焊接新技术新工艺研究模板

摘要伴随科学技术不停发展，焊接新技术新工艺也不停成熟和创新使其应用越来越广泛。在机械制造、航空航天、石油化工、能源、交通、建筑、冶金等领域使用金属结构全部属于焊接结构，在加工过程中全部离不开焊接。工业发展，含有特殊性能新型结构材料不停涌现，对焊接技术要求也越来越高，所以焊接新技术新工艺发展情况也越来越受到关注。文中先从焊接技术和材料开始介绍，以此为前提再经过对经典金属材料焊接新技术新工艺讲解入手，着重介绍焊接技术及工艺在原有水平及基础上最新发展情况，指出了这些焊接新技术新工艺内容及应用情况，并对焊接技术和工艺做出了合适展望。关键词：新技术，新工艺，金属材料，焊接方法AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,weldingnewtechnologynewtechnologyhasbeenmaturedandinnovationmaketheapplicationmoreandmorewidespread.Inmachinerymanufacturing,aerospace,petrochemicalindustry,energy,traffic,building,metallurgyandotherfieldsusedmetalstructurebelongstotheweldingstructure,intheprocesswithoutwelding.Thedevelopmentofindustry,hasthespecialpropertyofnewstructuralmaterialscontinuetoemerge,theweldingtechnologyrequirementsarealsogettinghigherandhigher,sotheweldingnewtechnologynewtechnologydevelopmentispaidmoreandmoreattention.Thearticlefirstfromtheweldingtechnologyandmaterialsisintroduced,takingthisasthepremiseandthetypicalmetalmaterialweldingnewtechnologynewtechnologyonproceedwith,introducedemphaticallytheweldingtechnologyandprocessintheoriginallevelandonthebasisofthelatestdevelopment,pointedouttheseweldingnewtechnologynewtechnologycontentandtheapplicationcondition,andtoweldingtechnologyandprocesstomakeappropriateprospect.Keyword:Newtechnology,Newprocess,Material,Weldingmethod目录前言11金属焊接材料及技术介绍21.1焊接材料作用及种类21.1.1焊接材料作用 21.1.2新型焊接材料介绍 41.2金属焊接技术介绍及现实状况51.2.1焊接技术介绍 51.2.2金属焊接技术现实状况 82金属焊接新技术和新工艺92.1珠光体耐热钢焊接新工艺92.1.1焊前分析 92.1.2焊接新工艺 92.2奥氏体不锈钢焊接102.2.1奥氏体不锈钢焊接缺点及方法 112.2.2奥氏体不锈钢焊接新工艺 122.3铝及铝合金焊接132.3.1铝及铝合金焊接缺点 132.3.2铝及铝合金焊接工艺 142.3.3铝及铝合金焊接新技术 152.4铝和铜焊接172.4.1铜和铝焊接特点 172.4.2铜和铝焊接工艺 172.5新型金属材料焊接182.5.1硬质合金焊接 182.5.2金属陶瓷和金属焊接 213焊接新技术新工艺发展及前景233.1焊接新技术新工艺发展趋势233.1.1能源方面 233.1.2计算机在焊接中应用 233.1.3焊接机器人和智能化 243.1.4提升焊接生产率 243.2焊接技术前景展望24结论26致谢27参考文件28前言焊接作为金属加工方法已发展成一门独立学科，焊接新技术新工艺不停成熟和发展使其应用越来越广泛。在机械制造、航空航天、石油化工、能源、交通、建筑、冶金等领域广泛使用金属结构全部属于焊接结构，在加工过程中全部离不开焊接。部分发达国家利用焊接加工钢材量已经超出钢产量二分之一。大量铝、铜、钛等非铁金属结构也是用焊接方法制造。伴随科学技术发展和使用要求日益提升，含有特殊性能新型结构材料不停涌现，对焊接技术要求也越来越高，所以材料焊接性，尤其是金属材料焊接性，也越来越受到亲密关注。只有在了解了焊接发展历程、现实状况及未来发展趋势，才能正确掌握焊接发展方向，有利于从事焊接工作，在焊接工作岗位上才能承前启后，充满信心，去做好焊接工作。本文关键采取论文形式，首先对焊接材料和近几年焊接新技术及现实状况作了概述，在此基础上对常见及新型焊接材料焊接新技术新工艺进行分析，掌握经典金属材料焊接技术和工艺；充足了解金属材料在焊接过程中可能面临困难及问题，增强克服困难和处理问题能力；经过对焊接过程中焊接工艺及缺点了解和处理方法，意在经过本文，在大致了解金属材料焊接技术和焊接工艺发展情况下，要不停努力，主动研究，尽可能开发出新焊接技术和焊接工艺，以应对不停发展和提升焊接需求。现代焊接技术是从19世纪80年代末发展起来，至今不过百余年。焊接技术发展依靠于科学技术进步，而焊接加工优越性使之成为在多种装备制造中必不可少手段。现在用于生产焊接方法已超出50种。除常规电弧焊方法外，电阻焊、电渣焊、电子束焊、激光焊、等离子弧焊等焊接方法使用，使现代化大型设备能够大量采取焊接结构，如大型高压容器和储罐、大吨位运输船舶、核电站、水力及火力发电站、超音速飞机等制造中全部采取了焊接技术；多年来大型焊接结构及焊接技术在尖端精密产品中印业大量应用，如：鸟巢、三峡水轮机转轮、神州三号机大型热壁加氢反应器。伴随焊接产品使用要求不停提升，需要采取部分含有特殊性能结构材料，如高强度钢、超高强度钢、耐热耐蚀钢、难熔合金、非铁金属及合金、火星金属、异种金属及复合材料等，所以对焊机技术提出来更高要求；反过来也促进了焊接技术和焊接工艺发展，促进了焊接生产机械化和自动化，如焊接机器人、自动焊接生产线在中国制造业中应用越来越广泛。1金属焊接材料及技术介绍即使现代焊接技术已进入了成熟阶段，但伴随社会发展，科学进步，新产品、新材料不停地涌现，焊接技术也需要不停地发展，深入地完善。新型焊接材料不停地开发并得以应用，既深入提升了焊接生产率，又能够使焊接过程愈加稳定，飞溅更小，焊缝质量愈加好。焊接工作者研制出了多种新型焊条，如铁粉焊条、重力焊条、躺焊焊条等；还研制出了多种送丝方法和焊缝跟踪装置，弧焊机器人及智能化；大力发展高能束焊接，即等离子束焊接、电子束焊接、激光束焊接等。1.1焊接材料作用及种类伴随焊接技术快速发展，焊接材料应用范围日益扩大。