【正文】 ：計算機、微電子、數(shù)字控制、信息處理、工業(yè)機器人、激光技術(shù)等，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于焊接領(lǐng)域，這使得焊接的技術(shù)含量得到了空前的提高，并在制造過程中創(chuàng)造了極高的附加值。 焊接已成為關(guān)鍵的制造技術(shù)焊接作為組裝工藝之一，通常被安排在制造流程的后期或最終階段，因而對產(chǎn)品質(zhì)量具有決定性作用。正因為如此，在許多行業(yè)中，焊接被視為一種關(guān)鍵的制造技術(shù)。 異種材料焊接的發(fā)展近年來，環(huán)保問題越來越受到世界各國的重視，汽車工業(yè)為了節(jié)約燃料保護環(huán)境，不斷努力減輕汽車重量，因此對汽車用材料提出了更高的要求。增加鋁材的使用量是其中的重要措施之一，所以在汽車工業(yè)生產(chǎn)中，采用“鋼+鋁”雙金屬焊接結(jié)構(gòu)成為汽車輕量化的首選方案，這必然涉及到鋁和鋼兩種材料之間的連接。從21世紀初開始，國內(nèi)外許多研究機構(gòu)和汽車生產(chǎn)廠家便一直在尋找一種有效的焊接方法來減輕汽車的重量。美國成立了“新一代汽車合作計劃”，即PNGV。1994年以來，美國政府已為此投入了15億美元的研究開發(fā)資金，減輕整車重量是其中的一個核心目的。布什新政府在 2002年則推出了一個自由車項目，該項目的長期目標是高教，價廉，無污染，汽車輕量化也是重要研究內(nèi)容之一。汽車輕量化的要求必然涉及到鋁鋼之間的焊接。而鋁鋼之間的焊接一直是焊接領(lǐng)域的熱點問題和難點問題，鋁鋼焊接的主要問題是兩者之間的的固溶度較低、熱物理性能差異較大，并且兩者極易反應(yīng)生成脆性的金屬問化合物，這種脆性的金屬間化合物極大地降低了焊接接頭的力學性能。從20世紀60年代開始，許多學者便對鋁鋼之間的連接進行了詳細的研究。鋁鋼之間的焊接幾乎涉及到焊接領(lǐng)域的各種方法，大體上可將其分為壓焊，釬焊和熔焊。文中分別闡述了以上三種方法的研究現(xiàn)狀與進展，并且論述了不同方法的優(yōu)勢與劣勢，對今后鋁鋼焊接研究進行了展望。 異種材料焊接的方法異種材料焊接常用的方法分為壓焊，釬焊和熔焊三大類 壓焊壓焊時基體金屬通常并不熔化，焊接溫度低于金屬的熔點。有的也加熱至熔化狀態(tài)，然后加壓將液態(tài)金屬擠出，但仍以固相結(jié)合而形成接頭。異種材料焊接常采用的壓焊方法有電阻焊、冷壓焊、擴散焊、摩擦焊等。 釬焊釬焊是采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點，低于母材熔化的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散，實現(xiàn)連接焊件的一種焊接方法。釬焊的關(guān)鍵是如何獲得一個優(yōu)質(zhì)接頭。顯然，這樣的接頭首先要保證熔化的釬料能很好地流入并填滿接頭的間隙，其次是釬料與母材相互擴散而形成金屬結(jié)合。隨著釬焊技術(shù)的發(fā)展，釬焊的種類越來越多。按釬焊溫度的高低，釬焊通常分為低溫釬焊，中溫釬焊及高溫釬焊。按釬焊的反應(yīng)特點釬焊又分為毛細釬焊，大間隙釬焊以及反應(yīng)釬焊。按加熱方法不同還可以分為烙鐵釬焊，火焰釬焊，爐中釬焊，電阻釬焊，感應(yīng)釬焊等。 熔焊熔焊在異種材料焊接中應(yīng)用很廣，主要的熔焊方法有焊條電弧焊、氣體保護焊、電子束焊、激光焊等。對于相互溶解度有限、物理化學性能差別很大的異種材料，由于熔焊時的互相擴散作用會導致接頭部位的化學成分和金相組織不均勻或生成脆性化合物，所以異種材料熔焊時應(yīng)降低稀釋率，盡量用小電流、高焊速，或是在坡口一側(cè)或兩側(cè)堆焊中間合金過渡層。 異種材料焊接的工藝特點異種材料的焊接是指將不同化學成分，不同組織性能的倆種或倆種以上金屬，在一定的工藝條件下焊接成規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，并使形成的街頭滿足預(yù)定的服役要求。 