【正文】 Al、V和Ti等氮化物形成元素。16MnR中，氮作為一種合金元素被廣泛應(yīng)用。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。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。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(zhǎng)期安全運(yùn)行。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。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。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。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(duì)焊接接頭的整體性能有很大的影響。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。 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。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。 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。隨著釬焊技術(shù)的發(fā)展，釬焊的種類越來越多。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。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。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(zhǎng)期目標(biāo)是高教，價(jià)廉，無污染，汽車輕量化也是重要研究?jī)?nèi)容之一。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。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。目前我國(guó)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(duì)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。有些直接出焊接產(chǎn)品或在現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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)。 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)。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。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)。這些行業(yè)是互相關(guān)聯(lián)促進(jìn)的行業(yè)。 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。 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(duì)產(chǎn)品質(zhì)量具有決定性作用。從21世紀(jì)初開始，國(guó)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。汽車輕量化的要求必然涉及到鋁鋼之間的焊接。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(shì)與劣勢(shì)，對(duì)今后鋁鋼焊接研究進(jìn)行了展望。 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(rùn)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。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。對(duì)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。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。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。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?cè)斐山宇^冷裂紋，對(duì)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。過大的融合比，會(huì)增加母材對(duì)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。在低合金的材質(zhì)里，此種材質(zhì)為最普通的。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。其次要具有優(yōu)良的焊接性。與16Mn低合金鋼相比16MnR降低了S、P含量，對(duì)含碳量下限不作具體規(guī)定。它是使基體本身在低溫不易于交叉滑移。 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。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。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。此外，添加一些合金元素，如Mn、Cr、Mo、V、W、Ni、Si、B和Cu等。鋼的強(qiáng)度級(jí)別不同，加入的合金元素及其含量也不同，成分設(shè)計(jì)既要能滿足性能要求，又要能滿足其經(jīng)濟(jì)性。低合金高強(qiáng)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(jìn)了世界各國(guó)對(duì)其的開發(fā)研究工作的不斷深入。