材料焊接技术论文
高强度材料焊接分析
在现代工业中，高强度材料发挥着越来越重要的作用，但焊接裂纹、脆化、软化等现象给安全生产和产品效率带来隐患。因此，笔者根据自己的学习和实践经验，对高强材料尤其是高强钢的焊接特点进行了分析和阐述。
关键词:高强度材料；焊接；特点
一、高强度材料概述
在目前的管道和容器中，高强度材料发挥着越来越重要的作用。其中最重要的是为了强化钢的强度，将钢的强度提高到275MPa或更高，产生更好的综合质量，而在钢中偶然添加一种或多种合金成分(合金成分的比例小于5%)。这种钢被称为高强度钢，其基本优点是高强度、高塑性、高韧性。根据钢材的屈服强度程度和热处理特点，一般有两种高强度钢材。
热轧正火钢的屈服强度在294 MPa ~ 490 MPa之间，使用状态为热轧正火控轧。从类别上来说，就是非热处理强化钢，这是现实中最常用的。
调质钢，其屈服强度在490 MPa ~ 980 MPa之间，通常以调质状态使用，属于热处理强化钢范畴。这种钢的特点是强度高，塑性和韧性好，淬火和回火时可直接焊接。因此，这种中回火钢在使用中越来越受欢迎。
现在常用的高强度钢有以下几个牌号:16MnR、15MnVR、13MnNiMoNbR、18 mnmonbr；锻造品牌有以下几种:16Mn，15MnV，20MnMo，20MnMoNb。
二、高强度钢的焊接特点
高强度钢中碳含量通常不高于0.20%，合金成分总量通常不高于5%。因为高强度钢含有一些合金成分，所以其焊接性与其他材料有些不同。具体的焊接特征如下:
1，焊接时出现焊接裂纹
(1).高强度钢使用碳和锰等元素，这些元素增加了钢的强度。焊接时往往会变硬，变硬的部分往往非常敏感。所以，刚度太大，约束应力强的时候，如果焊接方法有问题，就会产生冷裂纹。另外，破解有很长的延时，容易造成很大的危害。
(2)再热裂纹是指焊接作业后缓慢消除应力热，或长时间处于高温下熔合线附近的粗晶位置而产生的沿晶裂纹。一般认为产生这种裂纹的原因是热影响区旁边的V、Nb、Cr、Mo等元素在焊接温度较高时溶解在奥氏体中，焊后没有完全析出，而是弥散在PWHT处，强化了晶粒，使应力松弛时产生的蠕变变形集中在晶界。
焊接高强度钢时，通常不会引起再热裂纹，如16MnR和15MnVR。但对于Mn-Mo-Nb、Mn-Mo-V等高强度钢，Nb、V、Mo等成分较为敏感，是造成再热裂纹的常见因素。因此，在焊后进行热处理时，需要避开容易引起再热裂纹的温度范围，以免引起再热裂纹。
2.焊接零件的脆性和软化
(1).应变时效脆化。焊接前要对焊接部位进行各种冷处理(如钢板剪切、管罐倒圆等)，材料会发生变形。如果将变形的零件加热到200-450℃，就可能引起应变时效，进而发生脆化，这往往导致材料的塑性减弱，从而引起钢的脆性断裂。
PWHT可以减弱焊接过程中的应变时效，并在一定程度上恢复韧性。1998制定的《钢制压力容器》明确规定，圆筒钢的厚度应符合以下标准:碳钢的厚度不应小于圆筒内径的3%；其他钢材的厚度不能小于内径的2.5%。此外，在冷成型和中温成型中制成的压制产品应在成型后进行热处理。
(2)焊缝和热影响区的脆性。焊接材料时，加热和冷却往往不是很均匀，会产生不均匀的结构。焊缝和热影响区具有一定的脆性，是焊接接头中最薄弱的地方。焊缝的能量强度对高强度钢的焊缝和热影响区的性能有很大的影响。高强度钢容易硬化。如果线能量不高，HAZ会产生马氏体，引起裂纹。如果线能量过高，WM和HAZ会产生粗大晶粒，造成焊接件脆化。如果线能量过高，调质钢引起的HAZ脆化尤为明显。因此，焊接时，线能量应控制在一个适当的测量值。
