【正文】 焊接的工藝要求，分析異種焊接問題以及處理措施, 制定規(guī)范的焊接工藝，獲得合格的焊接接頭。我們今天面對著這樣一個事實：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。焊接已經(jīng)滲透到制造業(yè)的各個領(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。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，同時還可縮短生產(chǎn)周期。而其中最主要的原因就是其極具競爭力的性價比。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)。美國成立了“新一代汽車合作計劃”，即PNGV。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(xué)性能。 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。釬焊的關(guān)鍵是如何獲得一個優(yōu)質(zhì)接頭。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。 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(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)計要求的構(gòu)件，并使形成的街頭滿足預(yù)定的服役要求。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，特點是塑性和韌性明顯下降。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”。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。熔池金屬越不容易充分混合，過渡層越明顯。Q345過去的一種叫法為：16MnR。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。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。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。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。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)。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。各種元素對16MnR的力學(xué)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。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。低合金鋼的強度越高，屈服強度與抗拉強度比值就越小。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。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。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。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。合金元素對鋼材焊接性能的影響，可用焊接碳當量來估算。這就使出現(xiàn)焊接裂紋的可能性也愈大。由此可知，焊接碳當量（Cd）只能用來粗略的估計合金鋼的焊接性能。焊接熔合區(qū)具有明顯的化學(xué)和物理性能不均勻性，組織性能突變，是焊接接頭中最薄弱的部位，脆性斷裂和焊接裂紋易發(fā)生在該區(qū)域，特別是高強度鋼焊接時尤為明顯。測定靠近焊縫邊緣部位的焊接熱循環(huán)比較困難，受實際測試手段的限制，認識仍不統(tǒng)一，尤其是熔合區(qū)中C、H、O的分布。所以正火鋼的韌性隨線能量的增加而下降。2) 熱影響區(qū)脆化熱影響區(qū)脆化是焊接過程中在熱和應(yīng)變的同時作用下產(chǎn)生的一種應(yīng)變時效，它是由固溶的氮引起的。兩者之比稱為屈強比，是一個選擇材料的重要參數(shù)，對不同的用途有不同的要求，低的屈強比有利于加工成形，有較高的結(jié)構(gòu)可靠性；高的屈強比是鋼的強度潛力得到較大的發(fā)揮，具有較大的抗塑性失穩(wěn)能力。為了改善組織，提高韌性，對焊縫中的針狀體素體形核機制的研究具有重要的意義。鐵素體為塊狀時與附近組織形變不協(xié)調(diào)，易在相界處形成裂紋，并以解理斷裂方式穿過鐵素體，對應(yīng)端口形成解理臺階，斷口單元與相應(yīng)顯微組織中的塊狀鐵素體尺寸相當，其沖擊韌性比針狀鐵素體組織時低。