異種材料焊接的困難異種材料的焊接與同種材料焊接相比，有很大的不同。異種材料焊接時存在的主要困難如下：1）異種采蓮的線膨脹系數(shù)不同，容易引起熱應(yīng)力，而且這種熱應(yīng)力不易消除，結(jié)果會使接頭處產(chǎn)生裂紋或較大的焊接變形。2）異種材料焊接過程中，由于金相組織的變化以及新生成的物相結(jié)合或化合物，可使焊接接頭的性能惡化，給焊接帶來很大的困難。3）異種材料焊接熔合區(qū)和熱影響區(qū)的力學性能較差，特點是塑性和韌性明顯下降。4）由于接頭塑性韌性的下降以及焊接應(yīng)力的存在，異種材料焊接接頭容易產(chǎn)生裂紋，尤其是焊接熔合區(qū)和熱影響區(qū)更容易長生裂紋，甚至發(fā)生斷裂。 影響異種材料焊接性的因素1）熱物理性能的差異兩種材料熱物理性能的差異主要是指熔化溫度，線膨脹系數(shù)，熱導率等的差異，它們將影響焊接熱循環(huán)過程，結(jié)晶條件，降低焊接接頭的質(zhì)量。當異種材料熱物理性能的較大差異使熔化和結(jié)晶狀態(tài)不一致時，就會給焊接造成一定的困難；倆種材料的線膨脹系數(shù)相差較大時，會使異種材料接頭區(qū)產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力和變形，易使焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋；異種材料電磁性相差較大時，焊接電弧不穩(wěn)定，焊縫成形不好甚至形成不了焊縫。2）結(jié)晶化學性能的差異結(jié)晶化學性能的差異主要是指晶格的類型，晶格參數(shù)，原子半徑，原子的外層電子結(jié)構(gòu)等的差異，也就是通常所說的“冶金學上的不相容性”。倆種被焊接材料在冶金學上是否相等，取決于它們在液態(tài)和固態(tài)時的互溶性以及做好倆種材料在焊接過程中是否產(chǎn)生新相結(jié)構(gòu)或金屬間化合物。材料的熔化溫度，線膨脹系數(shù)，熱導率和電阻率等物理性能直接影像館焊接結(jié)晶條件和接頭質(zhì)量。為了改善異種材料的焊接性，防止在異種材料接頭冷卻過程產(chǎn)生的相變組織轉(zhuǎn)變造成接頭冷裂紋，對不能形成無限固溶體的異種材料和合金，可在倆種被焊材料之間加入過度層合金應(yīng)該滿足與倆種被焊金屬均能形成固溶體的要求。3）材料的表面狀態(tài)材料的表面狀態(tài)，如表面氧化層，結(jié)晶表面層，吸附的氧離子和水分，油污，雜質(zhì)等，直接影響異種材料的焊接性，必須給予充分重視。生產(chǎn)中往往由于表面氧化膜和其他吸附物的存在給焊接帶來極大地困難。此外，焊接異種材料時，必定會產(chǎn)生一層成分組織及性能與母材不同的過渡層，過渡層的性能對焊接接頭的整體性能有很大的影響。過大的融合比，會增加母材對焊縫金屬的稀釋度，使過渡層更為明顯；焊縫金屬與母材的化學成分相差越大。熔池金屬越不容易充分混合，過渡層越明顯。所以，焊接異種材料時需要采取相應(yīng)的工藝措施來控制過渡層以保證接頭的性能。2 16MnR與20MnMoNb鋼的焊接性 16MnR的化學成分及力學性能介紹在板材里，屬低合金系列。在低合金的材質(zhì)里，此種材質(zhì)為最普通的。Q345過去的一種叫法為：16MnR。合金鋼（C%)，廣泛應(yīng)用于橋梁、車輛、船舶、建筑、壓力容器等。Q代表的是這種材質(zhì)的屈服，后面的345，就是指這種材質(zhì)的屈服值，在345左右。并會隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值減小16MnR是在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入一定的合金元素所構(gòu)成,低合金鋼中的合金元素一般不超過5%，以提高鋼的強度并保證其具有一定的塑性和韌性。主要用于制造各類中低壓壓力容器，其使用條件復(fù)雜，有的盛裝易燃易爆物品，有的盛裝有毒物品，這些易燃、易爆、有毒物品一旦泄漏，將會造成嚴重的環(huán)境污染并且危害人身安全，因此容器的質(zhì)量好壞是保證人身安全、防止環(huán)境污染的關(guān)鍵所在。