铺于焊缝之内。
6.4 加热速度
加热速度不易过快也不易过慢，是一个柔性过渡。含C量越低和含TiC量越高及规格大的刀头，焊接加热速度应慢些，反之，应快些。加热至暗红色即可，不能是亮白色，温度过高，易使刀头熔化。
6.5 冷却速度
焊接后的冷却速度对焊接裂纹的产生，也有非常明显的影响。刀杆的硬质合金刀头的热膨胀系数有较大的差异，焊接后在冷却过程中，特别是冷至300℃以下温度时，如果冷却速度太快，迫使刀杆急剧塑性变形，则会导致刀头产生裂纹，为了使焊接后冷却速度不要太快，采取如下措施：
1）焊完后，远距离加热再缓慢将火焰移除；
2）环境温度非常重要，夏天比冬天焊接的刀具更加耐用，原因在于温度梯度较小，冷却速度慢；
3）焊接时，不得用风扇吹，不得在风口、门口进行焊接；
4）焊接完毕，用石棉盖住，或将刀具堆叠在一起，起到缓慢降温的作用。
【关键词】焊接材料；定额系统；研究；开发
制造材料定额的计算中最为繁琐和复杂的，计算的过程繁琐，数据涉及广泛的，便是设计焊接的材料定额计算，所谓的材料定额就是旨在合理消耗原材料的条件下，就现有技术，以制造完成单位产品数额为目的，组织生产所需的材料数额标准。作为制造过程的不可或缺的主要组成部分之一，材料定额所涉及汇总的数目极为繁杂。目前常用的钢材焊接办法包括：钨极氩弧焊（GTAW），焊条电弧焊（SMAW），埋弧自动焊（SAW），熔化极气体保护焊（GMAW）等，而对于焊接材料的用量计算，现在技术人员多使用经验数据表和公式计算两种方法。前者是通过直接查找获取焊接材料质量；后者则是通过公式粗略的估算焊接表层所需材料用量。无论哪一种都不能精确计算，造成结果的误差偏大，加大了成本降低了效率，使得耗材偏高，容易造成焊材浪费，对于已经使用的焊接材料的计算方法以及耗材量和焊接方法，对于焊接材料的定额计算做了如下的总结 [1-3]。
1定额计算公式
液压系统中，使用定排量泵或者变排量泵。由定排量泵 2 ，可调节流阀 1，定排量泵液压系统中，如图 1 所示。最简单的一种负载感应控制系统原理，下面就定排量泵液压系统，系统正常工作时，来介绍负载感应控制原理，3不是在安全阀4调定压力P1时开启，开启负载感应的元件3的压力P=PL+ΔP，ΔP是负载感应的元件3上弹簧的预调力和预调力FS形成的压力差，元件3在ΔP形成后开启，元件3与系统并联，然后组成完整的调速回路[2]。2是定量泵，2中的过剩流量ΔQ不经4排回油箱，4作为溢流阀，定量泵中ΔQ=QH-Q2不经其而是经负载感应元件3流回油箱件，元件1两端的压差ΔP为负载的压力PL所决定。
系统设计时，泵出口压力 PB 亦随之增加，应当避免此种状态的出现。ΔP 为可调节流1，从而减少了过剩压力。两端压力差，节流阀在通过流量 Q2 时产生压差 ΔP，且由负载感应元件中弹簧的弹力 FS 决定，通过可调节流阀 1 的流量 Q2 亦不变，若负载无阻力，则泵出口压力 PB=0。因 ΔP 没有变，但不能消除流量过剩。与节流阀 1 关闭，使 ΔP 保持为常数，如负载前导管断裂，则经过可调节流阀 1 的流量不变，相当于节流阀后压力 PL≈0，负载速度维持不变，负载卸荷状态下的能耗损失相同。当负载所需压力 PL 增加时，反之亦然。过剩流量经过负载感应元件 3 排回油箱，该系统消除了压力过剩，此状态下能耗损失，增加到安全阀4 溢流，此状态下损失，实际上还是存在过剩 ΔP，负载运动随着 PL，通常 ΔP PB 或 PL，可以忽略掉。若负载所需压力 PL，其值为最大。只是此时，逐渐增加到全部溢流而停止。这种状态下能量全部损失掉，通过旁路的负载感应元件 3 流回油箱。较无负载感应控制多出部分为 ΔP，流量 Q2 通过节流阀 1 流失，而剩余流量 QH-Q2，即 PL≥P1时。
2截面积计算
由于坡口形式，本研究采用变参数模型思路，多样性和不规则性，来统一描述坡口形状，在焊接过程中焊接方法，设计焊材用量理论计算方法，使得焊材用量计算工具化，需要计算各焊层截面面积。导致焊缝截面积计算较难。另一方面，各焊层截面积，所使用的焊材不一致，这两方面使得焊材，分类用量计算较为繁琐。通过迭代思想计算，计算精度和效率显著提高[4]。
2.1坡口参数化
虽然坡口形式有很多样式，当R1＝R2＝R3＝R4＝0，但均都可以通过，改变图2中的各参数演变而来。Y型坡口如图3所示，即通过修改这些坡口参数，h＝0时可以演变成单面Y型坡口，这为采用计算机，就能得到各种坡口型式，来计算焊缝截面积带来了便利。
2.2迭代
利用迭代思想，即实现了计算各焊层焊材消耗量功能。系统实现了计算各焊层截面积功能，但是转为计算Sf2（ΔSf1＋ΔSf2），Sf1（ΔSf1），Sf3（ΔSf1＋ΔSf2＋ΔSf3），…就较为简便，分层计算参数模型如图4所示，而各层焊材截面积为ΔSf3＝Sf3－Sf2，ΔSf2＝Sf2－Sf1，ΔSf1＝Sf1，…。直接计算各层的截面积ΔSf1，ΔSf2，ΔSf3，…比较困难.