②可改變因素：如焊接工藝方法、焊接規(guī)范大小和預(yù)熱溫度等，通過調(diào)節(jié)這些因素，可減少熱影響區(qū)的淬硬傾向。在生產(chǎn)實踐中，?？烧{(diào)節(jié)其中一個或兩個因素以避免產(chǎn)生冷裂紋。二減少焊接接頭的含氫量 必須嚴格控制氫的侵入，如對焊件、焊絲要嚴格清除油和銹、低氫焊條在焊前應(yīng)嚴格烘干，以降低焊縫的焊氫量。錳在鋼中可與硫形成MnS而減少硫的不良影響，因而具有抗裂作用。由于基本金屬是碳、硫含量一般高于焊縫金屬，在焊接時減少金屬的熔合比，可降低普通的碳、硫含量而減少熱裂傾向。被加熱到1200℃以上的熱影響區(qū)可能產(chǎn)生粗晶區(qū)脆化，韌性明顯降低。對于CMn系熱軋鋼及含氮量較高的鋼，一般認為熱應(yīng)變脆化是由于氮、碳原子聚集在位錯周圍，對位錯造成釘軋作用造成的。層狀撕裂發(fā)生在具有角接接頭或丁字接頭的厚板焊接結(jié)構(gòu)。低合金高強度鋼具有高的屈服強度與良好的塑性和韌性，有良好的焊接性能，具有一定的耐蝕性，熱加工性能和低碳鋼相近。各種合金元素對低合金鋼組織和性能的影響是很復(fù)雜的。%,硅就算合金元素。含硅1－4%的低碳鋼，具有極高的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。含錳11－14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機鏟斗，球磨機襯板等。還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。鈮可改善焊接性能。 熱軋及正火鋼的含碳量比較低，并且含有一定的錳，Mn/S比值一般可以達到防止結(jié)晶裂紋的要求，20MnMoNb鋼的焊接時若碳和硫同時居上限或存在嚴重的偏析，則有產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的可能。 C、S、Mn對焊接接頭結(jié)晶裂紋的影響防止結(jié)晶裂紋的措施主要從冶金和工藝兩個方面著手，其中冶金方面更重要一些。例如，用含有較多有機物的焊條（如氧化鈦纖維素型）進行焊接，出現(xiàn)了大量的焊道下裂紋；而用低氫型焊條焊接時，則出現(xiàn)或很少出現(xiàn)焊道裂紋。這個規(guī)律對各種鋼都是適用的，只是鋼種的化學(xué)成分不同時，因馬氏體的形態(tài)不同而產(chǎn)生冷裂紋的臨界馬氏體含量不同。上述三個要素的作用是相互聯(lián)系，相互制約的，不同條件下起主要作用的因素不同。即焊后再熱時，在殘余應(yīng)力松弛過程中，粗晶區(qū)應(yīng)力集中部位的晶界滑動變形量超過了該部位的塑性變形量超過了該部位的塑性變形能力，就會產(chǎn)生消除應(yīng)力裂紋。3)控制線能量 選用小的線能量可降低裂的概率。 層狀撕裂層狀撕裂產(chǎn)生的根本原因是鋼中存在夾雜物。（2）防止母材脆化 焊接中發(fā)生過熱區(qū)粗晶脆化、應(yīng)變時效脆化及氫脆等，母材層狀撕裂的敏感性明顯增加，在焊接中應(yīng)采取預(yù)熱、保溫緩冷、控制層間溫度等降低冷卻速度。3）對于T形接頭可在橫板上預(yù)堆焊一層強度低的金屬，以防止出現(xiàn)焊根裂紋，可緩解作用在橫板上Z向應(yīng)力。 正火鋼的過熱區(qū)催化的原因與魏氏組織無關(guān)，除晶粒粗化外，主要是由于在1200℃的高溫下，起沉淀強化作用的碳化物、氮化物質(zhì)點分解并溶解于奧氏體中，而在隨后的冷卻過程中來不及在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。 熱應(yīng)變脆化是焊接過程中在熱和應(yīng)變同時作用下產(chǎn)生的一種應(yīng)變時效，它是由于固溶的氮所引起的。也就是說，這類鋼的化學(xué)成分可以滿足防止結(jié)晶裂紋的要求。因此埋弧焊比焊條電弧焊更容易出現(xiàn)液化裂紋，而后者只有在母材的液化裂紋敏感性很高的情況下才會出現(xiàn)。 冷裂紋低碳鋼中加入了較多的提高淬透性的合金元素，提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，因此在焊接條件下，一般不會發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，容易得到馬氏體和貝氏體。因此，從防止冷裂紋的角度考慮，焊接低碳鋼時，希望高溫時冷速較高，而在Ms點附近的冷速要低些。不同成分的鋼對消除應(yīng)力裂紋敏感的溫度不盡相同，焊接時可通過降低退火溫度、進行適當預(yù)熱或后熱等措施，防止消除應(yīng)力裂紋。通過計算得出，16MnR鋼是我國壓力容器行業(yè)使用最廣泛的一種低合金高強鋼，其Ce，其裂紋敏感性小，焊接性好。 焊接方法及焊材選擇焊接方法采用手工鎢極氬弧焊打底，焊條電弧焊填充及蓋面。