(3)焊接部分热影响区软化。由于焊接时的热效应，部分区域的强度会降低，形成一定的软化区。HAZ区的组织软化会因焊缝热量和预热温度的升高而恶化，但普通软化区的性能仍能达到规定标准值的最低标准。因此，如果工艺得当，焊接件的正常使用不会减少。
三、当代新型高强度材料的焊接特点
1，高强度管线钢
高强度管线钢是指X70以上的钢种。迄今为止，X80是已建成管线钢中使用的强度最高的管线钢。加拿大Ipsco钢铁公司在1998年报中明确指出，已成功进行了X90和X100SSAW钢管的试制，最终目标是生产各种规格的X100钢管。NKK、住友金属、新日铁、川崎制铁和欧洲钢管公司也成功开发了X90和X100UOE钢管，并正在开发X120钢管。
为了保证管道的安全可靠，强度必须同时提高，韧性也必须相应提高。特别是用于高压气体输送的钢管必须具有高的CVN。超级贝氏体和超级马氏体在21世纪被称为管线钢，其钢种为X80 ~ X100(贝氏体)和X100 ~ X120(马氏体)。成分设计上，均为(超)Mn-Nb-Ti系或Mn-Nb-V(Ti)系，并添加了Mo、Ni、Cu等部分元素。所以热影响区的韧性不比低强度管线钢差，对冷裂纹的敏感性也不大。对于强度高于600MPa的钢材，焊接时应特别注意WM冷裂纹，特别是点焊对接环焊缝必须使用超低氢焊材。
2.超细晶粒钢
20世纪90年代，世界主要产钢国相继开展了新一代钢铁材料的研究，尤其是来自日本的新一代钢铁材料。超级钢？计划，中国？新一代钢铁材料重大基础研究？还有韩语？21世纪高性能结构钢？引起了世界钢铁工业的关注和热情参与。
在新一代钢铁材料的研究中，最引人注目的是超细晶粒的研究，通过超细晶粒(最小1mm)达到强度翻倍的目标。超细晶粒钢焊接的最大问题是热影响区晶粒长大的趋势。为了解决这一问题，必须采用激光焊接、超窄间隙MAG焊、脉冲MAG焊等低热输入焊接方法。
参考
【1】王健利。高强度钢的焊接工艺评定[J].云南水电，2007，(02)。
李明。高强度钢的焊接[J].现代焊接，2005，(03)。
李卓信，刘秀龙，李虹，李国栋。国内外高强度钢焊接材料及焊接性的研究进展[J].新技术与新工艺，2007，(05)。
材料焊接技术探讨
摘要:焊接是连接金属或热塑性塑料的制造或雕刻过程。在焊接过程中，工件和焊料熔化形成熔化区，熔池冷却凝固形成材料间的连接。在这个过程中，通常需要压力。焊接能量有许多来源，包括气体火焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波。在焊接机器人广泛应用于工业应用的今天，研究人员仍在深入研究焊接的本质，继续开发新的焊接方法，以进一步提高焊接质量。
关键词:焊接；金属；能量；技术
1，焊接技术简介
1.1焊接过程的物理本质
焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子间的结合和扩散连接成一个整体的过程。促进原子和分子之间结合和扩散的方法是加热或加压，或者同时加热和加压。
1.2焊接的分类
金属焊接按其工艺过程的特点可分为熔焊、压焊和钎焊。