焊接材料在造船、石油化工、车辆、电力、核反应堆等领域中起着很关键作用，在焊接过程中作为填充金属及保护物质而存在。1.1.1焊接材料作用(1)焊接材料作用焊接过程中多种填充金属及为了提升焊接质量而附加保护物质统称为焊接材料。伴随焊接技术快速发展，焊接材料应用范围日益扩大。焊接材料在造船、石油化工、车辆、电力、核反应堆等领域中起着很关键作用。而且，焊接技术发展对焊接材料不管在品种和产量方面全部提出了越来越高要求。焊接生产中广泛使用焊接材料关键包含焊条、焊丝、焊剂、保护气体和钎剂、钎料等。不一样焊接工艺下采取焊接材料组合见表1.1表1.1不一样焊接工艺条件下采取焊接材料Tab.1.1Underdifferentweldingprocessesweldingmaterialused焊接工艺焊焊接材料接焊条电弧焊电焊条电（一般焊条、专用焊条）气体保护焊焊丝（实心焊丝、药芯焊丝）+保护气体（活性、惰性、混合）埋弧焊、电渣焊焊丝+焊剂（熔炼焊剂、非熔炼焊剂）钎焊钎剂、钎料上上述多个焊接工艺方法共同特点是以焊接材料作为焊缝填充金属起源，依靠焊接材料来完成焊接过程对液态熔池保护盒冶金作用，以取得优质焊缝金属。各国焊条和焊丝产量百分比，在一定程度上反应了该国焊接自动化水平。现在在欧、美等工业发达国家焊接生产中，焊条产量在焊接材料中约占60%，焊丝产量约占40%。中国目前焊条产量约占焊接材料总产量80%，低于欧、美等工业发达国家。现在中国生产低碳钢焊条以钛钙型焊条为主，低合金高强度钢焊条以低氢型焊条为主，钛钙型和低氢型焊条约占焊条总量90%以上。焊接材料质量对确保焊接过程稳定和取得满足使用要求焊缝金属起着决定性作用。归纳起来，焊条材料应含有以下作用：确保电弧稳定燃烧和焊接熔滴顺利过渡；在焊接过程中保护液态熔池金属，以预防空气侵入；进行冶金反应和过渡合金元素，调整和控制焊缝金属成份和性能；预防气孔、裂纹等焊接缺点产生；改善焊接工艺性能，在确保焊接质量前提下尽可能提升焊接效率。中国输焊接材料使用大国，以后若干年内还是以焊条，焊丝为主。有技术开发能力企业正在立即调整产品结构，开发生产市场上急需品种，如管线用纤维素型和低氢型全位置立向下焊焊条、船舶行业使用高效铁粉焊条和重力焊条、石油化工行业短缺耐发红不锈钢焊条、交流施焊高韧性低氢焊条等。开发关键工程用特殊焊条、专业焊条，在提升和稳定产品质量、降低成本，为用户提供优质高效焊条和服务等方面开展工作。二氧化碳气体保护焊焊丝发展前景看好。但中国现在焊丝品种单调，应不停开发焊丝品种和规格，如600MPa、700MPa、800MPa高强度焊丝，特殊用途产品，如耐蚀钢焊丝等。改善包装，攻克小规格焊丝层绕上盘工艺和设备，研制罐装焊丝工艺及设备。药芯焊丝在产品中种类、质量、成本等方面还有很多工作要做，如开发多种气体保护焊、自保护焊、埋弧自动焊、堆焊用药芯焊丝。(2)焊接材料对接头性能影响焊接材料（焊条、焊丝、焊剂）成份对焊缝金属化学成份、组织和性能相关键影响。为了使焊缝金属含有所要求成份和性能，必需确保焊材中有益合金元素含量和严格控制有害杂质含量。焊缝金属合金化焊缝金属合金化就是把所需要合金元素经过焊材过渡到焊缝金属（或堆焊金属）中去。焊接中合金化目标是赔偿合金元素烧损、消除焊接缺点（裂纹、气孔等）和改善焊缝金属组织性能等。合金成份是决定焊缝成份关键原因。改善和研制焊条、焊丝、焊剂时，必需依据焊接接头工作条件焊缝金属最好化学成份，以确保焊缝性能满足使用要求。有害杂质控制杂质对焊缝金属性能和金属焊接性有十分关键影响，其中影响有较大有害杂质关键有O、N、H、S、P等。O、N、H元素对焊缝金属关键影响是造成脆化，产生气孔和裂纹，降低焊缝金属塑性和韧性。常见焊材熔敷金属中O、N、H含量列于表1.2表1.2常见焊材熔敷金属中O、N、H含量Tab.1.2CommonlyusedweldingconsumablesweldingmetalO,N,Hcontent类别氧含量/%氮含量/%氢含量/%H08A焊丝0.01~0.02-0.2~0.5光焊丝0.15~0.300.08~0.228-纤维素焊条0.0900.01335.8钛型焊条0.0650.01539.1钛钙型焊条0.05~0.07--钛铁矿型焊条0.1010.01430.1低氢型焊条0.02~0.030.0104.2埋弧焊焊条0.03~0.050.002~0.0074.40CO2焊焊条0.02~0.070.008~0.0150.04惰性气体保护焊焊条0.00170.0068-药芯焊丝CO2焊焊条-0.015~0.040-气焊焊材0.045~0.050.015~0.0205.00对于N和H控制，须清除焊件和焊接材料附着油、锈、氧化膜及水分、烘干焊材（焊条、焊剂）并应加强保护，预防空气侵入焊接区域。对于氧控制，可在药皮、药芯或焊剂中添加脱氧铁合金，限制气氛氧化性。焊缝金属中S、P含量控制关键从限制焊材中S、P杂质含量入手，通常应分别控制在0.03%以下。1.1.2新型焊接材料介绍(1)高强高韧性焊条多年来，冶金工业技术进步很快。伴随控轧、控冷和炉外精炼技术应用，使各类结构钢材强度、韧性和纯度全部有了很大提升。对焊接材料韧性和抗裂性能提出了更高要求。基于这种转变，焊接材料韧性水平需要一个技术跨越才能满足现代焊接结构要求，国外多家厂商展出了这方面产品，在中国部分焊接材料企业展台上也展出了强度600~1000MPa级超低氢高韧性焊条系列产品，其熔敷金属塑韧性水平，扩散氢含量和纯净度达成国外水平。产品已成功用于重大军事工程、奥运“鸟巢”工程、三峡工程等重大水利工程、工程机械、矿山机械焊接。(2)新型耐热钢焊条这是目前电力工业建设中一个热点，国外几家名牌企业已连续几年在北京埃森展会上展出了和超临界、超超临界机组配套新型耐热钢焊条。中国在新型耐热钢焊条研究方面，也取得关键技术结果，已开发出用于T/P23、T/P24、T/P92钢焊接电焊条产品，其熔敷金属高温抗蠕变和焊接工艺性能和国外产品性能相当。已含有和超临界，超超临界机组焊接配套能力。(3)新型不锈钢焊条不少中国外企业全部展出了双相不锈钢、控氮不锈钢、超级双相不锈钢、超低碳不锈钢和高温耐热不锈钢等新型焊条。(4)耐火耐候高性能建筑用钢焊条武钢自主开发了，含有国际领先水平高性能WGJ510C2耐火耐候钢，为处理高性能WGJ510C2耐火耐候钢焊接材料配套问题，中国已开发出配套焊条并应用于大型高层建筑钢结构工程建造。(5)管线钢焊条这方面国外名牌企业产品已用于中国管线焊接工程。现在中国已含有X80及以下低氢焊条和X70及以下纤维素焊条产品配套能力，并批量出口。(6)大型原油储罐高强钢焊条为确立国家石油战略贮备基地建设，国家发改委组织中国关键钢铁企业和焊接材料企业进行了技术攻关。现在10万立方米及以上大型原油贮备罐建造用高强度钢焊条，关键是国产焊条，并批量出口。(7)抗氢钢焊接材料炼油装置和天然气集输、脱硫工程结构对抗硫化氢和应力腐蚀提出来较高要求，工程装备和管路系统采取16MnR（HIC）或20（HIC）建造，对焊接材料熔敷成份有严格要求，尤其要求S小于等于0.006%。P小于等于0.008%。