3定额试验
焊材定额的计算，还需要经过与实际耗材量对比试验。其在理论上有可行性，焊材定额计算的试验是通过软件计算出理论耗材量，是为了确认上述焊接材料定额计算的理论准确与否，通过和实际消耗量对比来确认。
3.1试验材料
分别选用厚度为，采用钨极氩弧焊，7 mm和12 mm的平板进行试验，厚7mm板焊丝采用φ2．0 mm。厚12 mm板焊丝采用φ4．0mm，其长度为100 mm。坡口设计，尺寸如图5所示，采用Y型坡口进行试验，其他几何参数如表1所示。
3.2试验结果
在实际焊接时，焊接缝隙的高度，焊缝的宽度很难精准的控制，各层的厚度也对焊接有所影响，从上述实验中对12 mm厚和7mm的两种板面分别进行了试验，在实验设计时几何参数表示为表1的数据，但实际（图5表示）通过对焊缝的打磨，抛光，以及对焊缝侧面的腐蚀等，实际测量清楚呈现焊层各个分层后的参数，则可以准确的测量出表2数据。继而通过计算软件计算出可以与实际消耗的焊接材料相对比的理论材料消耗数量，表3所示数据即实验结果。
3.3结果分析
实际用量和实际参数下，理论用量有一定差距。理论用量较为接近，与试验设计参数，实际用量与理论参数下，而这些几何参数，究其原因，实际的焊缝余高，从而造成计算值，焊缝加宽等参数，有时存在较大差距，在实际焊接时，与各层焊材理论用量差距不一，特别是手工焊时很难准确控制，有时较大，这是因为各焊层形状不规则，与实际值存在一定差距。各层焊材实际用量，采用的数学模型是假设各层都是平的。各组试样实际焊材总用量，误差有时较小，误差较小，而理论计算各层消耗量时，与理论总用量较为接近，分别为9.7％、7.6％、4.9％、8.5％、11.3％、5.5％。
4 结语
通过坡口参数化，开发了人机交互的计算机系统，做到领料有理，迭代思想实现了利用计算机计算焊接材料定额，并进行了焊材消耗验证性试验。而各层焊材消耗量精度不一，结果表明，计算模型有待进一步修正。焊材消耗总量计算精度较高，既可以将工艺员，便于成本核算，各层焊材消耗量，提高了效率，焊接材料定额系统，也能提高计算的准确率，从繁琐的计算中解放出来，回收有据。
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关键词：金属材料；焊接缺陷；裂纹控制
随着经济的不断发展，工业依然处于重要的市场领域，金属被广泛应用在各行各业，成为日常生产生活中不可缺少的材料。随着金属材料的广泛使用，焊接技术也在不断进步，但是，金属焊接过程中难免会出现各种各样的缺陷，这些缺陷不仅对焊接结构带来灾难性后果，也有可能威胁人们的生命安全。所以为避免焊接出现缺陷，还需做好防范措施，要求焊接工作者严格遵守焊接的相关规定，选择科学合理的焊接程序，进一步开发新的焊接方法，从而提高焊接质量。
一、金属材料焊接中的夹渣缺陷以防治
从概念来看，夹渣是存在于焊缝的各种物质，它对金属整体强度具有严重影响。出现这种现象的原因主要是：浇筑前没有将浮渣清理干净，或者挡渣工作没有做好在浮渣的同时，也就随着金属液体进入内部；在浇注中，由于没有合理设计系统，对挡渣效果造成了很大影响，在渣子进入浇注系统后，很容易进入型腔，却不易排出。从焊件来看：由于焊接层清理不干净，在焊接速度过快、电流过小、操作不当的情况下，对焊接母材以及材料分配造成了很大的影响，最后对坡口设计也造成了不利影响。一旦夹渣产生，夹渣会随着裂纹沿展，减小强度，让焊缝存在开裂。对于这种情况，为了保障使用效益，必须保障金属液体的平稳流动，通过设置集渣包，减小硫含量，提高金属液体温度。对于浇包，除了要保障清洁度外，还应该使用茶壶进行浇包，或者利用冰晶石、稻草灰去除渣剂。
二、金属材料焊接中热裂纹缺陷及防治
在金属焊接中，热裂纹是金属在从液态转化成固态时，在中间区域出现的缝隙，同时也是很容易发现。出现这种现象的原因是：焊接熔池中的FeS 以及各种熔点较低的杂志凝结成强度较低的塑性，在凝结过程中，由于外在力影响，所以当金属处于凝结状态时，很容易在短时间内被拉开。另外，在金属材料中，一般都会包含硫成分，在硫的影响下，很容易出现这种现象。对于以上的情况，为了保障金属焊接成果，除了要严格依照施工步骤进行外，还必须结合实际情况，选用优秀的步骤以及方式、方法，减小焊接力；通过明确相关数值以及要素，在增强形状指标的同时，减小冷却速率。在这期间，最好的方法是活用焊接技术，从源头上避免中间位置出现缝隙，从而对焊接质量与后续使用造成不利影响。
三、金属材料焊接中未融合缺陷及防治
在金属焊接中，未焊透、未融合作为最普遍的问题，一旦出现，缝隙很容易出现骤然变化或者间断现象，这样不仅减小了工作强度，同时也很容易出现裂缝。未焊透是在金属焊接中，尾部或者结构没有焊透而出现的问题；没有融合，则是焊缝与焊件之间的部分区域没有融透的情况。从出现这种情况的原因来看：大部分存在于各个配件缝隙或者钝边过厚、角度偏小、焊条半径太大、速度大、电流小而电弧太长的情况；或者没有认真清理各个坡口周边的污物。在对该部分进行处理的过程中，由于该部分出现了熔渣，所以金属根本不能正常展开。另外，如果运条使用方式不对，让电弧处在坡口一边，也很难让边缘融合。对于上面出现的问题，除了要正确选用坡口以及规格，还必须在保障焊流速率的情况下，将周边污物清理掉。同时，对于底面也要彻底清除，在摆动适度的情况下，才可能做好融合以及周边融合。
四、金属材料焊接中的冷裂纹缺陷及防治
从概念来看，冷裂纹是金属焊接在冷却过程中或者冷却之后，金属材料、材料或者融汇焊接的区域出现的各种缝隙，它可能是当时出现，也可能是几个小时后或者几天后才出现。从冷裂纹出现的要素来看，热循环是影响焊接区域以及组织的重要因素，一旦焊缝存在较多的扩散氢，浓集现象就会产生。而对于接头部分，受整体因素影响，需要承担很多约束力。针对冷裂纹产生的原因以及特征，为了确保金属材料焊接成果，我们可以使用少量含有氢气的物质，从而减小成分。在这期间，为了避免过多水分对焊接质量的影响，必须根据实际情况做好物质保存以及活动运行；通过明确油迹状况，使用比较优秀的数值进行焊接，这样就能有效去除材料内部应力与组织回火，从而增强焊接部分的韧性与指标。另外，需要注意的是，必须使用恰当的步骤，从减小干扰出发，保障焊接使用安全。
五、金属材料焊接中的气孔缺陷及防治
在金属材料焊接中，气孔一般表现为氢气孔，具体有：表面、内部与街头气孔。出现这种现象的主要原因是：由于没有及时处理坡口污物，在焊芯存在锈迹或者掉落时，没有整合相关规定对其进行烘焙。另外，也可能是速率过快、电弧太长所致。为了确保金属使用效益，除了要保障焊流速率，还必须及时清除附近污物，在整合相关规定以及材料清理活动的同时，尽量避免变质材料的应用，通过做好运行管控，及时处理好焊丝，减小锈迹的不利影响。在对薄板进行焊接时，应该尽量减小线能量与焊接速度。
综上所述，在金属焊接中，为了确保金属焊接的有效性，除了不能在背水、带压情况下消除焊补，对于预热性材质，必须使用对应的预热措施。它要求在焊件热处理时，及时对缺陷进行修正，避免使用过大的电流进行焊接，而是运用不摆动、小电流、多道多层的方式进行焊接。在刚性较大的结构焊接时，除了第一与最后一层，还必须在热状态下做好锤击工作，并且每道收弧与起弧都必须分开。在手工焊补中，通常使用线能量控制的方式进行焊接，并且每个缺陷都不允许停顿，在焊补进行完毕后，让层间与预热温度在100 度以上。另外，也可以在整合探伤标准中，对缝隙进行深层分析，如果察觉高于数值，就必须再次处理，直到满足要求，当然焊补次数不能超出要求。因此，在实际工作中，必须结合实际情况，从源头上消除不良情况，控制不良运作。