1.2.1熔焊是一种在焊接时不加压力，将工件界面加热到熔融状态的方法。熔焊时，热源迅速加热并熔化两个待焊工件的界面，形成熔池。熔池随着热源向前移动，冷却后形成连续的焊缝将两个工件连接成一个整体。在焊接过程中，如果大气与高温熔池直接接触，大气中的氧气会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮气和水蒸气进入熔池，在后续的冷却过程中也会在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。为了提高焊接质量，人们开发了各种保护方法。比如气体保护电弧焊就是用氩气、二氧化碳等气体隔绝大气，保护焊接时的电弧和熔池率；又如焊接钢时，在焊条药皮中加入对氧亲和力高的钛铁粉进行脱氧，可以保护焊条中的有益元素锰和硅不被氧化而进入熔池，冷却后获得高质量的焊缝。
压力焊(1.2.2)是将两个工件在压力下以固态结合，也叫固态焊接。常用的压力焊接工艺是电阻对焊。当电流通过两个工件的连接端时，由于电阻大，那里的温度上升，加热到塑性状态时，在轴向压力的作用下连接成一个整体。各种压力焊接方法的共同特点是在焊接过程中施加压力，不填充材料。扩散焊、高频焊、冷压焊等大多数压力焊接方法没有熔化过程，因此不存在有益合金元素燃烧和有害元素侵入焊缝的问题，简化了焊接工艺，提高了焊接安全和卫生条件。同时，由于加热温度比熔焊低，加热时间短，热影响区小。许多难以用熔焊焊接的材料，往往可以用压力焊焊接成与母材强度相同的高质量接头。
1.2.3钎焊是采用熔点低于工件的金属材料作为钎料，将工件和钎料加热到高于和低于工件熔点的温度，用液态钎料润湿工件，填充界面间隙，实现原子与工件之间相互扩散的焊接方法。
1.2.4焊接时为连接两个被连接体而形成的接缝称为焊缝。焊接时焊缝两侧都会受到焊接热的影响，组织和性能会发生变化。这个区域被称为热影响区。焊接时，由于工件材料、焊接电流等的不同。焊接后，焊缝和热影响区可能会出现过热、脆化、硬化或软化，这也会降低焊件的性能并恶化可焊性。因此，有必要调整焊接条件。焊前预热焊件界面，焊中保温，焊后热处理可提高焊件的焊接质量。此外，焊接是一个局部快速加热和冷却的过程，由于周围工件本体的约束，焊接区不能自由膨胀和收缩，冷却后的焊件会产生焊接应力和变形。重要产品焊后需要消除焊接应力，矫正焊接变形。
1.2.5现代焊接技术已经能够焊接出与被连接体力学性能相当甚至更高的焊缝，且没有内外缺陷。焊接体在空间中的相互位置称为焊接接头，接头的强度不仅受焊缝质量的影响，还与其几何形状、尺寸、应力和工作条件有关。接头的基本形式有对接接头、搭接接头、T形接头(正接头)和角接头。对接焊缝的截面形状取决于焊前被焊体的厚度和两边缘的坡口形式。焊接厚钢板时，在接头处开出各种形状的坡口，以便焊透，这样就可以很容易地送进焊条或焊丝。坡口形式有单面焊坡口和双面焊坡口。在选择坡口形式时，除了保证熔深外，还应考虑焊接方便、金属填充少、焊接变形小、坡口加工成本低等因素。当两块不同厚度的钢板对接时，为了避免因截面急剧变化而产生严重的应力集中，往往将较厚的板边逐渐减薄，以在两对接边达到相同的厚度。对接接头的静强度和疲劳强度高于其他接头。对于在交变和冲击载荷下或在低温和高压容器中工作的连接，通常首选对接焊接。