并要求有较低屈强比，中国开发抗氢钢焊条已大量用于高含硫气田开发、石油化工装置建造。(8)深冷工程焊接材料欧洲和日本3.5Ni钢和9Ni钢焊条已在这几年展会中展出，并在中国工程中使用。中国关键焊条企业这次也展出了和9Ni钢配套镍-铬-钼，镍-铬-铁和奥氏体合金系焊条产品，技术水平和国外相当。(9)铁道车辆用焊接材料铁路运输业高速发展为采取新技术发明了条件，铁道车辆建造用钢经历了从一般碳钢到含有优良抗大气腐蚀性耐候钢、特种物料腐蚀性能高强耐候钢和TCS铁素体不锈钢，中国已含有覆盖了50、55、60千克级车辆用焊条和TCS不锈钢焊条商品化配套能力[1]。1.2金属焊接技术介绍及现实状况伴随科学技术不停发展，焊接技术竞争不停加大，大量现代化焊接技术被应用到焊接中，焊接工作者面临着更复杂技术难题，在这么隋况下，焊接方法迅猛发展，焊接生产工艺水平也在快速改善。焊接工作者主动研发新焊接方法，来提升产品焊接质量。1.2.1焊接技术介绍焊接技术关键应用在金属母材上。常见有电弧焊，氩弧焊，C02保护焊。氧气-乙炔焊，激光焊接，电渣压力焊等多个，塑料等非金属材料亦可进行焊接．金属焊接方法有40种以上，关键分为熔焊、压焊和钎焊三大类：熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接方法；压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接；钎焊是使用比工件熔点低金属材料作钎科，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并和工件实现原子问相互扩散，从而实现焊接方法。下面就分析近几年出现多个焊接新方法及其应用。(1)电子束焊接技术电子束焊接技术起源于德国，伴随电子束焊接不停发展，这种技术受到了世界普遍关注，电子束焊接设备稳定性很好，操作过程自动化程度很高，是现在比较成熟高能束流加工方法之一。20世纪60年代初，这种技术开始应用于原子能工业，飞机制造业中。因为其含有深穿透特点，以后又进入到大厚度，重型零件焊接中，同时，在真空室，高功率电子枪中也有很大应用。电子束焊接技术正越来越应用广泛，在空间结构焊接和加工中发挥着关键作用。电子束焊接是这么一个焊接方法，它利用汇聚高速电子轰击工件接缝处所产生热量来使材料熔合，从而达成焊接目标。由电子枪产生电子束在轰击工件时，使动能转变为热能，成为了焊接热源，通常电子枪是由阴极，阳极和聚束极组成。当阴极被加热后，在电场作用下，阴极表面因为热发射效应会发射电子，这些电子连续不停飞向工件，当这些电子束汇聚起来时，能量密度很高，能够达成熔化焊接金属目标。电子束焊接技术相比于传统焊接工艺来说，有很多无可比拟优势：①电子束焊接能量密度很高，效率很高。对于钨，钼等高熔点材料全部能够快速熔化，而且对于大厚度工件，电子束深穿透性对于提升焊接效率发挥了很关键作用。②工件变形小，热影响区小。因为电子束焊接焊接速度快，能够形成一个深而窄焊缝，工件得到热量小，所以工件变形小。③可焊接材料和零件很多。电子束焊接可对于陶瓷、石英玻璃、和超导材料、热敏材料，难熔金属等进行焊接，还能够对一些特殊结构和精细零件进行焊接。④电子束焊接是在真空中进行，能够避免有害气体侵入和材料氧化。(2)搅拌摩擦焊接技术搅拌摩擦焊接技术是一个高效固态连接方法，它能够用于焊接低熔点有色金属。相比于传统焊接技术，它接头质量好，自动化程度高，广泛应用于航空航天，汽车，造船等合金结构制造领域。摩擦焊是一个利用摩擦产生热量来进行焊接技术，节能效果显著。和常规摩擦焊接—样，搅拌摩擦焊接焊接热源也起源于摩擦热，它是由英国焊接研究所发明，其实质是用一个带有搅拌针和轴肩特殊搅拌头来进行焊接，将搅拌针插入焊缝，摩擦加热被焊金属，使金属温度升高，成为塑性状态，同时搅拌金属形成一个旋转空洞，当旋转空洞伴随搅拌针前移时，热塑性金属不停地流向后方，冷却后形成致密焊缝。搅拌摩擦焊相比于其它焊接技术来说，它优点很突出：①焊接质量高。因为是固态连接，没有粗大凝固组织和焊接缺点，热变形小，能够实现大型结构精密焊接。②耗能低，节能效果显著，没有污染，没有烟尘，飞溅，和强烈辐射等。③成本低，摩擦焊接新技术不需要焊条，焊丝，焊药和保护气体，还可实现水下焊接。④自动化程度高。这种焊接技术不需要进行等级培训，操作过程简便，轻易实现自动化。搅拌摩擦焊接应用很广泛，已经在航空，航天，造船，建筑，交通领域得到了充足发展。在制造船舶上，能够用来焊接甲板，船头等零部件。在航空领域能够用来焊接机翼，机身和飞机油箱等，另外，在其它方面，这种焊接技术也发挥了很大作用，高速列车，汽车底盘车身支架，热交换器，发动机壳体全部可用搅拌摩擦焊来进行焊接。(3)激光焊接技术激光加工技术一个关键应用就是激光焊接技术。这种技术是一个热传导型技术，就是利用激光辐射产生热量来加热工件表面，这些热量经过热传导向工件内部扩散。这种热量能够经过控制激光脉冲宽度、能量、功率等参数来得到，来形成特定熔池。激光焊接是一个高能束焊接方法，比其它焊接方法更能够实现深熔焊形式，所以现在已经有大量激光焊接生产线投入工业生产。激光焊接是一个以激光作为热源而进行焊接，经过用抛物面镜或凸透镜聚光激光能够得到高功率密度热源，这么焊接得到焊缝熔深很大。当激光焊接使工件表面温度快速上升后，又快速冷却，这么就能够进行熔融或非熔融表面处理。激光焊接有两种基础方法，传导焊和小孔焊。传导焊熔池表面是封闭，这种焊接对于系统扰动较小，并目焊缝不易被气体侵入。小孔焊熔池被激光光束穿透成了孔，小孔不停关闭造成了气孔产生。激光焊接比其它传统焊接技术速度愈加快，深度更大，变形较小，而且在特殊环境下也能够进行焊接。不过它要求较高，光束位置在工件上不能有太大偏移，另外，激光焊接系统成本较高。伴随激光技术发展，现代研究关键方向转向了激光方法和其它方法联合技术，如激光焊和钨极氩弧焊共同作用焊接等，这些技术填补了激光焊接技术部分缺点。现在，激光焊接应用领域不停扩大，包含到了制造业，汽车工业，电子工业，生物业，航空航天业和造船工业等。激光焊接在汽车领域发展很快，逐步应用到半轴，传动轴，散热器等汽车部件制造。因为激光焊接优点，它在集成电路和半导体器件焊接中，发挥了很大优势。另外，激光焊接也在真空器件研制中得到了应用，如快热阴极灯丝组件等。对于航空航天领域激光研究也取得了良好进展，如利用激光技术来修复损伤结构件等，对于有些要求较高焊缝，只有激光焊才能完成[2]。除了以上三种方法在近几年来发展较快外，还有其它焊接新技术在不停出现，不停发展，新焊接工艺比如弧焊机器人及智能化焊接、数字化生产及其它焊接工艺方面也在不停探索和创新。1.2.2金属焊接技术现实状况焊接已成为现代工业中一个不可缺乏，而且日益关键加工工艺方法。在近代金属加工中，焊接比铸造、锻压工艺发展较晚，但发展速度很快。焊接结构重量约占钢材产量45％，铝和铝合金焊接结构比重也不停增加,其它新型金属材料焊接也在不停涌现。金属焊接技术已经在中国各个领域中得到广泛应用。不过因为金属焊接技术会对被焊工件质量造成直接影响，而被焊工件出现质量问题通常是因为出现焊接缺点造成。