【正文】 1 緒論在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)今時(shí)代，焊接已經(jīng)成功地完成了自身的蛻變。很少有人注意到這個(gè)過程何時(shí)開始，何時(shí)結(jié)束。但它確確實(shí)實(shí)地發(fā)生在過去的某個(gè)時(shí)段。我們今天面對著這樣一個(gè)事實(shí)：焊接已經(jīng)從一種傳統(tǒng)的熱加工技藝發(fā)展到了集材料、冶金、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、電子等多門類科學(xué)為一體的工程工藝學(xué)科。而且，隨著相關(guān)學(xué)科技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，不斷有新的知識(shí)融合在焊接之中。 焊接技術(shù)概述焊接是一種將材料永久性的連接，并成為具有給定功能結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)。幾乎所有的產(chǎn)品，從幾十萬噸巨輪到不足１克的微電子元件，在生產(chǎn)制造中都不同程度地應(yīng)用到焊接技術(shù)。焊接已經(jīng)滲透到制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性和壽命以及生產(chǎn)的成本、效率和市場反應(yīng)速度。近年來，焊接已由一個(gè)單一的加工工藝發(fā)展成為有科學(xué)基礎(chǔ)有廣泛應(yīng)用范圍和前景的焊接工程和焊接產(chǎn)業(yè)，在這些產(chǎn)業(yè)中，焊接在其中占有重要地位，是決定其產(chǎn)品使用安全的關(guān)鍵。有些直接出焊接產(chǎn)品或在現(xiàn)場裝焊接后投入使用，有些是作成主體結(jié)構(gòu)然后在其上安裝動(dòng)力和機(jī)電設(shè)備后應(yīng)用，有焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全保證在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的情況下，主要決定與焊接聯(lián)結(jié)部位的結(jié)構(gòu)、材料匹配、工藝設(shè)計(jì)、先進(jìn)的焊接制造工藝及設(shè)備和準(zhǔn)確的無損檢測技術(shù)，這些都決定了焊接聯(lián)結(jié)部位的的內(nèi)在和外觀質(zhì)量，形成了分布在各工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)部門各具特色的焊接結(jié)構(gòu)行業(yè)，同時(shí)也形成了結(jié)構(gòu)焊接需要的焊接設(shè)備行業(yè)和焊接材料行業(yè)。這些行業(yè)是互相關(guān)聯(lián)促進(jìn)的行業(yè)。焊接結(jié)構(gòu)已有日新月異的發(fā)展:在裝備制造業(yè)結(jié)構(gòu)中用焊接結(jié)構(gòu)局部或全部代替鑄件或鍛件結(jié)構(gòu)和由局部鑄件或鍛件焊接成組合結(jié)構(gòu)是大重型結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向，可大大節(jié)約大型鑄鍛車間及其設(shè)備的基本建設(shè)投資和生產(chǎn)過程的能源消費(fèi)，同時(shí)還可縮短生產(chǎn)周期。在各種建筑行業(yè)廣泛采用鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)代替鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可達(dá)到大跨度、輕自重、工廠造、設(shè)計(jì)優(yōu)、工程在建周期短、環(huán)境污染少， 基礎(chǔ)費(fèi)用省，折除后材料可循環(huán)使用，因而符合目前綠色制造和資源循環(huán)利用建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的大潮流。目前我國微電子及IT行業(yè)中的發(fā)展，高強(qiáng)有色金屬、光釬、超導(dǎo)和復(fù)合材料及高分子材料的應(yīng)用，都對焊接工藝、設(shè)備和材料提出了很多新的要求，因而得到了相應(yīng)發(fā)展。 現(xiàn)代焊接的特征 焊接已成為最流行的連接技術(shù)在當(dāng)今工業(yè)社會(huì)，沒有哪一種連接技術(shù)象焊接那樣被如此廣泛、如此普遍地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。而其中最主要的原因就是其極具競爭力的性價(jià)比。 焊接顯現(xiàn)了極高的技術(shù)含量和附加值在人類社會(huì)步入二十一世紀(jì)的今天，焊接已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段。當(dāng)今世界的許多最新科研成果、前沿技術(shù)和高新技術(shù)，諸如：計(jì)算機(jī)、微電子、數(shù)字控制、信息處理、工業(yè)機(jī)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?yàn)槿绱?，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(hù)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(jì)初開始，國內(nèi)外許多研究機(jī)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(jì)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(gè)核心目的。布什新政府在 2002年則推出了一個(gè)自由車項(xiàng)目，該項(xiàng)目的長期目標(biāo)是高教，價(jià)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(diǎn)問題和難點(diǎn)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(xué)性能。從20世紀(jì)60年代開始，許多學(xué)者便對鋁鋼之間的連接進(jìn)行了詳細(xì)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(jìn)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(jìn)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(shí)基體金屬通常并不熔化，焊接溫度低于金屬的熔點(diǎn)。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(kuò)散焊、摩擦焊等。 釬焊釬焊是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，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(kuò)散，實(shí)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(gè)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(kuò)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(diǎn)釬焊又分為毛細(xì)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(hù)焊、電子束焊、激光焊等。對于相互溶解度有限、物理化學(xué)性能差別很大的異種材料，由于熔焊時(shí)的互相擴(kuò)散作用會(huì)導(dǎo)致接頭部位的化學(xué)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(shí)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(diǎn)異種材料的焊接是指將不同化學(xué)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(jì)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(shí)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(huì)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(xué)性能較差，特點(diǎn)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(dǎo)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(dāng)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(shí)，就會(huì)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(shí)，會(huì)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(shí)，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(xué)性能的差異結(jié)晶化學(xué)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(xué)上的不相容性”。倆種被焊接材料在冶金學(xué)上是否相等，取決于它們在液態(tài)和固態(tài)時(shí)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(dǎo)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(shí)，必定會(huì)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(huì)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(xué)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(shí)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(xué)成分及力學(xué)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(huì)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(qiáng)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(huì)造成嚴(yán)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(qiáng)度。按現(xiàn)行壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，受壓部件的強(qiáng)度計(jì)算是以彈性失效為設(shè)計(jì)準(zhǔn)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(dá)到材料的屈服強(qiáng)度，因此16MnR鋼必須具有足夠的強(qiáng)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(qiáng)度性能不低于標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)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(diǎn)，并經(jīng)需方要求，應(yīng)保證超聲波探傷質(zhì)量；同時(shí)規(guī)定了沖擊韌性指標(biāo)。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(shí)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(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)度和韌性可加入少量的釩、鈮、鎳等，它們都易于形成強(qiáng)碳化物，同時(shí)又細(xì)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(jī)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(chǔ)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(xué)成分 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）CMnSiSP≤～～≤≤屈服強(qiáng)度≥305（MPa）抗拉強(qiáng)度470～500（MPa）延伸率≥20（%）0186。CV型橫向沖擊功/J ≥315490~610≥21211 16MnR的力學(xué)性能 合金元素在16MnR的作用16MnR化學(xué)成分為:C %～%,Si≤%,Mn %～%.碳是最能提高鋼材強(qiáng)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(qiáng)