参考文献：
关键词： 再热裂纹；埋弧焊；敏感性
中图分类号： TG-457.11
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，欧洲25台2.25Cr1Mo0.25V钢厚壁加氢反应器遇到了焊缝金属再热裂纹问题[1]。各地方实验室做了大量的研究调查，通过Gleeble高温拉伸试验对焊接材料再热裂纹的敏感性进行了等级划分，作为焊接材料筛选试验[2-3]，避免今后的焊缝在后续的热处理过程中产生再热裂纹。
但是Gleeble拉伸试验设备作为实验室的非常规设备，在大多数实验室不具备可行性。于是优化了这种试验，利用常规拉伸试验机进行再热裂纹敏感性筛选试验，并于2012年将这种试验方法纳入到了API 934A附录B（2012）中[4-6]。
中国一重在2001年首次制造了第一台设计温度454 ℃，质量540 t的钒改进钢锻焊加氢反应器[7]。目前为止已经生产了多台2.25Cr1Mo0.25V钢加氢反应器，还未发现在低合金钢焊缝中存在再热裂纹问题。早在2011年，中国一重已经采用多种方法进行了加钒钢焊接材料的再热裂纹试验。从2013年开始，中国一重承揽的一些加氢反应器产品技术条件中增加了对2.25Cr1Mo0.25V钢焊接材料进行再热裂纹检测的要求[8-9]。为了满足技术条件要求，对2.25Cr1Mo0.25V钢配套的日本神钢公司生产的埋弧焊焊材按照API934-A附录B要求进行再热裂纹敏感性筛选试验，以验证焊缝的再热裂纹敏感性。
1 试验材料及方法
按照API―934附录B要求的试验程序如下。
1.1 试板焊接
1.1.1 母材
所采用的母材为2.25Cr1Mo0.25V锻件，其尺寸为30 mm×120 mm×550 mm。焊接过程中需添加垫板，垫板材料为Q345，尺寸为10 mm×50 mm×650 mm。
1.1.2 焊接材料
实际焊接参数见表1。
表2～表4焊接程序中列举了再热裂纹试验的焊接环节要求，包括了材料、焊接参数及后热的相关要求。
1.2 坡口形式及焊接顺序
试板的尺寸、接顺序及坡口形式如图1所示，试板尺寸为500 mm×200 mm×30 mm，垫板尺寸为600 mm×60 mm×10 mm。
1.3 取样位置
再热裂纹试验的试样取样位置位于试板表面下7 mm，同一厚度位置并排取样数量为2个，API 934A附录B（2012）规定的取样位置如图2所示，图3为焊接试板的低倍形貌及实际试样的取样位置。
1.4 试样尺寸及形式
试样的形式及尺寸如图4所示。
1.5 试验程序
再热裂纹试验的高温拉伸试验程序为：①在空气中试验；②在20～40min内加热到测试温度650 ±3 ℃，采用三个热电偶，热电偶与试样紧密接触，其中一个在标距中间，其他两个分别在横截面开始减小的末端，三个热电偶之间的温度差别不超过±3 ℃；③保温10±1 min；④以5×10-4mm/s的平均应变速率进行拉伸，或者以0.8 mm/min的衡量位移速率进行拉伸；⑤试样冷却后测量断后收缩率，屈服强度，抗拉强度和断后伸长率。
再热裂纹试验的高温加热过程中的温度随时间变化关系如图5所示[3]。
1.6 验收标准
两个试样的面缩率平均值大于等于32%，单个试样的断面收缩率大于等于29%，认为焊丝/焊剂组合的抗再热裂纹性能是合格的。
2 试验结果
筛选试验在型号为CMT 5105微机控制电子万能试验机上进行的，用于测试的试验机、尺寸测量设备、加热设备和试验氛围等均满足API934#A附录B中要
求。试验过程中按照2.5条中规定的试验程序要求执行。通过试验得到一些试验数据。
再热裂纹筛选试验结果见表5，应力-位移曲线如图6和图7所示。
3 结论
（1）试验采用埋弧焊的焊丝和焊剂结合，对制造过程中2.25Cr1Mo0.25V材料的再热裂纹敏感性进行评估。这种试验的优势在于适用所有可能产生制造再热裂纹的焊接金属。
（2）采用这样的试验可以验证2.25Cr1Mo0.25V材料的埋弧焊是否有产生再热裂纹的敏感性。
（3）根据API934A附录B（2012）再热裂纹敏感性试验方法，日本神户制钢所生产的埋弧焊焊丝焊剂在650 ℃保温10 min后拉伸直至断裂的断面收缩值在50%以上，满足标准要求的两个试样平均值≥32%（单个值≥29%）的技术要求。说明中国一重采用的日本神户制钢所生产的2.25Cr1Mo0.25V埋弧焊焊接材料无再热裂纹问题。
（4）虽然文中只记录了两个批次焊接材料的筛选试验，后续又进行了更多批次的试验，进一步验证中国一重采用2.25Cr1Mo0.25V埋弧焊焊接材料无再热裂纹的敏感性。
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【关键词】烧结;焊接;施加焊片;施加焊膏
一、 施加焊片
1 焊片成型方法
1.1 手工成型焊片
根据产品尺寸，如图1所示的不规则焊片选用异型件低温烧结中焊接材料的选择与施加0.08 mm厚，可用手工成型，但耗时耗力，为提高精度及效率，试用新工艺成型方法成型焊片。
1.2 激光雕刻成型焊片
绘制烧结所需焊片图形，进行氮气保护激光雕刻成型。成型后焊片表面光亮，被氧化程度低，提高了可焊性;焊片成型形状、尺寸误差小，减少了多余焊料，从而减少焊锡飞溅;但焊片边缘有微小毛刺，导致工装夹具不能压紧烧结件，造成烧结空洞。进一步选用化学腐蚀工艺成型焊片。
1.3 化学腐蚀成型焊片
由专业厂家按绘制图形腐蚀成型焊片。焊片表面残留腐蚀保护物，无光泽，影响其可焊性;焊片成型形状、尺寸误差小，焊片厚度略小于原有厚度0.08 μm，不影响焊料平铺于整个待焊接表面，对烧结质量无影响;边缘光滑，使夹具能够夹紧待烧结件，避免形成空洞。经厂家提高焊片表面洁净度处理，选定化学腐蚀工艺成型焊片。
2 焊片成型参数
首先使用与凹槽外形尺寸及图形一致的焊片成型并烧结，烧结后焊锡飞溅较多，且转角及边缘处有焊锡漫流，且有焊锡漫流至基体其他凹槽内。烧结焊片放置于待烧结凹槽内，经反复试验得知其外形尺寸及形状对烧结质量起到至关重要的作用。经多次试验及质量改进，最终摸索出适于烧结的焊片尺寸及外形设计原则，并适用于其他烧结方案。
2.1 面积参数设计
焊片宽窄各边及底边向内缩进0.1～0.2 mm，有定位销处开口直径加大，避免焊料顺定位销爬升。烧结后边缘焊锡漫流减少。其他凹槽内焊锡漫
流减少。定位销处无焊锡爬升。焊锡片缩进尺寸设计，可使焊锡片均匀平整地敷置于待烧结凹槽内，使待烧结镀金软板平整地与基体结合，烧结时有效减少空洞、漫流和飞溅。同时锡片缩进尺寸设计，减少了焊锡用量，尤其是容易漫流的边缘处焊锡用量，显著减少焊锡漫流及爬升。
2.2 导角参数设计
大面积转角处进行r 1.0 mm内导角处理，小面积转角处进行r 0.3 mm内导角处理。
烧结后转角处焊锡漫流明显减少。转角处内导角使焊锡片放置时不会在转角处产生鼓胀现象，同时减少焊锡用量，显著提高烧结质量。最终确定焊片工艺参数见表1，可取得较好烧结效果。
2.3 施加焊片
裁减后的焊锡片两面刷涂助焊剂，嵌入基体凹槽内，再嵌入被焊镀金软板，用金属对象工装压紧，可取得较好烧结效果。助焊剂的引入不仅可在烧结中去氧化，同时其固有黏性可固定柔软的焊片及被焊工件。
二、施加焊膏