16MnR作為壓力容器用鋼，應(yīng)具備以下要求:首先要具有足夠的強度。按現(xiàn)行壓力容器設(shè)計標準，受壓部件的強度計算是以彈性失效為設(shè)計準則，以理想化的薄殼理論為依據(jù)，雖然已經(jīng)考慮了安全系數(shù)，但在開孔和幾何形狀不連續(xù)處的局部應(yīng)力已接近或達到材料的屈服強度，因此16MnR鋼必須具有足夠的強度，特別是在經(jīng)過熱加工和多次熱處理后要求鋼材仍應(yīng)保證強度性能不低于標準規(guī)定的下限值。其次要具有優(yōu)良的焊接性。壓力容器用鋼具有優(yōu)良的焊接性能是保證產(chǎn)品焊接質(zhì)量的首要條件。第三要具有高的耐蝕性。壓力容器用鋼應(yīng)具有足夠的耐蝕性以確保壓力容器的長期安全運行。與16Mn低合金鋼相比16MnR降低了S、P含量，對含碳量下限不作具體規(guī)定。對鋼板的表面、內(nèi)部質(zhì)量提出更高要求，規(guī)定不得有裂紋、結(jié)疤、折疊、氣泡、夾雜、分層和白點，并經(jīng)需方要求，應(yīng)保證超聲波探傷質(zhì)量；同時規(guī)定了沖擊韌性指標。因此具有更好的塑性、韌性和焊接性能，更好的抗冷脆性能和較小的時效傾向，以保證壓力容器的安全性和可靠性，以及低溫韌性要求。為了適應(yīng)較惡劣的操作條件，進一步提高鋼的強度和韌性可加入少量的釩、鈮、鎳等，它們都易于形成強碳化物，同時又細化晶粒，鎳是提高鋼的韌性，降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度的最有效的元素。它是使基體本身在低溫不易于交叉滑移。從以上的闡述可以看出，16MnR是一種機械性能和焊接加工性能高于碳鋼的低合金鋼，但也要注意它的使用范圍和供貨的要求，才能更好地保證壓力容器選材的有效性、安全性和低成本性。第四要具有良好的塑性和韌性。壓力容器用鋼具有足夠的塑性和韌性儲備是壓力容器抗脆斷的必要條件之一，也是壓力容器各種部件、封頭、筒體、卷制、熱壓成形等制造工藝的需要。 16MnR的化學成分 （質(zhì)量分數(shù)%）CMnSiSP≤～～≤≤屈服強度≥305（MPa）抗拉強度470～500（MPa）延伸率≥20（%）0186。CV型橫向沖擊功/J ≥315490~610≥21211 16MnR的力學性能 合金元素在16MnR的作用16MnR化學成分為:C %～%,Si≤%,Mn %～%.碳是最能提高鋼材強度的元素,但也易于引起焊接淬硬及焊接裂紋,所以在保證強度的條件下,、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、V、Nb、B等,雜質(zhì)元素P、,全面了解其中的規(guī)律性是研究、分析和預(yù)測各種低合金鋼及其焊接接頭性能的依據(jù)。各種合金元素在不同程度上改變了鋼的奧氏體轉(zhuǎn)變動力學,、Mn、Cr、Mo、V、W、Ni和Si等元素都能提高鋼的淬硬傾向,而Ti、Nb、Ta等碳化物形成元素則降低鋼的淬硬傾向。16MnR中，氮作為一種合金元素被廣泛應(yīng)用。按照氮在元素周期表中的位置和其原子半徑判斷，氮在鋼中的作用與碳相似。氮能與鋼中的其他合金元素形成穩(wěn)定的氮化物，這些氮化物往往以彌散的微粒分布，從而細化晶粒，提高鋼的屈服點和抗脆能力。Cr、Al、Ti、和V合金元素對氮具有較高的親和力，并能形成穩(wěn)定的氮化物。因此，為了充分發(fā)揮氮作為合金元素的作用，鋼中必須同時加入Al、V和Ti等氮化物形成元素。所有這些合金元素或者與Fe形成固溶體，或者形成碳化物（除了Ti、Nb和Ta），都產(chǎn)生了延遲奧氏體分解的作用，并由此提高了鋼的淬硬傾向。各種元素對16MnR的力學性能和工藝性能的影響，取決于它的含量和同時存在的其它合金元素。熱軋及正火條件下，合金元素對塑性和韌性的影響與其強化作用相反，即強化效果越大，塑性和韌性降低越多，當鋼中的合金元素的含量超出一定范圍后會出現(xiàn)韌性大幅度下降。因此，為了保證良好的力學性能和焊接性，％。此外，添加一些合金元素，如Mn、Cr、Mo、V、W、Ni、Si、B和Cu等。添加這些合金元素主要是為了提高鋼的淬透性和馬氏體的回火穩(wěn)定性。