在金属焊接中常出现缺点是因为焊接工艺、焊接技术、外部环境和被焊接金属材料本身性能不一样而产生。为确保焊接件质量和内部组织无缺点，达成质量和设计要求，在焊接过程中对被焊接金属焊接性、工艺要求、焊接规范和焊接设备进行检验和检验，并采取对应技术和工艺方法对焊接结构进行保护，才能很好地预防和预防一些缺点产生。近些年来，焊接工作者们在焊接过程中不停吸收经验，总结教训，探索出了很多在金属材料焊接中克服缺点，确保质量焊接新技术新工艺。2金属焊接新技术和新工艺焊接作为金属加工方法已发展成为一门独立学科，焊接新技术新工艺不停成熟和发展使其应用越来越广泛。伴随焊接产品使用要求不停提升，需要采取部分含有特殊性能结构材料，如高强度钢、超高强度钢。耐热耐蚀钢。难熔合金、非铁金属及其合金、活性金属、异种金属及复合材料等，所以对焊接技术提出了更高要求；反过来也促进了焊接技术和焊接工艺发展，促进了焊接生产机械化和自动化，如焊接机器人、自动焊接生产线在中国制造业中应用也越来越广泛。2.1珠光体耐热钢焊接新工艺多年来中国在焊接主蒸汽管道(材质为珠光体耐热钢)时，采取根部未充氩保护、焊后未立即进行热处理焊接工艺，运行一段时间后出现了裂纹，不能确保机组运行可靠要求。因为其焊接性能差，在进行焊前分析基础上，采取了E5515-2-(R317)焊条焊接及根部充氩保护、焊后立即进行热处理新焊接工艺，确保了主蒸汽管道焊口焊接质量。2.1.1焊前分析因为钢中加入铬、钼、钒等合金元素质量分数较高，增大了钢淬硬倾向，使焊接热影响区硬度提升，轻易产生冷裂纹。从硬度分布来看，钢中焊接接头经长久高温工作后，很多情况下全部是在软化区发生断裂现象，即峰值温度处于780℃周围，2.1.2焊接新工艺(1)焊前准备：为了预防产生裂纹，我们选择合金含量稍低R317电焊条进行焊接。从表2.1能够看出，其热强系数比使用R337电焊条焊接接头热强系数大，软化区弱化程度减小，因为合金含量稍低，淬硬现象降低。焊接所用焊丝为TIG-31，焊条为R317、E5515-2-Nb337)。(2)焊接参数选择：为了预防产生粗大组织及减小软化区软化程度，应选择合理焊接线能量。采取多层多道焊、焊条摆动宽度小于焊条直径5倍、单层厚度小于所用焊条直径加2mm、盖面采取退火焊道，能够有效预防最终一层淬硬，预防产生冷裂纹，应选择焊接参数为：电流125～190A，电压20～28V，焊接速度20.2～42.9mm/min，氩气流量8～12L表2.1使用两种焊条焊接焊接接头持久强度和热强系数Tab.2.1Theuseoftwokindsofweldingrodweldingjointstrengthandthermalstrengthcoefficient焊条材料持久强度/N·mm-2接头热强系数焊接温度/℃焊缝接头母材R337540~55095~9878~8488~1270.75R317540~55092~9875~8798~1080.80(3)焊前预热及热处理焊前预热：焊前预热能够减小焊缝和焊件间温度梯度，减小冷却速度，减缓避免生成马氏体组织，减小开裂危险性，减小内外壁温差，减小热应力，能够有效地预防产生冷裂纹。预热温度为300～350℃，恒温30min，升温速度为172℃/h。珠光体耐热钢焊缝金属含碳量和金属元素含碳量较高，有可能使母材热影响区先于焊缝发生相变，氢原子就从热影响区向焊缝扩散，使焊缝中氢原子处于过饱和，当焊缝冷却后转变为马氏体组织时，产生冷裂纹。焊后热处理：焊后立即进行高温回火热处理，可有效预防产生冷裂纹，消除近缝区硬化现象，并能够使氢溢出，降低氢致延迟裂纹敏感性。焊后热处理参数包含升降温速度172℃/h；720～750℃恒温1.5h；升温4.2h；降温2.44h。(4)新旧焊接工艺焊接接头性能分析为了评价新焊接工艺焊接接头质量，依据《火力发电厂锅炉压力容器焊接工艺评定规程》(SD340—89)要求，对采取R317和R337焊条焊接焊接接头性能进行对比，对比结果以下：①试验数听说明，采取比母材低焊接材料焊接珠光体耐热钢中(抗拉强度确保值大于等于540MPa)焊接接头，多种性能优于采取和母材相匹配焊接材料焊接珠光体耐热钢焊接接头；②采取新焊接工艺焊接珠光体耐热钢，能够有效预防产生热影响区软化，并能预防产生裂纹；③采取新焊接工艺，可预防根部氧化、产生微裂纹；④采取合理焊前预热和焊后热处理能够有效预防裂纹产生；⑤主蒸汽管道焊口光谱分析符合图标材质要求，硬度检验全部符合规程要求，经100％超声波检验合格。所以主蒸汽管道焊口采取新焊接工艺焊接后，确保了主蒸汽管道焊接质量[3]。2.2奥氏体不锈钢焊接奥氏体不锈钢因为不发生相变，对氢脆不敏感，接头有良好塑性和韧性，所以焊接性很好。2.2.1奥氏体不锈钢焊接缺点及方法(1)焊接接头晶间腐蚀①在腐蚀介质作用下，起源于金属表面沿晶界深入到金属内部腐蚀就是晶间腐蚀。晶间腐蚀是一个局部性腐蚀，它会造成晶粒间结协力丧失，材料强度几乎消失，是一个必需重视危险腐蚀现象。图2.1所表示。图2.1焊接件晶间腐蚀Fig.2.1Weldintercrystallinecorrosion②产生原因：奥氏体钢在固溶状态下碳以过饱和形式溶解于γ固溶体，加热时过饱和碳以碳化铬形式沿晶界析出。碳化铬析出消耗了大量铬，所以使晶界周围铬含量降到低于钝化所需要最低量（12%），形成贫铬层。贫铬层电极电位比晶粒内低得多。当金属和腐蚀介质接触时，就形成了微电池。电极电位低晶界成为阳极，被腐蚀溶解形成晶间腐蚀。③预防方法：降低母材和焊缝中含碳量，将钢中碳降低到小于或等于其室温时在γ相中溶解度，这么在加热时就不会有或极少有碳化铬析出，从而从根本上避免贫铬层形成；在钢中加入稳定碳化物形成元素，改变碳化物类型，如向钢中加入和碳亲和力大于铬钛、铌、钽等，这些元素将优先和碳结合而避免形成碳化铬，从而避免了碳化铬产生；焊后进行固溶处理，固溶处理可使已经析出碳化铬重新溶于奥氏体中，但对大型复杂零部件则有一定困难。且在加热时会反复形成碳化铬；改变焊缝组织状态，使焊缝由单一γ相改变为γ+δ双相。当焊缝中存在一定数量初析铁素体δ相时，能够打乱粗大柱状树枝晶，使面积较小而直晶界变为曲折晶界，破坏了腐蚀通道。(2)焊接接头热裂纹①产生原因：奥氏体不锈钢对热裂纹比较敏感，关键是由冶金原因决定，即由钢化学成份、组织和性能决定。因为奥氏体钢是单相组织，焊缝从凝固冷却到室温不发生相变，很轻易形成方向性很强粗大柱状晶组织，为低熔点物质偏析和集中发明了条件；且奥氏体钢中合金元素品种多，数量大，不仅硫、磷等杂质会和铁形成低熔点共晶，合金元素之间或和杂质之间作用也会形成低熔点化合物或共晶；奥氏体钢热物理性能对裂纹敏感性亦有着直接影响②预防方法：严格控制有害杂质，关键是硫、磷数量；调整焊缝金属为双相组织，因为纯奥氏体组织焊缝很轻易产生结晶裂纹；合理进行合金化；工艺上，为了降低热裂倾向，应尽可能降低熔池过热和接头残余应力。2.2.2奥氏体不锈钢焊接新工艺(1)原焊接工艺出现问题①原工艺采取和焊接低碳钢(如Q235钢、20钢)相同焊接规范，仅焊接电流略小10%~20%。相同焊接规范，打底层采取“一点击穿断弧法”操作手法，单面焊双面成形。