目前，美、日、德等國(guó)家在設(shè)計(jì)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。%，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。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?jǐn)?shù)。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(xì)化晶粒的合金元素。在這些非調(diào)質(zhì)鋼中，由于加入合金元素較多，其焊接碳當(dāng)量增大，焊接熱影響區(qū)的最高硬度隨之提高。焊接裂紋實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也表明，焊接碳當(dāng)量公式和焊接裂紋出現(xiàn)率之間，沒有明顯的規(guī)律性?，F(xiàn)代工業(yè)中高強(qiáng)度鋼焊接結(jié)構(gòu)的大量運(yùn)用，易發(fā)生失效的熔合區(qū)裂紋引起人們的高度重視。目前，熔合區(qū)的研究大多集中于化學(xué)成分的不均勻性，凝固過渡層、馬氏體脆性層、擴(kuò)散層、殘余應(yīng)力分布等方面。正火鋼的過熱區(qū)脆化與魏氏組織無關(guān)，除晶粒粗化外，主要是在1200℃的高溫下，其沉淀強(qiáng)化作用的碳化物和氮化物質(zhì)點(diǎn)分解并溶入奧氏體中，而在隨后的冷卻過程中來不及析出而固溶在基體中，結(jié)果使鐵素體的硬度上升，韌性下降。當(dāng)然，在鋼中若含有較多的碳和合金元素時(shí)，也應(yīng)注意快冷時(shí)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變而造成脆化。3) 焊縫的強(qiáng)韌性匹配鋼材的強(qiáng)度性能是焊接高強(qiáng)度鋼的主要力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度是工程設(shè)計(jì)確定許用的主要依據(jù)，而抗拉強(qiáng)度是強(qiáng)度儲(chǔ)備的重要指標(biāo)。當(dāng)焊縫中存在高比例的針狀鐵素體時(shí)，低溫韌性顯著提高。針狀鐵素體與塊狀鐵素體具有不同的斷裂特征，當(dāng)裂紋穿過針狀鐵素體時(shí)，通過形變削減前端的應(yīng)力集中，裂紋呈波浪起伏狀態(tài)擴(kuò)展，以形成撕裂韌窩狀斷口，沖擊韌性較高。此外，接頭形式不同時(shí)，其散熱情況不同，冷卻速度也不同。必須指出，只有在上述三個(gè)因素同時(shí)存在時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生冷裂紋。針對(duì)冷裂紋產(chǎn)生的三個(gè)因素，我們?cè)诠采峡捎孟铝写胧┓乐够驕p少冷裂紋的產(chǎn)生：一減少焊接接頭是淬硬組織 將焊件預(yù)熱或提高預(yù)熱溫度、適當(dāng)增加焊接電流、減低焊接速度、控制層間溫度不小于預(yù)熱溫度、焊后緩冷或立即熱處理，都可減低焊接接頭的冷卻速度，以減少其淬硬組織。影響熱裂紋的因素是：一金屬的化學(xué)成分及成分偏析低合金結(jié)構(gòu)鋼內(nèi)碳和硫的增多，會(huì)形成低熔點(diǎn)共晶，當(dāng)液態(tài)金屬冷卻結(jié)晶時(shí)，液態(tài)的低熔點(diǎn)共晶偏析于晶界處最后凝固，此時(shí)晶界的強(qiáng)度很低，在焊接應(yīng)力作用下沿晶開裂，即為熱裂紋。此外，鋼中含銅會(huì)增加熱裂傾向。三焊件的殘余應(yīng)力主要決定于焊件的剛性、裝配和焊接工藝、焊件剛性大、裝配和焊接時(shí)造成的殘余應(yīng)力大時(shí)，易造成熱裂紋。熱應(yīng)變脆化產(chǎn)生在焊接熔合區(qū)及最高加熱溫度低于Ac1的亞臨界熱影響區(qū)。在鋼中加入氮化物形成元素，可以降低熱應(yīng)變脆化傾向，如16Mn比15MnVN的熱應(yīng)變脆化傾向大；退火處理也可大幅度地恢復(fù)韌性，降低熱應(yīng)變脆化，如16Mn經(jīng)600℃1h退火處理后，脆性轉(zhuǎn)變溫度大幅度提高。 20MnMoNb的化學(xué)成分和力學(xué)性能20MnMoNb是一種低合金高強(qiáng)鋼，屬于細(xì)品粒熱處理強(qiáng)化鋼，供貨狀態(tài)為調(diào)質(zhì)處理，即在870℃水淬后，630℃進(jìn)行高溫回火。 20MnMoNb的化學(xué)成分 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）CSiMnMoNbCrSPNiCu～～～～～≤≤≤≤≤ 20MnMoNb的力學(xué)性能公稱厚度(mm)熱處理狀態(tài)回火溫度（℃）σb（MP）σs（MP)δ5(%)Akv(J)HB≤300調(diào)質(zhì)630620～790≥470≥16≥41185～235＞300～500調(diào)質(zhì)630610～780≥460≥16≥41180～233 合金元素對(duì)20MnMoNb性能的影響20MnMoNb的化學(xué)成分為：C %～%，Si %～%，Mn %～%,Mo %～，Nb %～。 Si的影響在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，－%的硅。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。%以上時(shí)就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點(diǎn)高40%。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機(jī)械性能。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。由于20MnMoNb鋼母材的性能，以及其成分焊接的影響，便決定留在實(shí)際的焊接過程中焊接的問題主要來自兩個(gè)方面：焊接裂紋和熱影響區(qū)母材性能的下降。具體措施可選用脫硫能力較強(qiáng)的低氫型焊條，埋弧焊時(shí)選用超低碳焊絲配合高錳高硅焊劑，并從工藝上降低融合比。實(shí)驗(yàn)證明，隨著焊縫中擴(kuò)散氫含量的增加，冷裂紋率提高。特別是合金鋼含有較多的合金元素增加了鋼的