這些元素可以推遲珠光體和貝氏體的轉(zhuǎn)變，使產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度降低。16MnR具有較高的強度和良好的塑性、韌性和耐磨性，采用不同的合金成分和熱處理工藝，可以獲得不同性能的鋼。鋼的強度級別不同，加入的合金元素及其含量也不同，成分設(shè)計既要能滿足性能要求，又要能滿足其經(jīng)濟性。低合金鋼的強度越高，屈服強度與抗拉強度比值就越小?？估瓘姸扰c屈服強度之比成為屈強比。強度越高，屈強比越大。低合金高強度鋼的發(fā)展和在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用日益廣泛促進了世界各國對其的開發(fā)研究工作的不斷深入。同時，冶金技術(shù)的進步，尤其是計算機自動控制在冶煉、控溫、軋制和熱處理等方面的應(yīng)用，為焊接結(jié)構(gòu)用合金鋼的發(fā)展提供了重要的技術(shù)保證。16MnR為了獲得滿意的強度和韌性的組合，晶粒尺寸必須細小、均勻，而且應(yīng)是等軸晶。普通低合金CMn鋼的鐵素體晶粒尺寸1520微米，CMnAl鋼的正火約為10微米左右，CMnNbAl正火鋼約為5微米左右。目前，美、日、德等國家在設(shè)計上已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的合金化概念，不再是單純的依靠增加和調(diào)整鋼中的合金元素來增加鋼的性能。在焊接熱循環(huán)的作用下，焊縫周圍處于固態(tài)的母材發(fā)生明顯的組織變化性能的區(qū)域稱為熱影響區(qū)（HAZ），熱影響區(qū)中的不同部位經(jīng)歷了不同的熱循環(huán)，據(jù)熔合區(qū)越近，加熱的峰值溫度越高，加熱速度和冷卻速度越快，焊后的組織性能變化越大。低合金鋼焊接熱影響區(qū)的組織分布與母材的熱處理狀態(tài)有關(guān)。根據(jù)熱影響區(qū)的組織狀態(tài)不同，其組織可以分為粗晶區(qū)、細晶區(qū)、不完全重結(jié)晶區(qū)和結(jié)晶區(qū)。%，為了提高淬透性，適量加入C、Mn、Cr、Mo、V、W、Ni和Si等合金元素，具有較高的淬硬性。熱影響區(qū)的顯微組織主要是低碳馬氏體，貝氏體，MA組織和珠光體組織。 16MnR焊接性分析 16MnR的焊接鋼的焊接性主要取決于化學成分，鋼種元素對焊接性影響最大的是C，16MnR屬于非熱處理強化鋼，C及合金元素的含量都比較低，總體看來焊接性良好。焊接的問題主要來自兩個方面：焊接裂紋和熱影響區(qū)母材性能的下降。16MnR的焊接性能，主要取決于它的淬透性、回火性和碳的質(zhì)量分數(shù)。在焊接過程中，部分熱影響區(qū)被加熱到近于鋼的熔點，其它部分也分別被加熱到Ac3以上或Ac1～Ac3溫度之間。又因為鋼本身導熱快，迅速的冷卻下來，這樣，熱影響區(qū)的熱循環(huán)分別與淬火，正火或回火的熱循環(huán)相似。若鋼的淬透性過高，在熱影響區(qū)內(nèi)必然有馬氏體形成，而且近熔合線處的晶粒也將非常粗大，鋼的熱影響區(qū)就有發(fā)生脆裂的危險；若碳的質(zhì)量分數(shù)高時，它一方面使鋼的淬透性提高，另一方面使形成的馬氏體更脆，更硬，在熱影響區(qū)中遠離熔合線的部分，其綜合機械性能也會大大降低。因此，希望鋼中能含有某些抗回火軟化和抗回火脆化的合金元素，為了避免接近熔合線部分的晶粒因受高溫而過于粗化，也希望鋼中含有一些細化晶粒的合金元素。合金元素對鋼材焊接性能的影響，可用焊接碳當量來估算。我國目前所廣泛應(yīng)用的普通低合金鋼，其焊接碳當量可按下述經(jīng)驗公式計算；Cd=C+Mn/6+Cr/5+Ni/15+Mo/4+V/5+Si/24+P/2+Cu/13焊接碳當量（Cd）與材料焊接熱影響區(qū)的最高硬度之間，存在著一定的關(guān)系。一般情況下，材料的硬度越高，則焊接熱影響區(qū)的硬度也越高，特別是對于那些加入各種合金元素提高材料強度的非調(diào)質(zhì)鋼，表現(xiàn)更為明顯。在這些非調(diào)質(zhì)鋼中，由于