其它各层焊条横向摆动，焊波均匀，外观成形良好，表面检验合格率达95%以上。②因奥氏体组织对氢气、氧气、氮气气体原子溶解度稍高于一般低合金钢组织。焊缝气孔倾向小，X光射线检验底片等级均在Ⅱ级以上，内部质量检验合格率达100%。③板状、管状试件弯曲检验，面弯、背弯试样均措焊缝中心开裂甚至折断，复试试样也一样开裂，弯曲检验全部不合格。④检验断口形貌，呈组织疏检、晶粒粗大过烧组织。在在焊条接头部位，存在形状如黄豆粒夹杂物灰黑点。⑤管板角焊缝金相宏观断面检验，也发觉有夹杂物状黑点，且组织晶粒粗大，杂质密集，断面灰黑，金相检验不合格。(2)改善后焊接新工艺工艺改善思绪从两方面考虑：一是采取方法尽可能缩短焊缝金属及热影响区高温停留时间；二是改变焊缝金属结晶形态，降低区域偏析和弧坑缩孔。①选择小直径焊条，小电流和小线能量焊接规范参数。如扳状平焊打底层用直径为2.5mm焊条．焊接电流I为70～80A；其它层次用直径为3.2mm焊条，I为120～125A，焊接线能量控制在1OKJ/CM以下。②打底层采取“一点(或两点)击穿断弧焊”操作手法，平均燃熄弧频率在80～90次/min。“断弧焊”类似于无基值电流脉冲焊法，平均热输入量小，熔池凝固快，降低过热区域和晶粒长大倾向。且单面焊双面成形难度大。采取“断弧焊”法较为轻易控制熔池成型。当熔池未完全结晶时，其偏析杂质又被后续熔池所熔化，吹向熔渣，偏析杂质较为弥散，断口无宏观缺点。③当更换焊条前，填满弧坑，并将电弧引向坡口边侧，熄弧于坡口面上。对于出现弧坑缩孔和夹杂物富集区，可用角向磨光机去除，将弧坑磨成缓坡形，确定无缺点后，再燃弧接着焊接。④打乱结晶方向，使每条焊道结晶中心偏离焊缝中心，避免了焊道中心杂质偏析物区域聚集。操作上焊条不摆动，窄焊道，快焊速，多层多道焊。每道焊缝金属柱状结晶细化，优于宽焊层单道焊缝。⑤每焊完一层(或一道)焊道，立即将试件置于水中冷却，逐层逐道水淬，缩短焊接接头高温停留时间，降低过热组织和晶粒粗化倾向并缩短奥氏体不锈钢在550~850℃采取新工艺后，焊接工艺评定合格。焊缝受拉面无任何纵、横裂纹出现，全部试件均无需复试，弯曲合格率一次性100％，金相宏观断面无缺点[4]。2.3铝及铝合金焊接铝及其合金含有优异物理特征和力学性能，其密度低、比强度高、热导率高、电导率高、耐蚀能力强，已广泛应用于机械、电力、化工、轻工、航空、航天、铁道、舰船、车辆等工业内焊接结构产品上。2.3.1铝及铝合金焊接缺点(1)焊接裂纹焊接裂纹分为两类，一类是产生在焊缝金属内焊接裂纹称为焊缝金属结晶裂纹或凝固裂纹；另一类是产生在近缝区母材晶界上或多层焊时，邻近正在施焊焊缝前层焊缝上焊接裂纹称为近缝区母材液化裂纹或前层焊缝金属液化裂纹。铝及铝合金材料焊接性优劣关键标志之一是合金对焊接时生成焊接裂纹倾向性。热处理强化铝合金Al-Si-Mg、Al-Cu-Mg、Al-Zn-Mg、Al-Zn-Mg-Cu焊接性差，在一定结构拘束度条件下，在焊接应力作用下，这类合金焊接接头内会产生焊接裂纹。在结构拘束度很强及由此产生焊接应力很大时，即使是焊接良好热处理不可强化铝合金，如Al-Mg合金，焊接时也会产生焊接裂纹。焊接Al-Cu-Mg-Si合金时，焊缝金属冷却至固-液态，树枝状结晶枝晶开始发生连接，将低熔点共晶体排挤到枝晶之间，形成晶间薄膜，焊缝金属进入高温脆性温度区间，而收缩拉伸应变集中在晶界，当此时晶界塑性变形能力不足以承受此时所形成塑性应变量时，焊缝金属即发生高温沿晶开裂，此即焊缝金属结晶裂纹。焊接裂纹危险性在于它严重破坏焊接接头连续性，造成应力集中，成为焊接接头及焊接结构低应力脆性断裂、疲惫断裂、延时扩展裂源。所以，在焊接结构生产中，焊接裂纹应尽可能避免。焊接裂纹常出现在起弧、熄弧、忽然断弧、定位焊、补焊、两段焊缝接头、两条焊缝交叉、多条焊缝密集及结构刚性大镶嵌件环形焊缝，两零件厚度差大焊缝，不一样合金系两合金组合焊缝等焊件特征部位。热处理强化铝合金焊件焊接裂纹多在沿熔合线焊缝边缘，裂纹产生时张口不大，目视检验难以发觉，有时潜藏在零件表层以内，但局部露出于表面，和环境大气相通。经过后续工序或一段时间后，在残余焊接内应力作用下，潜藏焊接裂纹从其边缘起向表面扩展，即可能成为目视可见裂纹。实际经验表明，预防近缝区母材焊接液化裂纹是掌握热处理强化硬铝合金焊接技术关键。(2)铝及铝合金焊缝气孔气孔是铝及铝合金焊缝内常见缺点。多种铝及铝合金牌号不一样，焊接时产生气孔敏感程度不一样，但全部含有焊接时产生气孔敏感性从气孔中直接抽取气体分析结果证实，气孔内气体关键为氢。铝在焊接时氢源很多，如零件及焊丝表层含水氧化膜及油污、汗迹等类碳氢化合物，工业大气及惰性气体内杂质和水分，附着在焊丝输送系统内水分，母材本身所含气体等。焊接时，氢进入焊接熔池。氢在液态金属熔池内溶解度大，但冷凝时氢在低温液态金属及固态金属内溶解度小。当熔池凝固时，氢溶解度忽然减小，遂经过气泡成核、长大、上浮三个步骤而逸出熔池表面或残留于凝固焊缝金属内，视焊缝冷却速度和氢气泡上浮速度而定。如焊接速度和焊缝冷却速度较低，熔池存在时间较长，氢气泡即可能得以上浮并逸出熔池表面，不然氢气泡将滞留在内部，形成焊缝气孔。2.3.2铝及铝合金焊接工艺铝及铝合金焊接材料关键指填充焊丝、焊条和气焊溶剂等。(1)焊丝选择焊丝要考虑成份要求，产品力学性能、耐蚀性能，结构刚性、颜色及抗裂性等问题。当缺乏标准焊丝时，可采取和母材成份相同或相近材料切条。(2)气焊熔剂气焊时，为确保焊接质量，常见气焊熔剂清除铝及铝合金氧化膜及其它杂质。气焊熔剂是多种钾、钠、锂、钙等元素氯化物和氟化物粉末混合物。气焊熔剂使用方法时先把气焊熔剂用蒸馏水调成糊状（每100g气剂约加入50mL水），然后涂于焊丝表面及焊件坡口两侧，涂层厚度约为0.5~1.0mm，调好熔剂应在12小时内用完。(3)焊条铝及铝合金焊接用焊条，其药皮组成和气焊熔剂相同，通常由氯化物和氟化物组成。(4)焊前准备及焊后清理①焊前准备：铝及铝合金焊接时，要求严格清除清除工件坡口及焊丝表面氧化膜及油污等，常见清理方法有化学清洗和机械清洗两种。机械清洗时只限用钢棉，锉刀、刮刀、不锈钢丝刷等，禁用砂纸、喷砂等。化学方法包含酸洗或碱洗，前者用于氧化膜较薄时，后者用于氧化膜较厚时。氧化膜较厚时，应先用机械方法局部清除过厚氧化膜，再用5%NaOH碱溶液清洗，温度保持在60℃左右，碱洗时间最好控制在10～15s焊前预热减缓散热有利于减缓熔池冷却速度，延长熔池存在时间，便于氢气泡逸出，免去或降低焊缝气孔，是适适用于铝及铝合金结构定位焊、焊接、补焊时预防焊缝气孔有效方法。预热方法最好是在夹具内设置电阻加热或焊件外远红外局部加热。对于退火状态Al、Al-Mn、及w(Mg)量小于5%Al-Mg合金，预热温度可选择100～150℃。对于固溶时效强化Al-Mg-Si，Al-Cu-Mg，Al-Cu-Mn，Al-Zn-Mg合金，预热温度通常不超出100℃②焊后清理：焊后残留在焊缝及周围熔剂和焊渣会破坏氧化铝保护膜，应立即清除，常见清除方法有：用60~80℃热水刷洗；先用60~80℃热水刷洗，后用60~80℃稀铬酸溶液浸洗5~10min，最终用清水清洗洁净；用热水刷洗，后用质量分数为5%硝酸和2%焊后表面清洗结束时，应检验是否清洗洁净。