使用表面贴装电子装联工艺中钢网漏印的方式施加焊膏，这种方式必须将焊料施加到一个平面上，由于基体本身为凹槽形式，不能漏印焊膏，因此将焊膏施加到被焊体棱边上。被焊体棱边前端细微正方形处必须烧结，即必须施加焊料，且烧结后整个烧结部位焊锡不能漫流，又要确保整体焊着率在95%以上，因此各部位既要均匀施加焊膏，又要有效控制焊膏量。焊膏中含有助焊剂等添加成分，在烧结过程中产生气体是造成焊接空洞增多的主要原因之一。合适的钢网开口设计不仅可以确保焊接质量，同时可有效减少空洞，除遵循常规钢网设计原则外，此部位钢网开口还应根据实际需求优化。
1 制作漏印工装
被焊体不同于印制板，没有定位孔可在漏印机内安装定位，造成漏印困难，制作被焊体漏印定位工装，四边采用过盈配合，实现其定位，如图2所示。漏印机适配钢网厚度参照焊片厚度，同时兼顾被焊体细微正方形必须焊着，经反复试验，选用0.12 mm的钢网。
2 钢网开口参数设计
被焊体棱边为细长矩形，钢网若采用与其尺寸、图形一致的开口，设备漏印时压紧盖板与钢网， 棱边必然鼓胀出钢网表面，刮刀滑动漏印焊料时，焊料被刮走。为确保被施加平面（全平面施加）不鼓胀出钢网开口，钢网开口采用棱边缩进工艺改进参数。经反复试验，确定钢网开口中间棱边按被焊体原有尺寸两边各缩0.35 mm，左右两条棱边既易被带走焊膏，又不宜焊接，两边各缩进0.05 mm。细微正方形点开口改为原有方形尺寸的内切圆开口，如图3所示。
经此参数设计，各棱边可全部高精度漏印焊膏，细微正方形处焊料饱满，即确保了漏印精度，又确保了焊料量，烧结效果良好。
最终确定施加锡铅焊膏工艺参数见表2，可取得较好烧结效果。如图4所示。
按上述原则选用及施加焊锡膏，配合后续合适的烧结工艺，可取得质量上乘的烧结效果。
参考文献
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[摘 要]在钢结构焊接制造中，根据结构承受载荷的分布情况，对不同受力条件的零件或者部件在设计时就规定了采用不同强度级别的钢种、不同焊接材料进行焊接，使整体焊接结构的使用性能得到提高。在生产中若焊接材料不匹配，造成焊缝与母材的强度和塑韧性不匹配，影响焊接接头性能，造成安全隐患。为此，针对焊接材料的选用和如何防止材料不匹配的发生进行探讨。
[关键词]塔式起重机、焊接材料、焊缝、强度匹配
在实际生产当中，制造图样不规范、生产工艺粗糙、材料管理混乱等诸多原因造成焊接结构使用性能不符合设计要求、焊缝与母材的强度和塑韧性不匹配影响焊接接头性能等情况，造成了严重的安全隐患。为了扼杀此安全隐患于生产一线当中而杜绝不合格产品流入市场，保证用户安全生产，促进和谐社会，下面就针对塔式起重机钢结构制造常用的碳素钢、低合金钢焊接的焊接材料选用原则和如何防止焊接材料不匹配等进行分析。
1、焊接材料选用原则：
应根据母材的化学成分、力学性能、焊接性能，使用条件及焊接方法综合考虑选用焊接材料，必要时通过试验确定。
焊缝金属的性能应高于或等于相应母材标准规定值的下限或满足图样规定的技术条件要求。对各类钢的焊缝金属要求如下：
1） 相同钢号相焊的焊缝金属
①碳素钢、低合金钢的焊缝金属应保证力学性能，且其抗拉强度不应超过母材标准规定的上限值加30Mpa。耐热型低合金钢的焊缝金属还应保证化学成分。
2） 不同钢号相焊的焊缝金属
①不同强度钢号的碳素钢、低合金钢之间的焊缝金属应保证常温力学性能，且其抗拉强度不应超过强度较强母材标准规定的上限值。
3） 焊接材料熔敷金属硫、磷含量规定应与母材一致或焊接材料应满足图样的技术文件要求。
2、焊接材料不匹配主要形式和危害：
1） 主要受力构件或承受动载荷的构件用钛钙型焊条（酸性焊条，如E4303）来代替原图纸设计用低氢型焊条（碱性焊条，如E4316）焊接：
塔式起重机的主要受力构件的主要焊缝是重要焊缝或关键焊缝，焊缝质量直接影响塔机使用性能或塔机的安全及可靠性。该焊缝失效后将严重降低塔机的使用性能或可导致重大事故。因钛钙型焊条和低氢型焊条由于其药皮成份差异大，故焊条焊接工艺性能差别比较大，低氢型焊条其焊缝熔敷金属中氢含量较低，减少了氢脆，增加了焊接接头的塑性及韧性，以保证焊接接头的抗裂性能。用钛钙型焊条来焊接主要焊缝，疲劳强度低，焊接接头性能达不到设计要求，在动载荷的作用下，焊缝就会出现塑性变形、裂纹等失效现象。
2） 高匹配使用焊接材料
盲目追求焊接接头力学性能，在同钢号焊接中不按强度匹配原则选用焊条，导致焊缝熔敷金属强度过高，造成焊缝与母材的强度和塑韧性不匹配，影响焊接接头性能。如标准节主弦杆与连接套焊接，母材材质为Q235B的普通碳素结构钢，采用型号E5015焊条焊接，其焊缝在交变载荷的作用下，本身就有淬硬倾向的焊缝容易产生疲劳，在熔合区域引发裂纹近而导致焊缝失效。
3、焊接材料不匹配的防范
1）制造图样及工艺的控制
塔式起重机在结构件设计时，根据结构承受载荷的分布情况，对不同受力条件的零件或者部件在设计时就规定了采用不同强度级别的钢种、不同焊接材料进行焊接，并对焊缝按其质量特性进行分类（关键焊缝、重要焊缝、一般焊缝）。一般情况下，普通结构件采用材质为Q235A碳素结构钢，焊接材料采用型号E4303焊条；主要受力结构件或承受动载荷的构件采用材质为Q235B碳素结构钢和低合金结构钢，碳素结构钢之间焊接或碳素结构钢与低合金结构钢之间焊接按匹配原则都选用型号E4316焊条，低合金结构钢之间焊接选用型号E5015焊条。采用气体保护电弧焊时主要问题是气孔和飞溅，焊接过程中必须加强脱氧，选择含Si、Mn、Ti、Al元素较多的焊丝，如采用ER49-1（H08Mn2SiA）。技术人员在图纸绘制时，要求对图纸中的每一零件或者部件的钢号和钢材质量等级符号都要标明清楚，不要随意更改钢号及质量等级符号，并在图样上对焊缝质量特性进行标记。工艺人员根据产品图样来制定各种工艺文件，编制产品的钢材材料预算单和材料汇总表。这样便有效指导采购部门对原材料的采购，工艺文件正确指导车间生产。防止材料误买、误用，造成材料不匹配发生。
2）材料标记移植
塔式起重机是受国家制造监检的重要产品，严格按照有关的规范和标准进行设计和制造，在设计中正确地选择材料，在管理上使这些材料正确无误地使用到产品上，是保证塔式起重机质量特别重要的一个环节。所以制造厂家要制定材料管理办法，明确标记，严肃执行材料标记和标记移植制度，使材料标记在零部件生产过程中正确地、及时地、不间断地完整地向下一道工序传递，直到完工的产品。这样就能避免混料、错发料和用不明来历的材料，达到防止焊接材料不匹配的发生，降低塔式起重机的安全隐患减少质量事故的发生。
3） 材料代用
材料代用的要求是在应保证不降低原设计计算的强度、刚度、稳定性、疲劳强度、不影响原设计规定的性能和功能要求的基础上进行的。在TSGQ7001-2006《起重机械制造监督检验规则》里提到，主要受力结构件材质中包括了母材和焊材，并其材质应当符合设计文件和工艺文件要求，若在实际用材发生材料代用情况下，要符合有关规定的要求。所以制造单位要按TSGZ0004-2007《特种设备制造、安装、改造、维修质量保证体系基本要求》文件要求建立材料、零部件控制程序，明确材料、零部件代用的基本要求及代用范围，代用的审批、代用的检验试验等。这样就防止了生产现场因图方便或材料不齐情况下盲目材料代用造成焊接材料不匹配的发生。
结束语
根据以上分析，焊接材料不匹配直接影响着塔式起重机的安全性及可靠性，在整个生产过程中随时都会发生。制造厂家要严格制定生产管理制度，在生产一线强化产品安全意识，加强焊接工艺纪律检查，焊接材料不匹配现象也会得到有效防止。