搭接接头焊前准备简单，装配方便，焊接变形和残余应力小，常用于接头和不重要结构的现场安装。一般来说，搭接接头不适合在交变载荷、腐蚀介质、高温或低温下工作。t型接头和角接头通常用于结构需要。T型接头上未焊透角焊缝的工作特性与搭接接头相似。当焊缝与外力方向垂直时，就成为正面角焊缝，焊缝的表面形状会造成不同程度的应力集中。熔透角焊缝的应力与对接接头的应力相似。角接接头承载力较低，一般不单独使用，只有全焊，或内外有角焊缝时才能提高，多用于封闭结构的转角处。焊接产品比铆接件、铸锻件轻，可以减轻自身重量，为运输工具节约能源。该焊接具有良好的密封性能，适用于制造各种容器。组合加工技术的发展，将焊接与锻造、铸造相结合，可以制造大型、经济、合理的铸焊结构和锻焊结构，具有较高的经济效益。焊接工艺可以有效利用材料，焊接结构可以在不同部位使用不同性能的材料，充分发挥各种材料的长处，做到经济优质。焊接已经成为现代工业中不可缺少的、越来越重要的加工方法。
1.2.6在未来的焊接过程中，一方面要发展新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，进一步提高焊接质量和安全可靠性，如改进现有的电弧、等离子弧、电子束、激光等焊接能源；利用电子技术和控制技术，提高电弧的工艺性能，开发出一种可靠、轻便的电弧跟踪方法。另一方面，要提高焊接机械化和自动化水平，如焊机的程序控制和数字控制；开发专用焊机，实现从准备、焊接到质量控制的全过程自动化；在自动化焊接生产线中，推广和扩大数控焊接机械手和焊接机器人可以提高焊接生产水平，改善焊接卫生和安全条件。
2.焊接-工业艺术
焊接的出现迎合了金属艺术发展对新技术、新手段的需求，另一方面，金属在焊接热作用下的独特奇妙变化也满足了金属艺术对新的艺术表现语言的需求。在当今的金属艺术创作中，焊接可以并且正在作为一种独特的艺术表现语言被表现出来。本文分析了这一技术的出现和应用。
2.1艺术创作和技术方法总是密不可分的。作为一种工业技术，焊接的出现迎合了金属艺术发展对新技术手段的需求。另一方面，金属在焊接热的作用下所产生的独特而奇妙的变化，也满足了金属艺术对新的艺术表现语言的需求。在当今的金属艺术创作中，焊接可以并且正在作为一种独特的艺术表现语言被表现出来。金属焊接艺术可以从传统金属艺术中分支分离出来，成为一种相对独立的艺术形式，因为焊接具有艺术性。
2.2焊接能产生富有表现力的艺术创作语言。
焊接通常在高温下进行，金属在高温下会产生许多奇妙而丰富的变化。金属基材会发生颜色变化和热变形(即焊接热影响区)；焊丝熔化后会形成一些漂亮的纹理；焊接缺陷是焊接艺术中经常用到的，焊接缺陷是指焊接过程中不符合设计或工艺要求的缺陷。其主要表现为焊接裂纹、气孔、咬边、未焊透、未熔合、夹渣、焊瘤、塌陷、凹坑、烧穿、夹杂等。这是一个很有意思的现象:焊接的艺术性通常体现在工业焊接的一些失败操作中，或者隐藏在工业焊接试图避免的一些焊接缺陷中。其次，焊接艺术的语言是独特的。选择不同的金属材料，采用不同的焊接工艺，可以在不同的金属艺术形式中充分发挥焊接的艺术性。
在焊接雕塑作品中，焊缝和切口不是被动地作为技术处理的痕迹而存在，而是以一种奇妙的、不可或缺的表现语言来体现。在一件焊接雕塑中，粗大的焊缝暴露在雕塑的表面，各种不规则的切割痕迹成了艺术家优美的艺术语言。在很多情况下，由于焊接雕塑所追求的粗犷、简约的风格，根据作品的需要，大多保留了金属的腐蚀和缺陷。因此，在焊接雕塑中常常可以感受到一种未经雕琢的原始之美。雕塑下部钢板拼接处的焊缝很厚。从焊接工艺的牢固程度来看，这显然不仅仅是出于对雕塑牢固程度的考虑。