(5)焊接工艺参数降低电弧电压、增大焊接电流、降低焊接速度，有利于减小焊接熔池溶解含氢量，延长液态熔池存在时间，减缓熔池冷却速度，便于氢气泡逸出，降低焊缝气孔。①选择能减小焊接应力装配-焊接次序合理装配-焊接次序是一个在零件装配焊接过程中降低拘束和焊接应力从而预防焊接裂纹产生有效方法，其关键点是为每条焊缝冷却时发明适度收缩条件。②实施对接接头双面焊，消除焊缝根部焊接裂纹单面焊热裂倾向铝合金时，焊缝根部常出现焊接裂纹。此时，可改单面焊为双面焊，正面焊接后，施行后面清根，经工艺性X射线检验证实焊缝根部无裂纹或原有裂纹已被完全清除后，再从后面进行封底焊，并进行X射线检验。清根时，不可向焊缝内面深挖，仅以将根部缺点除尽为标准，封底焊时，不可深熔，焊缝浅而薄即可。从后面深挖后深熔焊常能引发正面焊缝出现裂纹。③严防焊接缺点超差，严防补焊时产生焊接裂纹补焊热裂倾向较强铝合金时，最易出现补焊裂纹。所以，必需严防焊缝内部产生超差气孔等缺点；当不得不需要排除缺点进行补焊时，需正确进行精心补焊，并努力争取一次补焊成功，避免反复补焊。补焊前，应正确检测出缺点位置，采取逐步“进尺”措施将缺点除尽为止，避免过分深挖。为验证原有缺点确已除尽，可增加一次工艺性X射线检测。补焊时要有具体补焊技术方案，补焊时先不填丝，确保补焊区金属开始发生熔化，填丝后，电弧热应稍偏向焊丝以预防补焊区金属过热，电弧可在补焊长度方向适度往复移动，以延长熔池存在时间，以利于氢气泡从熔池内逸出，熄弧时必需采取堆高熄弧法，避免产生弧坑及弧坑龟裂。补焊后，许可用机械方法修磨补焊焊缝，使其最终尺寸和邻近但未补焊原有焊缝尺寸一致[5]。2.3.3铝及铝合金焊接新技术伴随电力电子技术发展，焊接设备出现了逆改变和数字化。下面简单介绍多个近些年来焊接铝合金新技术。(1)激光-MIG复合焊(L-MIG复合焊)此方法特点是激光和MIG电弧同时作用于焊接区，经过激光和电弧相互影响，能克服每一个方法本身不足，产生良好复合效应。激光高能量密度可用来提升焊接效率，但焊接工艺中碰到关键问题是因为光束直径很细，要求坡口装孔间隙小于0.5mm，对焊缝跟踪精度要求高，同时在还未形成熔池时热效率很低。这些问题能够经过激光-MIG复合焊处理，大家知道，MIG焊特点是焊机成本低，焊缝搭桥性能很好，经过熔滴过渡能够向焊缝添加金属和形成较宽焊缝，不足之处为熔深浅。假如采取和激光复合焊法，因其熔宽较大可降低装配要求，使跟踪轻易。因为MIG电弧能够处理焊缝金属初始熔化问题，从而能够降低使用激光器功率，同时MIG焊气流也能够处理激光焊金属蒸气屏蔽问题。相反，激光产生等离子体增强了MIG电弧引燃和维持能力，使MIG电弧更稳定。总而言之，复合焊会带来愈加好综合性能，如产生深熔、高速和高效焊接效果，并增强了焊接适应性。激光和MIG焊电弧两种热源相互作用叠加效果表现为：在激光-MIG焊时，因为电弧加热金属而降低焊缝金属对激光反射率，增加了其对光能吸收，同时激光又起到稳定电弧作用。其突出特点是：焊缝熔深较大，焊接速度较高，在焊接薄板铝合金时，奥地利Frollius企业采取该法焊铝时焊速可达成8m/min[6]。(2)变极性等离子立焊(VPPA)该法采取转移弧和变极性交流进行立焊。变极性特点和TIG焊相同，既确保钨极烧损少，又确保对铝阴极雾化作用。焊接电流较大，经过小孔作用，能够焊接薄板和厚板(2～25mm)。因为焊缝中基础无气孔，所以又被誉为无缺点焊接法。变极性等离子立焊已成功地用在航天工业中。(3)电子束焊利用加速和聚焦电子束轰击置于真空或非真空中焊件接缝处，电子动能转换成热能，将金属熔化并形成焊缝，该法称为电子束焊。电子束焊铝时，在工件厚度方向上形成小孔，小孔沿焊缝方向移动时小孔前方金属熔化，熔化金属沿孔壁流向后方时，凝固形成焊缝。电子束焊铝时含有较强破坏清除氧化膜能力，因为当高速电子轰击金属时产生很集中能量，所以形成很高温度和产生大量金属蒸气，该蒸气对氧化膜表面机械作用和1450℃、低气压促进氧化膜分解。电子束焊接铝及铝合金特点：电子束和TIG焊、气焊相比，热量集中，焊速快，且焊接线能量低，所以焊接热处理强化铝合金时，近缝区没有显著软化现象；电子束穿透能力强，焊缝窄而深，所以铝合金横向收缩和变形小，是TIG焊l/4～1/5，同时镁、锌和锂等易挥发元素烧损也少；因为焊接线能量低，高强铝合金接头强度系数达0.7～0.8，假如焊后进行热处理则焊接接头强度可能达成和母材等强度；除仰焊外，基础上可进行多种位置焊接。关键问题是比通常电弧焊法气孔率高些。(4)搅拌摩擦焊(FSW)。搅拌摩擦焊是英国焊接研究所(TWI)于1991年发明一个用于轻金属板材焊接固态连接技术。搅拌摩擦焊特点是利用一个非损耗特殊形状搅拌头，旋转着插入被焊工件，金属沿着被焊零件待焊界面向前移动，经过搅拌头对材料搅拌、摩擦，使待焊材料加热至热塑性状态，在搅拌头高速旋转带动下，处于塑性状态材料围绕搅拌头由前向后转移，同时结合搅拌头对焊缝金属挤压作用，在热-机联合作用下材料扩散连接形成致密金属间固相连接。因为搅拌摩擦焊是一个固态焊接过程，故不存在熔焊时多种缺点，如气孔、烟尘、飞溅。能够焊接用熔焊方法难以焊接材料，如硬铝和超硬铝。焊后接头内应力小、变形小，基础上可实现低应力无变形焊接。搅拌摩擦焊是一个全机械化焊接过程，没有电弧焊常有弧光、辐射、触电和烟尘等危害。这种方法在焊接时需要对焊缝施加较大顶锻力，被焊结构应含有较强刚度和被牢靠固定环境和条件，这一点限制了它应用。搅拌摩擦焊一出现就引发了大家强烈关注，该项工艺已成功用于高速舰船、高速列车、航空、航天和汽车制造等领域[6]。2.4铝和铜焊接冶炼工业发展和科学技术进步，对焊接构件性能提出了更高、更苛刻要求，除需满足通常力学性能之外，还要求满足如高温强度、耐磨性、耐腐蚀性、低温韧性、磁性、导电性、导热性等多方面性能要求。在这种情况下，任何一个有色金属材料全部不可能完全满足整体焊接要求，所以，异种有色金属焊接出现了。2.4.1铜和铝焊接特点铝和铜在熔焊时关键困难是：铝和铜熔点相差423℃，焊接时极难同时熔化；铝和铜在高温下强烈氧化，生成难容氧化物，要采取方法预防氧化并去除熔池中氧化膜；铝和铜在液态下无限互溶，而在固态下有限互溶，它们能形成多个由金属间化合物为主固溶体相，使接头强度和塑性降低，实践证实，铝-铜合金中铜含量在12%~13%铝和铜塑性全部好，很适合压焊方法。利用压焊时，可避免熔焊时所出现以上问题。现在常见压焊有冷压焊、摩擦焊和扩散焊等[7]。2.4.2铜和铝焊接工艺(1)钨极氩弧焊铝和铜钨极氩弧焊时，为减小焊缝金属含铜量，使其控制在12%~13%以下，增加铝成份，焊前可将铜端加工成V形或K形坡口，并镀上厚约6微米锌层；焊接时，电弧应偏向铝一侧，关键熔化铝，减小对铜熔化。铝及铜钨极氩弧焊时，可采取电流为150A，电压为15V，焊接速度为6m/h，L6焊丝，直径为2~3mm焊接工艺参数。(2)埋弧焊铝和铜埋弧自动焊时，为减小焊缝中铜熔入量，可采取铜侧开半U形坡口并预置直径3mm铝焊丝，铝侧为直边；同时电弧也应指向铝，但不能偏离太远。