【参考文献】
[1] 塔式起重机GB/T5031-2008
关键词：逆焊接处理 焊接残余应力 疲劳性能
中图分类号：TG404 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（b）-0052-01
1 试验
1.1 试样制备
本试验选用工程设备常用金属材料Q235钢，首先制作成三个中间带有60度V型豁口的试件（试验用三个，分别编号为1、2、3，其中1为对照）。试件的尺寸为200 mm×150 mm×10 mm。
1.2 试验过程
1试样仍为对照进行焊接。将用手工电弧焊方法焊后的Q235钢2试样进行250 ℃的热处理（本实验中用的是加热炉），紧接着再对焊缝进行快冷处理（本试验中用的冷水），自然状态下恢复至室温。同样的在350 ℃对3试样进行相同的实验过程。用小盲孔法测各试件应力，应变片的贴片位置如图2所示（贴片间距5 mm）。最后，将1、2、3制成疲劳试件，再在疲劳测试机上进行试验，得出相关数据并进行分析。
1.3 试验结果讨论
对焊后试样进行热处理，再对焊缝进行快冷，可以使得试样的焊接区和母材区产生一个温差，减缓残余拉应力的影响。由表1可以看出，在小盲孔法测应力的实验过程中，对于材料Q235，经250 ℃和350 ℃逆焊接处理的试件与未经逆焊接处理的试件相比，残余拉应力值有所下降，并且在350 ℃逆焊接处理的条件下，已在焊缝处形成双向压缩应力。由表2看出，在疲劳测试的试验中，经250 ℃和350 ℃逆焊接处理的试件与未经逆焊接处理的试件相比，其疲劳循环次数有明显的提升，并且在350 ℃逆焊接处理的条件下，疲劳循环次数还要高些，也就是说，逆焊接处理可以有效提高试样的抗疲劳性能。
2 机理
逆焊接加热处理之所以能够有地效消除残余拉应力的影响，是因为有足够大的温差，焊接部位的表面将会产生双向压缩残余应力，焊接压应力和焊接拉应力相互存在一个制约，从而使得工程设备用金属材料可以有更高的寿命。
关键词：金属材料；焊接；对策探讨
金属具有一个非常鲜明的特征就是焊接性。所谓的金属焊接是一个过程，就是利用加热、高温或高压的方法将两个不在一起的金属物体生产出分子或者原子并联合在一起。谈到金属焊接的方法也是具有多样化的特点，使用每一种方法都有其自身的优缺点和不同的影响[1]，这一点越来越引起人们的重视。
1 金属材料焊接中的缺陷
1.1 出现焊接裂纹
在金属的焊接当中有一种比较常见的情形就是裂纹，而裂纹主要是结晶状态的不同之间相互变化而产生出来的。裂纹的出现时间并不是很长，有时马上就会显现出来或者停止片刻即可见，而它的出现位置经常是在焊接母材与交界的熔合线上，冷和热是裂纹的主要分类。
热裂纹是基本上发生在偏析位置的。它的形成原因主要是遗留在熔池当中熔点低凝结点高冰洁塑造性低强度差的杂质晶体，由于这些杂质晶体的诸多缺陷而导致在收到束缚的时候就容易被拉开，这就是热裂纹的形成过程[2]。与此相对的冷裂纹，首先在时间上就热裂纹较迟，在焊接期间或者之后发生，而当低气温降临时就会有裂缝产生，甚至有的冷裂纹出现时间更是比较滞后，在几天之后才会出现，这样的情况就极易影响结构安全的正常使用[3]。
1.2 出现未焊透、未熔合现象
当金属没有全部焊到接头的最深处也就是根部的时候，导致木材金属不能完全被融化掉，从而引起的就叫未焊透，它的主要针对的对象就是木材。这种情况也就是未焊透的弊端非常之多，频繁的使得焊缝的有效面积会逐渐变小，随之也令接头强度不断变弱，最后导致焊缝的疲劳强度不断下降[4]。与未焊透比较相似的另外一种情况就是未融合，顾名思义就是金属之间没有完美的融合联合，它所带来的缺陷就是减小了承载面积，使得聚集应力很艰难[5]。
1.3 出现夹渣情况
在焊接的过程当中焊缝会有一些残渣遗留，我们可以把它简而言之的称为熔渣[6]。有很多原因致使熔渣得以形成，举个例子来说，当电流强度不够或大或小、焊接的速度或快或慢、焊条选择的不合理、坡口角度不合适或者焊条偏芯等原因都会使得焊缝边沿遗留熔渣。
1.4 出现其他缺陷
（1）焊缝组织有可能达不到要求，或者因为没能达到标准的化学成分，还有就是发生在焊接期间由元素烧损而导致的焊缝金属化学成分的不稳定等。这一切都会不断减弱焊缝的力学能力，从而更加严重的使得接头的耐蚀性也遭受侵害；
（2）咬边也是在焊接过程当中会发生的，主要还是因大电流或不合适的焊条角度再封的焊缝边沿的凹坑没有很好地在第一时间填充金属而造成的[7]。这一种现象可能会使得金属材料的使用面积大大减小，与此相伴也令结构的承受抗压力这一指标难以达到要求，更严重的就是因反作用力大大聚集而导致裂缝。
2 金属材料焊接中的防治措施
种种弊端都是极易出现在金属材料焊接过程当中地，这样就不得不担心金属材料的质量问题，由此可见，当我们在面对这些缺陷时，及时合适的防治措施是非常必要的。
2.1 防止裂纹的措施
针对防止裂纹的措施主要有以下几点：一是要严格遵守与之相关的各项规则，慎重斟酌自己要选的焊接程序，严守焊条的标准，认真辨别其酸碱性，为了达到更好的效果可以将其放在稳定的保温室内，当我们需要用的时候再把它拿出来；二是要小心谨慎地清理接口，保证上面没有水分、油渍或者是其他遗留的痕迹；三是当我们在焊接期间，注意选择较小电流，然后选择多个焊道、多种层次来严格执行，这样就很好地使得产生裂纹的机会大大减小，而且还可以提高焊缝的形状洗漱，使得焊接的应力也减小了[8]。
2.2 防止未焊透、未熔合的措施
当焊接还没有开始的时候，我们要做好一些准备工作，如合理选择坡口角度和尺寸，正确选择焊条的直径。其次对于电流大小和焊接的速度也要细心选取[9]。而在焊接进行的过程的当中，也要注意恰当的摇摆上面的链条，聚精会神地观察两边的变化情况[10]。必须保证所有的流程都能遵守正确的技术并且遵循施工的规格来实施。
2.3 防止夹渣的措施
第一就是要特别重视焊条的选择，酸性和碱性不同的焊条的要求也是不一样的。第二就是要有合适的坡口角度以及能够控制不能太快的焊接速度[11]。
2.4 加强焊工的技能
焊接对焊工也是有一定的技术要求的，培训基本技能是很有必要的，培训的内容主要有如何选择所要使用的材料和具体的施工环境，而在焊接的过程当中应该保持怎样的姿势和控制也都是需要进一步学习的，使得焊接工作在没有任何外力的影响之下顺利进行，从而使得当中的弊端可以进一步减小。与此同时，对于焊工的自控能力也要进一步提升，要使得每一个焊工都能合格，对其素质和技能严加把守。
2.5 其他综合措施
除此之外，我们还要注意其他的综合措施，比如，对于施工的环境也要多加要求，如果当时的气温比较低，就要对所使用的材质进行一定的加热，在施工地区也要建立一定的清洁区域，但是要保证在工作期间通风，对于空气湿度尽量要低于百分之九十、并且保证氩气的浓度要大于百分之九十九等一系列措施。
3 结束语
经济在迅速发展之时，工业依然占据着自己坚不可摧的重要地位，这无疑也带来了金属的广泛使用，越来越对日常的生产生活有着重要的影响。金属的风靡也随之引发了焊接技术的日益加速发展，然而通过这篇文章我们可以清楚地认识到金属焊接时存在种种的弊端，它会直接对焊接结构不利，更有甚者严重伤害人们的人身安全。因此不论以何为其出发点，我们都要最大程度地克服种种不足，制定并实施各种措施，对焊接人员提出更高的要求，不断研发更好的焊接方法，使得焊接质量逐步攀升。