在这件雕塑中，下部几条扭曲的焊缝作为雕塑整体美学的重要因素，成为了不可或缺的一部分。整体来看，无论是上半部分的文字造型，还是下半部分的纹理处理，处处都有扭曲的焊痕，整个作品达到了整体视觉语言的统一。手工等离子切割法，利用切割时电流的热量，使切割边缘产生热影响区，从而得到亮白色的不锈钢？染色？一圈轻微渐变的颜色被应用。同时，通过调整焊接规范，切割钢板熔化的瞬间，切割枪喷出的强大空气射流将处于切割边缘。吹？一圈随机形成的纹理在金属切割冷却后凝固成漂亮的切口，与中间光滑光亮的不锈钢板形成对比。这种随机效应的形成过程是偶然的，但却是一定焊接规范下的必然现象。从尺寸上看，半自动CO2气体保护焊可用于焊接尺寸较大的艺术墙饰，手工TIG焊可用于较小的。
如果把一幅壁画看成一幅画，那么画面中的点、线、面、黑、白、灰甚至色彩的处理都可以通过焊接来实现。各种型号、各种材质的金属线，用不同的焊接工艺，会以不同的形式出现在屏幕上。不同金属的颜色是不一样的，比如不锈钢的亮银，铝的亚银，碳钢的墨黑，钛钢，青铜，铜，黄铜，而且就钢而言，不同的钢在高温加热时会有不同的颜色变化，也就是焊接热影响区不一样。此外，切割也是焊接艺术墙饰的创作方法之一，可以与焊接结合使用，也可以单独使用，完全取决于创作者的创作意图以及对技术和效果的掌握。综合起来，上面提到的这些方法可以想象是变化丰富的。
3.焊接作业中火灾爆炸事故的原因
3.1在焊接和切割作业中，特别是气割时，由于压缩空气或氧气流的喷射，火星、熔珠和铁渣飞溅得到处都是(较大的熔珠和铁渣可飞溅到距作业点5米以外的地方)。当工作环境中存在易燃易爆物质或气体时，可能发生火灾和爆炸事故。
3.2高空焊接和切割作业时，火星可及范围内的易燃易爆物品未清理干净，工人在作业过程中扔有遮盖的焊条头，作业后未仔细检查是否有火种。
3.3气焊、气割过程中未放置乙炔发生器，工作前未按要求检查焊(割)炬、橡胶管线、乙炔发生器的安全装置。
4.焊接作业中火灾爆炸事故的预防措施。
4.1焊接和切割作业时，清理工作环境lOm范围内的一切易燃易爆物品，注意工作环境的地沟和下水道内是否有易燃液体和可燃气体，是否有可能将易燃易爆物质泄漏到地沟和下水道内，避免焊渣和金属火花造成灾害和事故。
4.2在高空焊接和切割时，严禁抛掷焊条头，焊接和切割作业的下方应隔离。作业完成后，应仔细检查，确认无火灾隐患后方可离开现场。
4.3应使用符合国家有关标准和规定要求的气瓶，气瓶的储存、运输和使用应严格遵守安全操作规程。
4.4输送可燃气体和助燃气体的管道应按规定安装、使用和管理，操作人员和检查人员应经过专门的安全技术培训。
4.5焊接和修理燃料容器和管道时，应根据实际情况确定焊接和修理方法。实施置换法时，置换要彻底，工作中要严格控制可燃物质的影子。实施无压置换法时，应按要求保持一定的电压。工作中应严格控制氧气含量。要加强检测，注意监控，要有安全组织措施。
作为一种工业技术，焊接的出现迎合了金属艺术发展对新技术、新手段的需求，另一方面，金属在焊接热的作用下所发生的独特而奇妙的变化也满足了金属艺术对新的艺术表现语言的需求。在当今的金属艺术创作中，焊接可以并且正在作为一种独特的艺术表现语言被表现出来。
上述焊接缺陷和焊接热影响区的表现形式是在一定规范下进行焊接操作形成的，只有通过焊接才能产生这些艺术语言。焊接艺术作品的表面效果是其他金属加工技术不可能或难以达到的，因此焊接艺术具有独特的艺术性。