铝和铜埋弧自动焊焊接工艺参数见表2.2。表2.2铝和铜埋弧自动焊焊接工艺参数Tab.2.2Aluminumandcoppersubmergedarcautomaticweldingprocessparameter板厚/mm焊接电流/A焊丝直径/mm焊接电压/V焊接速度/（m/h）焊丝偏离/mm焊剂层/mm焊接层数宽高8360~3802.535~3824.44~53212110380~4002.538~4021.55~63812112390~4102.639~4221.56~74012120520~5503.240~448~128~12461432.5新型金属材料焊接焊接经过多年发展，在常见金属材料焊接技术和工艺不停完善基础上，为适应越来越高要求，出现了很多新型材料，而它们焊接技术及工艺也得到对应发展。2.5.1硬质合金焊接(1)硬质合金焊接缺点①焊接裂纹：因为硬质合金线膨胀系数小，约只有钢材30%~50%，所以在它和钢材焊接过程中，受到热作用时，硬质合金和钢材不能共同产生收缩，在接头中产生很大热应力，从而造成硬质合金开裂。②气孔、夹渣和氧化：这种焊接缺点关键出现在钎焊焊接中，当钎焊加热温度过低时，钎料流动性能不好，轻易形成气孔和夹渣；而当钎焊加热温度过高时，轻易造成焊缝氧化和钎料烧损。③焊缝脆化：关键是在焊缝区域形成MC型复合碳化物，M包含Ti、W、Mo、Co、V、Ni等元素。关键在硬质合金和钢焊接时，硬质合金中碳向钢中扩散，使硬质合金含碳降低而形成。使接头脆化，而且使其抗弯强度下降。(2)硬质合金焊接新工艺硬质合金焊接方法现在来看，常见是钎焊和扩散焊，还有部分新焊接方法也在主动探索之中，如钨极惰性气体保护电弧焊、电子束焊、激光焊等。这里关键讨论一下激光焊和钨极惰性气体保护电弧焊两种硬质合金焊接方法新工艺[8]。①激光焊采取激光焊焊接硬质合金和钢，能够得到良好冶金结合结合层，试样表面和激光束同轴方向吹出氩气，能有效预防硬质合金脆化和钢表面氧化，同时需控制侧吹气体流量，保留一部分等离子体在焊件表面，可使焊接试样愈加好达成冶金结合；控制α相钴面心立方向六方晶型β相钴转变，对焊接质量影响是关键；钢要先熔化去浸润硬质合金，然后硬质合金再熔化钢浸润硬质合金激光焊接机理；焊件预热对于降低焊件脆性起到一定作用，焊前预热提升了材料位错密度，消除了大量晶格缺点，降低了初生微裂纹源，提升焊接接头抗拉强度；因为激光焊接快速熔化和凝固，焊缝中会残留热应力及组织应力，会造成焊件弯曲强度下降。因为硬质合金和填充材料之间熔点相差很大，在焊接中能够控制激光功率、焊接速度、焦点位置、填充层厚度等工艺参数，首先使得填充材料在瞬时内充足熔化，以浸润硬质合金；其次，将硬质合金基体加热到较高温度区间，使其能够愈加好地被填充材料所润湿，形成理想钎焊接头。在激光热导焊过程中，激光束直接作用在钎料上，需采取小直径光斑以使钎料在瞬间尽可能多地吸收激光能而熔化。焊接时，钎料极短时间内完全熔化，从而浸润硬质合金较易取得良好钎焊接头。在激光深熔焊过程中，激光功率密度很高，在激光直接作用区域，硬质合金和钎料轻易发生猛烈熔合作用，对Co含量低硬质合金，在激光深熔焊高温下Co极易逸失，而使WC以疏松状态存在，造成接头出现裂纹、气孔等缺点；对Co含量高硬质合金，在融化后，甚至在WC聚集长大后，在Co和钎料粘接作用下，仍可形成牢靠结合，并未产生显著缺点。预先在硬质合金钎焊面上电镀Ni可改善钎料和硬质合金冶金结合，因为Ni和硬质合金Co物理化学性质相同，能够和硬质合金很好地亲和，又能和Cu无限互溶。经过分别采取YAG连续激光、YAG脉冲激光、二氧化碳连续激光设备进行硬质合金和钢焊接，研究了不一样激光器、焊接功率、焊接速度、垂直聚焦高度、偏离高度等工艺参数对焊缝影响。YAG连续激光焊焊接效果最好，能够形成完整、狭小焊缝，热影响区小，缺点较少；硬质合金中WC发生分解，W扩散到过渡区中和C结合形成WC，弥散分布在过渡区马氏体中，增强焊缝弯曲强度，过渡区中还出现从钢中扩散而来碳形成柱条状碳颗粒；裂纹没有出现在过渡区而是在硬质合金中，这是因为硬质合金热膨胀系数和过渡区失配，在硬质合金中残留大量应力。②钨极惰性气体保护电弧焊（TIG焊）TIG焊是利用高熔点钨棒作为一个电极，以工件作为另一个电极，利用惰性气体作为保护介质一个焊接方法。即使钨极载流能力有限，功率受到了限制，致使焊缝熔深浅，焊接速度低，但经过辅以多层焊、开坡口等工艺方法能够实现较厚工件焊接。TIG焊含有保护效果好、焊接过程稳定、电弧能量参数可正确控制、速度快、成本低、易于实现自动化、适宜于多种位置施焊等优点，而且能够经过调整填充材料化学成份，使WC-Co硬质合金中C难以向钢侧迁徙或是经过降低焊缝界面区Fe浓度，抑制或降低硬质合金热影响区η相形成。在57%Ni-Fe合金基础上，合适增加焊丝中C浓度能够降低或抑制η相形成，焊缝硬度随焊丝C浓度增加而增加，焊丝C浓度为0.8%时，焊缝硬度最高，达成320HV左右；界面区域形成η相属富W和FeM6C型复合碳化物，分布于界面区域并在界面处聚集长大，η相中Fe浓度达成23%（摩尔分数）左右；当Fe浓度在YG30中达约40%（摩尔分数）时，WC分解成η相；在界面周围，碳从YG30基体向焊缝扩散，深度达100μm左右；Ni和Fe也向YG30基体显著扩散，深度达200μm左右纯Fe作为填充金属时，界面处产生大块η相最多，在1050℃退火后，焊态η相不变，1150℃退火后，开始产生新η相，成核于WC-γ相界，吞并WC晶粒长大，分布在WC颗粒边界；纯Fe和Ni-Fe合金作为填充金属时，分布于界面区域η相为Fe3W3C，Co-Fe合金作为填充金属时，界面处产生η相则为Fe3W3C和Co3W3C混合物；Ni元素可抑制η相形成，形成弥散分布细小η选择不一样成份Co-Fe-C合金填充材料也对YG30硬质合金和45钢进行了TIG焊试验，发觉填充材料在Fe-C合金基础上，合适增加Co含量能够降低或抑制η相形成；当填充材料中Co含量为73%时，焊缝界面区没有η相形成；伴随填充材料中Co含量增加，焊缝界面区硬度过渡平缓。选择不一样厚度Ni-Fe、Ni-Fe-C-Mn-Nb因瓦合金和YG30硬质合金在不加填充材料、对接条件下直接进行TIG焊接试验。因瓦合金成份如表2.3所表示。YG3硬质合金和因瓦合金TIG焊对接界面组织中是否形成η-碳化物和因瓦合金成份是否含碳相关，无碳因瓦合金试样在界面区出现块状η-碳化物黑色组织，含碳因瓦合金界面区没有黑色η-碳化物组织形成；伴随母材厚度增加，焊接电流也伴随增加，厚度为2mm、电流为135A和厚度为4mm、电流为145A两种焊接接头冶金结合情况最好，没有显著焊接缺点，界面区组织分布比较均匀，焊接接头硬度HV分别约为600、550，硬度分布过渡平缓，而且有一定厚度过渡层。表2.3因瓦合金成份Tab.2.3ComponentInvaralloy成份编号w(Ni)w(C)w(Mn)w(Nb)w(S)w(P)w(Fe)成份Ⅰ420.63.44≤0.003≤0.003余量成份Ⅱ42≤0.003≤0.00358因为硬质合金高熔点和和基体金属物理性能相差较大，钎焊仍是现在最关键焊接方法。