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关键词： 焊接材料； 异种钢焊接； 珠光体钢与奥氏体钢
中图分类号： TG147.44
0前言
珠光体钢和奥氏体钢异种钢焊接在电力、石油、化工等工业部门已经大量应用，它能降低材料成本，提高高温使用性能。然而，这类异种钢焊接中会出现大量复杂的冶金和工程问题。虽然说这类异种钢焊接的机理已被热烈探讨，现有的焊接材料及其匹配焊接工艺，基本能满足结构制造要求；但是，随着新型工业化的推进，在一些重大工程或特殊项目应用中，该钢焊接接头的使用性能方面仍然暴露出一些问题。这些问题依然涉及到焊接材料和配套工艺。有关珠光体钢和奥氏体钢异种钢焊接方面的研究文献不少，但深入探讨焊接材料应用的研究不多。为此，本文特意将这类钢焊接材料的选择与该类钢的焊接性、焊接材料种类及工艺方法相联系，综述焊接材料在不同工程中的应用。该项工作对推动这类钢焊接材料的创新开发，以及配套工艺的锐意改进，具有积极意义和参考价值。1异种钢焊接性分析
这类异种钢焊接时的难度较大、问题较多，从以下3种焊接裂纹倾向进行焊接性分析：
（1）焊缝中裂纹。由于珠光体钢和奥氏体钢2种母材成分差异太大，熔化焊形成的焊缝成分势必受到母材熔入的稀释影响，致使焊缝的成分既不同于珠光体母材，也不同于奥氏体母材，与填充金属也不同。母材对焊缝过度的稀释可能导致马氏体组织出现，在应力和氢的共同作用下，就有产生焊缝冷裂纹可能。焊缝所受稀释程度不同，产生马氏体组织和裂纹的倾向各异。
（2）熔合区裂纹。在熔化焊接过程中，熔池边缘的液态金属温度较低，流动性较差，液态停留时间较短，机械搅拌作用较弱，导致熔化的母材不能与填充金属充分混合，这部分焊缝中母材熔化金属所占比例较大，因此在毗邻珠光体钢一侧熔合线的焊缝金属中就会形成一层与内部焊缝金属成分不同的过渡层（图1）。在该过渡层分布着数量和宽度不均匀或不连续的马氏体组织[1-2]，通常不易看到这种马氏体组织，只有用特殊
在应力和氢的共同作用下，可能产生所谓熔合区裂纹。
（3）熔合区蠕变裂纹。珠光体钢和奥氏体钢焊接接头，在焊后热处理或高温下使用时，由于熔合线两侧含铬量不等，在高温条件下铬作为强碳化物形成元素，促使低铬钢中碳向高铬焊缝金属中扩散迁移，结果在熔合区低铬钢（珠光体钢）侧产生脱碳层，而在相邻的高铬钢（奥氏体钢）一侧产生增碳层。脱碳层由于组织变为铁素体而软化，增碳层由于碳的熔入和碳化物析出而硬化，致使接头高温下长期运行时，在残余应力及热应力（HAZ和熔敷金属间线胀系数不同引起的）共同作用下，极可能在脱碳层形成蠕变裂纹或蠕变破坏[2]。还必须强调这种接头的焊接残余应力较大，且难以消除，始终是影响接头使用性能的不利因素。
总体上看，奥氏体钢和珠光体钢异种钢焊接性的主要问题是，焊缝中马氏体组织和裂纹倾向，珠光体钢一侧焊缝熔合区裂纹倾向，以及在熔合区珠光体钢一侧脱碳层蠕变裂纹或蠕变破坏。
2焊接材料的选择原则
为了获得良好的焊接性和接头使用性能，尽量选用高合金成分，也就是尽量选用接近或高于奥氏体钢的高合金成分，而不是接近珠光体钢的成分。还必须考虑避免焊缝中马氏体组织形成。诚然，对于工作温度高于425 ℃的接头，应当选用镍基焊接材料[3]。为此，可以借助于Schaeffler状态图对焊缝的成分和组织作出粗略的估算或预测，当然须涉及到熔合比参数问题。所谓熔合比是指熔化焊接头中，被熔化的母材金属在焊缝金属中所占的比例。熔合比越小，母材成分的影响就越弱，填充焊材的主导作用就越强，就可有效防止焊接裂纹的产生，并获得满意的焊接性和使用性能。
表1是根据Schaeffler状态图推演的、预测或估计焊缝的组织及焊接裂纹倾向结果（在珠光体母材上堆焊奥氏体焊接材料）。可以看出，采用1号方案，焊缝的组织为A+M，容易产生焊缝裂纹，表明这3种焊接材料不适宜焊接珠光体钢。采用2号方案，可能是2种结果：当熔敷金属铁素体含量为5%时，焊缝的组织为单相奥氏体，容易产生热裂纹；当铁素体含量为10%时，焊缝组织为A+F，可以避免出现马氏体，焊接材料的抗裂性能良好。也就是说，采用A302、A307、A202这3种焊条焊接时，只要控制熔合比为20%～40%、铁素体含量为10%时，即可获得满意的异种钢焊接接头。采用3号方案，在熔合比范围很宽（20%～50%）、铁素体含量为0、焊缝组织为单相奥氏体情况下，不会产生热裂纹。这是一个焊接材料起主导作用的典型案例。A507是低氢型纯奥氏体Cr16Ni25Mo6不锈钢焊条，熔敷金属不仅具有很高的强度，而且具有很好的塑性和延伸率。尽管焊缝为纯奥氏体，仍然具有很好的抗热裂性能。
表1Schaeffler图应用实例[4]方案焊缝熔合比（%）电 焊 条 型 号熔敷金属中铁素体
含量（质量分数，%）焊缝微观组织焊接裂纹倾向120～40A107，A137，A2322.5～5A+M存在220～40A302，A307，A2025A热裂纹10A+F无320～50A5070A无
图2是珠光体钢20CrMnSi与奥氏体钢0Cr18Ni9焊接时Schaeffler状态图应用实例。图2中，铁素体形成元素当量[F]和奥氏体形成元素当量[A]的经验公式：
[F]=Cr%+1.5Si%+0.5Nb%+Mo%+V%+3.5Ti%，[A]=Ni%+30C%+0.5Mn%）[4]。
可以看出，对于板厚8 mm，对接焊，60°的V形坡口打底层，熔化的基体金属约占45%，其中低合金钢20CrMnSi约占40%，奥氏体钢0Cr18Ni9约占60%。如果选用A107焊条，打底层的铁素体和奥氏体形成元素当量[F]、[A]分别为16.60%和11.3%，在Schaeffler状态图上，[F]、[A]两值的交点1正处在马氏体+奥氏体区中，极易产生裂纹，因此A107焊条不适用于这两种钢的焊接。如果选用A307焊条，打底层的铁素体和奥氏体形成元素当量[F]、[A]分别为19.35%和13.15%时，在Schaeffler状态图上，该成分为所标2点，该点处于纯奥氏体组织区，不存在裂纹倾向。
对于第2、第3层焊缝，熔合比是逐渐减小的，当第3层熔合比为30%时，铁素体和奥氏体形成元素当量[F]、[A]分别为21.27%和14.13%时，在Schaeffler状态图上，该点成分为点3，是奥氏体和铁素体双相组织，铁素体含量约为3%。可见，A307焊条可以用来焊接这对异种钢。
3焊接材料的种类及工艺方法
从合金系统特点来分，可供选用的异种钢焊接材料种类较多，表2列出了9种电焊条的化学成分。
A146是在Cr20Ni10合金系基础上添加6%Mn，改善焊缝金属的抗裂性，使用效果比较好。A302或A307是Cr24Ni13合金系，只要控制熔合比在20%～40%范围内，熔敷金属铁素体含量10%时，可以获得A+F双相组织，防止焊接裂纹出现，常作为珠光体钢一侧堆焊层焊接材料。A312/A317是在Cr24Ni13合金系基础上添加2%Mo，以改善抗裂性和耐腐蚀性能。A402/A407是Cr25Ni20型合金系，熔敷金属是纯奥氏体组织，焊接异种钢时有热裂纹产生倾向。A412是对前者的改进，在Cr25Ni20型合金系基础上添加2%Mo，以改善抗裂性和耐腐蚀性能。A422/A427也可以是Cr25Ni20型的改进型，加了8%Mn，为的是提高焊缝的抗裂性能。
E31216是Cr29Ni9合金系双相不锈钢焊条，熔敷金属中含有40%以上的铁素体相，焊缝金属的抗裂性和耐腐蚀性能都很好。A502/A507是Cr16Ni25Mo6合金系，Ni含量高，Mo含量6%，以其高强度、高塑性而获得高抗裂性的纯奥氏体焊接材料。Ni357是Ni70Cr15合金系Ni基焊接材料，对抑制熔合区中碳迁移和改变接头应力分布十分有利。