焊條芯也在電弧熱作用下不斷熔化，進入熔池，成為焊縫的填充金屬。熔渣浮在金屬熔池的表面，一方面可以保護焊縫金屬，防止空氣的污染，并與熔化金屬產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)，改善焊縫金屬的成分及性能；另一方面還可以使焊縫金屬緩慢泠卻。而且多數(shù)采用機械化焊接。3只適用于長焊縫的焊接。焊縫金屬的強度不低于或高于母材強度的下限值即可。電焊條放在保溫桶內(nèi)，隨用隨取。組對時點焊長度不小于50mm，成對稱的點焊四處，施焊前用砂輪機將點焊部位打磨掉。焊接程中，由電腦溫控儀控制電阻絲持續(xù)加熱，保證焊道溫度在180℃。焊接后立即進行去應(yīng)力熱處理，用電阻絲加熱，以每小時60℃的升溫速度，加熱到640℃，恒溫2小時后用超細玻璃棉保溫冷卻。主要評定16MnR、20MnMoNb對接焊縫試件2件，試件材質(zhì)為16MnR+20MnMoNb。彎曲試驗結(jié)果說明焊縫表面的塑性較好。若使用性能符合要求，則證明所擬訂的焊接工藝是正確的，當用于產(chǎn)品時，則產(chǎn)品焊接接頭的使用性能同樣可以滿足要求。如果所有試樣的檢驗結(jié)果全部符合技術(shù)要求，則證明所編制的焊接是可性的，可根據(jù)工藝評定報告擬訂正式的焊接工藝細則卡。 按照焊接工藝指導(dǎo)書和標準規(guī)定對樣板進行施焊后，檢驗及測定試樣性能，填寫焊接工藝評定報告。沖擊性能σs/MPaσb/MPaδs/%溫度沖擊功Akv/J16MnR616熱軋或熱處理≥345510655≥21d=2a室溫 ≥27橫向1725≥325490635≥20d=3a2636≥305490635≥19d=3a3860≥285490620≥19d=3a60100≥265450590≥18d=3a：①焊接方法為：手工電弧焊和埋弧自動焊。焊條焊前烘干。焊接過程中嚴格控制了焊接熱輸入，焊條電弧焊為22 KJ/cm。 焊接工藝要求1) 焊條必須嚴格按照焊條使用說明書要求烘焙，并裝入保溫筒，隨用隨??；2) 焊接時，嚴格執(zhí)行短弧、直焊道不擺動操作技術(shù)； 3) 控制道間溫度≤80℃；4) 采用分段跳焊法施焊，每段長度600~800mm； 5) 根部焊道焊接時，應(yīng)保證兩側(cè)母材與墊板熔合良好；6) 焊接過程中對每段、每道焊縫都必須及時清渣，如發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合等缺陷，應(yīng)立即鏟除，并補焊，達到技術(shù)條件要求后再繼續(xù)焊接，直至焊滿整個坡口為止。誠然，迅速發(fā)展現(xiàn)代焊接技術(shù)，已能在很大程度上保證其產(chǎn)品質(zhì)量，但由于焊接接頭為一性能不均勻體，應(yīng)力分布又復(fù)雜，制造過程中亦做不到絕對的不產(chǎn)生焊接缺陷，更不能排除產(chǎn)品在役 用和發(fā)展合理而先進的焊接檢驗技術(shù)。同時，在制定焊接工藝時也可預(yù)先制備試樣，利用焊接檢驗技術(shù)選擇最佳工藝程序，使焊縫達到規(guī)定的質(zhì)量等級要求。根據(jù)一些企業(yè)提供的技術(shù)資料，我們對其進行焊接工藝評定，確定采用手弧焊，埋弧焊焊接工藝。 焊接前的檢驗焊接前的檢驗包括原材料檢驗 、焊件備料檢、焊件裝配檢查和其他工作的檢查。對于焊絲，應(yīng)進行化學(xué)成分校核、外部檢查和直徑測量。焊劑要與焊絲配合使用才能保證焊縫金屬的化學(xué)成分和力學(xué)性能，焊接不同種類的鋼材，或不同的性能要求，要采用相應(yīng)的焊劑配合。 焊接過程中的檢驗 即焊接電流、焊接電壓、焊接速度、電源的種類和極性、焊接順序、焊接的道數(shù)和層數(shù)等正確與否。磁粉探傷用來檢查鐵磁性材料的表面微裂紋及淺表層缺陷。常用的有煤油試驗、載水試驗、氣密性試驗和水壓試驗等。宏觀檢驗可檢查該斷面上裂紋、氣孔、夾渣、未熔合和未焊透等缺陷，微觀檢驗可以確定焊接接頭各部分的顯微組織特征、晶粒大小、接頭的顯微缺陷(裂紋、氣孔、夾渣等)和組織缺陷(如合金鋼中的淬火組織、鑄鐵中的白口、 鋼中的氧化物、氮化物夾雜和過燒現(xiàn)象等)。焊接結(jié)構(gòu)經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)缺陷后，應(yīng)進行焊接結(jié)構(gòu)安全評定，以確定結(jié)構(gòu)是否可以使用。結(jié) 論 16MnR與20MnMoNb的焊接采用以上的焊接工藝方案進行了手工電弧焊試焊，是含結(jié)果表明:只要工藝合理，焊接就可以得到優(yōu)質(zhì)接頭；異種鋼的焊接可以手工電弧焊焊接；為了保證焊縫性能同母材匹配且具有較高的熱強性，關(guān)鍵要嚴格控制焊后熱處理工藝。致謝首先感謝本人的導(dǎo)師崔國明老師，他對我的仔細審閱了本文的全部內(nèi)容并對我的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容提出了許多建設(shè)