然而，对于一般钎焊工艺来说，其接头强度不高、耐热性差，怎样让提升钎焊接头常温和高温承载能力是有待处理关键问题；扩散焊也是一个可行而实用焊接方法，能够取得很好焊接接头，氮气设备投资大、生产效率低下、工艺控制复杂等原因限制了其应用；烧结扩散焊、TIG焊、激光焊等新方法，处于试验研究阶段，其中还有很多问题有待处理，比如硬质合金焊接冶金学理论、填充焊丝合金成份设计、熔合区η相形成和控制、焊接裂纹控制等。所以，优化现在焊接方法工艺参数，寻求新焊接方法，从而实现硬质合金和钢良好结合是研究方向[9]。2.5.2金属陶瓷和金属焊接在多种陶瓷和金属焊接方法基础上，对金属陶瓷和金属焊接技术进行初步探讨，在介绍多种适适用于金属陶瓷和金属焊接技术方法同时，指出其优缺点和有待研究处理问题，以期推进金属陶瓷和金属焊接技术研究，进而推广这种优异工具材料在工业领域应用。(1)熔化焊熔化焊是应用最为广泛焊接方法，是利用一定热源，使连接部位局部熔化成液体，然后再冷却结晶成一体。焊接热源有电弧、激光束和电子束等。现在Ti（C、N）基金属陶瓷熔化焊关键存在以下两个问题有待处理：一是伴随熔化温度升高，流动性降会低，有可能促进基体和增强相之间化学反应(界面反应)发生，降低焊接接头强度；二是缺乏专门研制金属陶瓷熔化焊填充材料。(2)钎焊钎焊是把材料加热到合适温度，同时应用钎料使材料产生结合一个焊接方法。钎焊是Ti(C、N)基金属陶瓷和金属连接一个关键焊接方法，钎焊接头质量关键取决于选择适宜钎料和钎焊工艺。火焰钎焊条件下，以H62为钎料接头平均剪切强度为37MPa，以银铜为钎料接头剪切强度达114MPa，以硼、铜、锌为钎料接头平均剪切强度为49MPa；在氩气保护炉焊条件下，以H62为钎料接头平均剪切强度为37MPa，以银铜为钎料接头平均剪切强度为51MPa。经过观察和分析钎焊接头结合情况及剪切试验，表明Ti（C、N）基金属陶瓷含有很好钎焊性。但因为接头界面处金属陶瓷中存在残余应力，造成剪切试验时均断在金属陶瓷上，而且钎焊接头剪切强度不高。多年来还利用非晶技术研制成功了新含钛合金系，如Cu-Ti、Ni-Ti合金，能够直接用来钎焊陶瓷和金属，其接头工作温度比用银铜钎料钎焊要高得多。现在，金属陶瓷钎焊需要处理怎样降低或消除界面处金属陶瓷中残余应力和提升接头强度问题。(3)压焊压焊时基体金属通常并不熔化，焊接温度低于金属熔点，有也加热至熔化状态，仍以固相结合而形成接头，所以能够降低高温对母材有害影响，提升金属陶瓷和金属焊接质量。(4)中性原子束照射法中性原子束照射法利用中性原子束照射金属和陶瓷接合面，使接合面原子活化。物质清洁表面含有极佳活性，然而物质表面往往沾有污物或覆盖着一层极薄氧化膜，使其活性降低。该方法关键是对接合面照射氩等惰性气体1000~1800V低能原子束，从表面除去20nm左右薄层，使表面活化，然后加压，利用表面优异反应度进行常温状态下接合，此方法可用于氮化硅等高强度陶瓷和金属接合。(5)液相过渡焊接法液相过渡焊接(TLP)是介于熔焊和压焊之间焊接方法。该技术综合了钎焊技术和扩散连接技术优点，可制备服役温度不低于连接温度高温接头。TLP连接技术焊接和钎焊操作步骤相同，均需在待连接母材表面间放入熔点低于母材第三种材料(在TLP中常叫中间层Interlayer,在钎焊中常叫钎料Fillermetal)；然后加热、保温。但二者扩散充足程度、凝固方法和最终所得接头成份、组织不连续程度全部不一样。(6)自蔓延高温合成焊接法自蔓延高温合成(SHS)技术也称为燃烧合成(CS)技术，是由制造难熔化合物(碳化物、氮化物和硅化物)方法发展而来。在这种方法中，首先在陶瓷和金属之间放置能够燃烧并放出大量生成热固体粉末，然后用电弧或辐射将粉末局部点燃而开始反应，并由反应所放出热量自发地推进反应继续向前发展，最终由反应所生成产物将陶瓷和金属牢靠地连接在一起。该方法显著特点是能耗低，生产效率高，对母材热影响作用小，经过设计成份梯度改变焊缝来连接异种材料，能够克服因为热膨胀系数差异而造成焊接残余应力。但燃烧时可能产生气相反应和有害杂质侵入，从而使接头产生气孔和接头强度降低。所以，连接最好在保护气氛中进行，并对陶瓷和金属两端加压。现在SHS机理研究还未成熟，设备开发和应用投资颇大，所以SHS焊接还未工程化。3焊接新技术新工艺发展及前景焊接作为一门制造技术，自20世纪初发展至今已经有90多年历史了，但在工艺上应用及其在制造业中关键性，直到20世纪50年代才显示出来。现在在世界工业国家中，焊接已成为一门不可缺乏独立制造技术，在制造业中起着关键作用，没有一个技术能像焊接技术那样被制造商如此普遍地用于金属及合金高效连接，并在其产品中产生如此多附加值。现在，焊接广泛应用于多种材料连接，并采取了诸如激光~电子束焊等优异技术，不管是在建筑~桥梁行业，还是在车辆~计算机及医疗机械行业，绝大多数产品离开焊接技术就根本无法制造，尤其是有了异种材料和非金属材料连接技术和在产品形状和设计方面创新制造方法，能够说焊接技术未来充满了期望[10]。3.1焊接新技术新工艺发展趋势焊接技术自诞生以来一直受到诸学科最新发展直接影响和引导，众所周知，受材料，信息学科新技术影响，不仅造成了数十种焊接新工艺问世，而且也使得焊接工艺操作正经历着手工焊到自动焊、自动化、智能化过渡，这已成为公认发展趋势。3.1.1能源方面现在，焊接热源已很丰富，如火焰、电弧、电阻、超声、摩擦、等离子、电子束、激光束、微波等等，但焊接热源研究和开发并未终止，其新发展可概括为三个方面：首先是对现有热源改善，使它更为有效、方便、经济适用，在这方面，电子束和激光束焊接发展较显著；其次是开发愈加好、更有效热源，采取两种热源叠加以求取得更强能量密度，比如在电子束焊中加入激光束等；第三是节能技术。因为焊接所消耗能源很大，所以出现了不少以节能为目标新技术，如太阳能焊、电阻点焊、螺柱焊机中利用电子技术发展来提升焊机功率因数等。3.1.2计算机在焊接中应用弧焊设备微机控制系统，可对焊接电流、焊接速度、弧长等多项参数进行分析和控制，对焊接操作程序和参数改变等作出显示和数据保留，从而给出焊接质量确实切信息。现在以计算机为关键建立多种控制系统包含焊接次序控制系统、PID调整系统、最好控制及自适应控制系统等。这些系统均在电弧焊、压焊和钎焊等不一样焊接方法中得到应用。计算机软件技术在焊接中应用越来越得到大家重视。现在，计算机模拟技术已用于焊接热过程、焊接冶金过程、焊接应力和变形等模拟；数据库技术被用于建立焊工档案管理数据库、焊接符号检索数据库、焊接工艺评定数据库、焊接材料检索数据库等；在焊接领域中，CAD/CAM应用正处于不停开发阶段，焊接柔性制造系统也已出现[11]。3.1.3焊接机器人和智能化焊接机器人是焊接自动化革命性进步，它突破了焊接刚性自动化传统方法，开拓了一个柔性自动化新方法，焊接机器人关键优点是：稳定和提升焊接质量，确保焊接产品均一性；提升生产率，一天可二十四小时连续生产；可在有害环境下长久工作，改善了工人劳动条件；降低了对工人操作技术要求；可实现小批量产品焊接自动化；为焊接柔性生产线提供