由于加入了一定量的Mn、Mo和Nb，焊缝金属抗裂性得以改善。该焊条适用于工作温度大于500 ℃或工作温度波动频繁的焊接结构。
表2异种钢焊接材料（电焊条）熔敷金属的合金成分（质量分数，%）焊条型号合金系统CMnSiCrNiMoSPCuNb+TaA146Cr20Ni10Mn6≤0.124.0～7.019.0～22.08.0～
11.0≤0.035≤0.04A302/A307Cr24Ni13≤0.150.5～2.5≤0.9022.0～25.012.0～
14.0≤0.75≤0.03≤0.04≤0.75A312/A317Cr24Ni13Mo2≤0.120.5～2.5≤0.9022.0～25.012.0～
14.02.0～
3.0≤0.03≤0.04≤0.75A402/A407Cr25Ni200.08～
0.201.0～2.5≤0.7525.0～28.020.0～
22.5≤0.75≤0.03≤0.03≤0.75A412Cr25Ni20Mo2≤0.121.0～2.5≤0.7525.0～28.020.0～
22.02.0～
3.0≤0.03≤0.03≤0.75A422/A427Cr25Ni18Mn8≤0.205.0～10.0≤1.2023.0～27.016.0～
20.0—≤0.03≤0.03E31216Cr29Ni9≤0.150.5～2.5≤0.9028.0～32.08.0～
10.5≤0.75≤0.03≤0.04≤0.75A502/A507Cr16Ni25Mo6≤0.120.5～2.5≤0.9014.0～18.022.0～
27.05.0～
7.0≤0.03≤0.04N≥0.1Ni357Ni70Cr15≤0.101.0～3.5≤0.7513.0～17.0≥620.5～
2.5≤0.02≤0.03≤0.500.5～
3.0
焊接材料的种类取决于焊接方法。有多种焊接方法可以焊接这类异种钢，但最重要的是需要考虑熔合比对焊接性的影响。希望获得小的熔合比，以降低焊缝金属的稀释程度，避免焊接裂纹的产生。
宁夏石化分公司30万吨/年合成装置中的20号钢与1Cr18Ni9Ti异种钢管线接头（ 89 mm×6 mm），采用GTAW打底+SMAW填充工艺方法，合理选用焊接材料，按表4实例中①焊接工艺施工，强调控制焊接熔合比和热输入，并采用短弧、直焊道、不摆动等操作技术。
依据JB4708—2000标准进行焊接工艺评定，并经施工实施证实，异种钢接头焊接质量良好，保证了管道安全运行。
东风汽车厂与ALSTON公司合作生产的900 MW核电汽轮机组中的高压外缸，上半尺寸为4 800 mm×3 200 mm×1 700 mm，重42 t，下半为4 800 mm×3 200 mm×2 400 mm，重45 t。在缸体中分面的某些部位及各级隔板槽的位置，均需堆焊不锈钢耐冲蚀层。被堆焊的母材为PS30/514，相当于东风汽车厂牌号ZG15Cr2Mo1（该钢系贝氏体型热强钢，但在焊接材料选择以及堆焊工艺特点等方面与珠光体型热强钢非常接近，故选作应用案例）。采用FCAW堆焊工艺方法，执行表4实例中②焊接工艺施工（此前，单位特别选派专业人员去英国GEC公司学习有关操作技术，进行了工艺研究和试验，并制定了专门的工艺规程），强调堆焊时预热温度、层间温度的控制及焊后缓冷等技术要点。该厂采用英国METRODE公司生产的ER309LT04不锈钢药芯焊丝，成功地在900 MW核电高压外缸上堆焊了奥氏体不锈钢材料。新型、高效、自动化焊接材料及新技术的应用，为核电产品中的高压阀、低压阀、隔板套、高压汽封及低压汽封的奥氏体不锈钢堆焊积累了经验，并对这类核电产品的质量稳定性提供了必要的技术保证。
加氢裂化装置中的高压换热器材质为12Cr2Mo1R（贝氏体型热强钢）的接管需与材质为0Cr18Ni10Ti的外部管线完成异种钢的现场焊接。采用12Cr2Mo1R坡口SMAW堆焊+GTAW打底+SMAW填充工艺方法，按表4实例③中焊接工艺施工，强调12Cr2Mo1R坡口面堆焊时预热温度、层间温度及后热温度的控制，在填充焊缝严格执行工艺要求，并采用窄焊道、短弧焊等操作技术，依据JB4708—2000标准进行焊接工艺评定，接头的各项性能满意。该工艺已经应用于西北铅锌冶炼厂生产的多台装置上，现场安装和使用效果理想。
5结语
（1）奥氏体钢和珠光体钢异种钢焊接性的主要问题是：焊缝中马氏体组织和裂纹倾向，珠光体钢焊缝一侧焊缝熔合区裂纹倾向以及在熔合区珠光体钢一侧脱碳层蠕变裂纹或蠕变破坏。
（2）珠光体钢与奥氏体钢异种钢焊接材料的选择原则是：尽量选用接近或高于奥氏体钢的高合金成分，而不是接近珠光体钢的成分；尽量避免焊缝中马氏体组织形成，保证接头获得良好的使用性能和焊接性。
（3）可供选用的珠光体钢与奥氏体钢异种钢焊接材料种类较多，工艺方法各具特色，无论是焊接方法，还是规范参数，都必须以最小熔合比为目标。
（4）3个典型应用案例表明，这类异种钢焊接的冶金和工程问题的有效控制，取决于焊接材料的合理选用及正确的工艺方法。新型、高效、自动化焊接材料是颇具推广应用前景的焊接新材料。参考文献[1]孙咸.异种钢焊缝中的熔合区裂纹[J].焊接， 1989（9）： 11-15
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关键词：电阻点焊；工艺垫片法；铝合金/钢接头；应力分布；有限元法
Abstract: using the method of finite element method to analysis the process gasket for LY12 aluminum alloy / 08 a1 steel resistance spot welding joint the working stress distribution, and studies the process of the gasket retention and removal of LY12 aluminum alloy plate and the influence of the 08 a1 steel plate. Results show that the retention process gasket and remove washers in both cases, aluminum/steel spot-welded joint work stress distribution are similar, both in the parent metal and weld nuclear border areas appear obvious stress concentration phenomenon, welding nuclear area center stress is small. When the LY12 aluminum alloy / 08 a1 steel resistance spot weld removal process after the gasket, the peak stress increased by 17.4%, reduce the bearing capacity of joint.
Key words: the resistance spot welding; Process method of gasket; Aluminum alloy/steel joints; The stress distribution; The finite element method
中图分类号：TS912+.3文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
随着航空航天、能源、电力、汽车等工业的快速发展，越来越多的结构中使用了异质材料焊接成复合零部件，既可以满足性能要求，又能节约贵重材料[1-3]。特别是铝合金，由于其质量轻、比强度高等特点，越来越多的应用于结构的制造。因此，在结构的焊装中必然涉及到铝合金与钢之间的异质材料连接。但是，由于钢和铝合金的物理性能和热学性能存在差异，使焊接过程出现析热不平衡和熔核偏析的现象，严重影响铝合金/钢电阻点焊接头的性能。通常采用工艺垫片法[1, 3]和中间过渡层法[2, 4]等工艺来改善铝合金/钢接头的性能。Qiu等[1, 3]研究了采用工艺垫片法获得的铝合金/钢电阻点焊接头的强度和钢/铝界面组织。Tran[5]利用三维有限元法研究了焊缝形状和板材厚度对钢/铝点焊接头的影响。本文以LY12铝合金/08A1钢电阻点焊接头为对象，研究铝合金/钢点焊接头的工作应力分布及工艺垫片对其的影响。
一、有限元模型的建立
试件模型如图1所示，铝合金/钢电阻点焊接头中被焊材料分别为LY12铝合金和08A1钢，单片试件长度L为100mm，宽度为40mm，厚度为1mm，搭接区长度V为40mm，夹持区长度U为27mm。为改善铝合金/钢电阻点焊过程的析热不均匀，获得上下对称的熔核，工艺垫片选择与被焊钢件相同的材料08A1钢，厚度为1mm，长度、宽度尺寸和接头搭接区相同。分析中假设结构连接完好，结合表面无缺陷，不考虑电极压痕等因素的影响。根据电阻点焊常见的熔核形状，通常有扁圆柱形熔核模型、椭球形熔核模型和球台形熔核模型三种，其中球台形熔核的应力分布形态较好[6]，在本文的分析和计算中假定熔核为球台形熔核，如图2所示，熔核位于搭接区中心，取直径d为5mm，高度H为2mm。铝合金/钢电阻点焊熔核中钢侧和铝合金侧的材料有差异，且铝合金/钢界面向铝合金侧弓出[1]，分析中假定弓出距离e为0.15mm。焊后去除工艺垫片的计算模型，即沿着工艺垫片下表面，将工艺垫片部分去除，其余保持不变。
图1工艺垫片法电阻点焊试件示意图
图2球台形熔核示意图
有限元分析中采用二维八节点单元，其中熔核采用三角形网格，单元尺寸为0.08mm，铝合金板、钢板、工艺垫片的网格划分为5层，均采用四边形网格，其中靠近熔核区域网格进一步细化，熔核与熔核附近的网格如图3所示。分析中的LY12铝合金、08A1钢、LY12铝合金侧熔核和08A1钢侧熔核的材料性能参数参照文献[7,8]选取。
（a）保留工艺垫片（b）去除工艺垫片
图3熔核与熔核附近网格
二、有限元分析结果与讨论
利用上述建立的有限元模型进行数值分析，所加载荷为均布载荷F=1.6kN，分别研究铝合金/钢电阻点焊接头在保留工艺垫片和去除工艺垫片情况下的应力分布。
图4所示为铝合金/钢点焊接头的von Mises等效应力分布。由图4（a）可以看出，在母材与熔核交界的区域应力较大，其最大值达271.349MPa，且出现明显的应力集中现象。这是因为铝合金/钢点焊接头的几何不连续性，导致接头受载时出现奇异应力变化，使熔核边缘出现严重的应力集中。同时点焊加热过程的影响，致使焊核边缘热影响区的组织粗大，力学性能严重下降，使该部位成为结构的薄弱环节，当在外载荷作用下，容易在该位置产生裂纹，从而导致结构断裂[9]。图4（b）所示为去除工艺垫片后的应力分布，可以看出，应力分布情况和保留工艺垫片时的应力分布相似，也在母材与熔核交界的区域出现明显的应力集中现象，最大应力值达318.468MPa，相对于保留工艺垫片时的最大应力值增加了17.4%。
（a）保留工艺垫片（b）去除工艺垫片
图4铝合金/钢点焊接头应力分布等值线图
（a）x向正应力（b）y向正应力（c）剪切应力（d）von Mises等效应力
图5工艺垫片对铝合金/钢电阻点焊接头钢板侧应力分布的影响
（a）x向正应力（b）y向正应力（c）剪切应力 （d）von Mises等效应力
图6 工艺垫片对铝合金/钢电阻点焊接头铝合金板侧应力分布的影响
为仔细分析，特分别抽取保留工艺垫片和去除工艺垫片情形下的LY12/08A1接头贴合面上的应力分布情况，即y=-0.52mm（08A1钢板侧）和y=-0.48mm（LY12铝合金板侧），如图5和图6所示，图中“■”表示为保留工艺垫片时的应力分布，“”表示为去除工艺垫片后的应力分布。由图5可知，08A1钢侧贴合面上的应力峰值出现在x=-2.6mm和x=2.4mm处，此位置为熔核和08A1钢母材连接的区域，保留工艺垫片的应力峰值较去除工艺垫片后的应力峰值小，而熔核区中心部位的应力变化不大，其中该区域的 略有下降。由剪切应力 的分布可以看出，去除工艺垫片后增加了应力峰值，而降低了熔核内的剪切应力，使08A1钢板受剪切应力更加不均匀，这对接头是很有害的。由图6可以看出，LY12铝合金侧贴合面上的应力峰值出现在x=-2.4mm和x=2.6mm处，此位置为熔核和LY12铝合金母材连接的区域，同样在保留工艺垫片时的应力峰值较去除工艺垫片后的应力峰值小，而熔核区中心部位的应力变化不大。从 的分布可以看出，保留工艺垫片时的应力峰值（139.64MPa）相对于去除工艺垫片后的应力峰值（83.30MPa）降低了40.3%。可以看出，保留工艺垫片明显改善接头中LY12铝合金板的受力状况。
三、结论
（1）保留工艺垫片和去除工艺垫片两种情形下，铝合金/钢点焊接头的应力分布情况相似，都在母材与熔核交界的区域出现明显的应力集中现象，熔核区中心应力较小。
（2）点焊接头去除工艺垫片后的等效应力峰值比保留工艺垫片时的等效应力峰值提高了17.4%，使接头受力恶化。
（3）相对于去除工艺垫片，保留工艺垫片明显改善铝合金/钢点焊接头中的LY12铝合金板和08A1钢板受力状况，可以提高接头的承载能力。
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关键词：焊接技术；发展现状；展望
焊接技术是以物理、化学方法通过加热、加压使金属或其他塑性材料相结合的加工工艺和联接方式。焊接技术的应用非常广泛，从基本的机械制造到航空航天，从建筑工程到微电子技术都离不开焊接技术的支撑。焊接技术的发展是人类科学文明进步和改造自然能力提高的体现，焊接技术贯穿了整个工业制造领域，对国民经济的发展意义非凡。焊接技术虽然起步时间较晚，但它的发展速度却很快，近些年，随着科技的进步和新材料的不断涌现，焊接技术更是取得了突飞猛进的发展[1-2]。下面我们就简单介绍一下焊接技术的发展情况。
1 中国焊接技术发展现状
1.1 焊接技术自动化水平较低
我国的大多数焊接仍然是采用手工焊接来完成的，长期以来焊材生产一直以手工焊的焊条为主，与国外80%的自动化焊接水平相比，我国的30%自动化水平显得如此相形见绌，这也无可厚非的拉开了我国与国外焊接技术上的距离。随着焊件复杂化得发展趋势，手工焊接必将严重影响生产发展，要想取得制造业的迅猛发展，必须发展自动化焊接，使我国成为焊接强国[3-4]。
1.2 焊接人员专业技术水平不足
人是高新技术的载体，是企业的核心力量，企业的任何发展都是以人为本的。我国的焊接技术人员对业务水平了解的太少，与行业需求存在非常大的距离，使焊接产品的质量很难得到大的提升。我国焊接技术人员具有高职称的人员太少，大多企业缺少高学历的工程师和有经验的焊接结构设计师，这已是一个不容忽视的严峻问题[5-6]。
2 中国焊接技术的发展展望
2.1 焊接材料发展趋势
焊接材料在焊接工艺中有着非常重要的作用，我国目前焊接材料产量居世界首位，但焊接材料产品结构和工业发达国家相比差距明显。焊接技术发展到一定水平后，开发新材料也逐渐进入了焊接领域工作者的视线，当下焊接材料正在从黑色金属转向有色金属，由金属材料转化为非金属材料，由结构材料转化为功能材料，由多维材料转化为低位材料，由单一材料转化为复合材料。为了解决材料高性能和可焊接性之间的矛盾，需将新型材料纳入到焊接材料中去，以提高焊接产品质量和焊接效率，进而提高焊接领域整体发展水平[7-10]。
2.2 提高焊接产品质量
焊接质量决定了焊接产品的质量，我国虽然焊接材料产量居世界首位，但焊接产品质量却相对落后。我国目前对焊接材料预处理缺少专业的体系及技术，无铅连接材料以及技术应用落后，我国应注意高端焊接产品以及特种助焊剂等方而的应用，研究更好的焊接工艺，进一步提高焊接质量，进而提高焊接产品质量[11]。
2.3 发展绿色节能焊接技术
随着科学技术的发展，经济的进步，人们越来越重视节能减排，绿色环保，焊接技术的发展也必将绿色节能放在首位，清洁生产是对焊接生产的必然要求。高效节能的焊接工艺是高焊接效率的保证。不同的焊接工艺都会对环境释放有害气体，烟尘，弧光辐射，噪声等，目前，国内外已经在研究用更为清洁且高效的焊接技术替代传统的焊接技术，使具有巨大经济效益和社会效益的绿色焊接技术真正广泛应用于不同领域，让焊接技术向简单智能的方向发展[12]。
3 结束语
焊接技术在制造业中发挥了举足轻重的作用，焊接技术的发展将不断促进制造业的发展。随着科技的进步，为了提高焊接技术水平，促进制造业发展，需要结合我国制造业实际情况，深入研究，了解焊接技术特征，制定科学有效的焊接技术发展对策，不断提高焊接技术水平，带动制造业的发展。
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