摘要伴隨科學(xué)技術(shù)不停發(fā)展，焊接新技術(shù)新工藝也不停成熟和創(chuàng)新使其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在機(jī)械制造、航空航天、石油化工、能源、交通、建筑、冶金等領(lǐng)域使用金屬結(jié)構(gòu)全部屬于焊接結(jié)構(gòu)，在加工過(guò)程中全部離不開(kāi)焊接。工業(yè)發(fā)展，含有特殊性能新型結(jié)構(gòu)材料不停涌現(xiàn)，對(duì)焊接技術(shù)要求也越來(lái)越高，所以焊接新技術(shù)新工藝發(fā)展情況也越來(lái)越受到關(guān)注。文中先從焊接技術(shù)和材料開(kāi)始介紹，以此為前提再經(jīng)過(guò)對(duì)經(jīng)典金屬材料焊接新技術(shù)新工藝講解入手，著重介紹焊接技術(shù)及工藝在原有水平及基礎(chǔ)上最新發(fā)展情況，指出了這些焊接新技術(shù)新工藝內(nèi)容及應(yīng)用情況，并對(duì)焊接技術(shù)和工藝做出了合適展望。關(guān)鍵詞：新技術(shù)，新工藝，金屬材料，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目錄前言11金屬焊接材料及技術(shù)介紹21.1焊接材料作用及種類21.1.1焊接材料作用 21.1.2新型焊接材料介紹 41.2金屬焊接技術(shù)介紹及現(xiàn)實(shí)狀況51.2.1焊接技術(shù)介紹 51.2.2金屬焊接技術(shù)現(xiàn)實(shí)狀況 82金屬焊接新技術(shù)和新工藝92.1珠光體耐熱鋼焊接新工藝92.1.1焊前分析 92.1.2焊接新工藝 92.2奧氏體不銹鋼焊接102.2.1奧氏體不銹鋼焊接缺點(diǎn)及方法 112.2.2奧氏體不銹鋼焊接新工藝 122.3鋁及鋁合金焊接132.3.1鋁及鋁合金焊接缺點(diǎn) 132.3.2鋁及鋁合金焊接工藝 142.3.3鋁及鋁合金焊接新技術(shù) 152.4鋁和銅焊接172.4.1銅和鋁焊接特點(diǎn) 172.4.2銅和鋁焊接工藝 172.5新型金屬材料焊接182.5.1硬質(zhì)合金焊接 182.5.2金屬陶瓷和金屬焊接 213焊接新技術(shù)新工藝發(fā)展及前景233.1焊接新技術(shù)新工藝發(fā)展趨勢(shì)233.1.1能源方面 233.1.2計(jì)算機(jī)在焊接中應(yīng)用 233.1.3焊接機(jī)器人和智能化 243.1.4提升焊接生產(chǎn)率 243.2焊接技術(shù)前景展望24結(jié)論26致謝27參考文件28前言焊接作為金屬加工方法已發(fā)展成一門獨(dú)立學(xué)科，焊接新技術(shù)新工藝不停成熟和發(fā)展使其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在機(jī)械制造、航空航天、石油化工、能源、交通、建筑、冶金等領(lǐng)域廣泛使用金屬結(jié)構(gòu)全部屬于焊接結(jié)構(gòu)，在加工過(guò)程中全部離不開(kāi)焊接。部分發(fā)達(dá)國(guó)家利用焊接加工鋼材量已經(jīng)超出鋼產(chǎn)量二分之一。大量鋁、銅、鈦等非鐵金屬結(jié)構(gòu)也是用焊接方法制造。伴隨科學(xué)技術(shù)發(fā)展和使用要求日益提升，含有特殊性能新型結(jié)構(gòu)材料不停涌現(xiàn)，對(duì)焊接技術(shù)要求也越來(lái)越高，所以材料焊接性，尤其是金屬材料焊接性，也越來(lái)越受到親密關(guān)注。只有在了解了焊接發(fā)展歷程、現(xiàn)實(shí)狀況及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，才能正確掌握焊接發(fā)展方向，有利于從事焊接工作，在焊接工作崗位上才能承前啟后，充滿信心，去做好焊接工作。本文關(guān)鍵采取論文形式，首先對(duì)焊接材料和近幾年焊接新技術(shù)及現(xiàn)實(shí)狀況作了概述，在此基礎(chǔ)上對(duì)常見(jiàn)及新型焊接材料焊接新技術(shù)新工藝進(jìn)行分析，掌握經(jīng)典金屬材料焊接技術(shù)和工藝；充足了解金屬材料在焊接過(guò)程中可能面臨困難及問(wèn)題，增強(qiáng)克服困難和處理問(wèn)題能力；經(jīng)過(guò)對(duì)焊接過(guò)程中焊接工藝及缺點(diǎn)了解和處理方法，意在經(jīng)過(guò)本文，在大致了解金屬材料焊接技術(shù)和焊接工藝發(fā)展情況下，要不停努力，主動(dòng)研究，盡可能開(kāi)發(fā)出新焊接技術(shù)和焊接工藝，以應(yīng)對(duì)不停發(fā)展和提升焊接需求。現(xiàn)代焊接技術(shù)是從19世紀(jì)80年代末發(fā)展起來(lái)，至今不過(guò)百余年。焊接技術(shù)發(fā)展依靠于科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，而焊接加工優(yōu)越性使之成為在多種裝備制造中必不可少手段?，F(xiàn)在用于生產(chǎn)焊接方法已超出50種。除常規(guī)電弧焊方法外，電阻焊、電渣焊、電子束焊、激光焊、等離子弧焊等焊接方法使用，使現(xiàn)代化大型設(shè)備能夠大量采取焊接結(jié)構(gòu)，如大型高壓容器和儲(chǔ)罐、大噸位運(yùn)輸船舶、核電站、水力及火力發(fā)電站、超音速飛機(jī)等制造中全部采取了焊接技術(shù)；多年來(lái)大型焊接結(jié)構(gòu)及焊接技術(shù)在尖端精密產(chǎn)品中印業(yè)大量應(yīng)用，如：鳥(niǎo)巢、三峽水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、神州三號(hào)機(jī)大型熱壁加氫反應(yīng)器。伴隨焊接產(chǎn)品使用要求不停提升，需要采取部分含有特殊性能結(jié)構(gòu)材料，如高強(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度鋼、耐熱耐蝕鋼、難熔合金、非鐵金屬及合金、火星金屬、異種金屬及復(fù)合材料等，所以對(duì)焊機(jī)技術(shù)提出來(lái)更高要求；反過(guò)來(lái)也促進(jìn)了焊接技術(shù)和焊接工藝發(fā)展，促進(jìn)了焊接生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化，如焊接機(jī)器人、自動(dòng)焊接生產(chǎn)線在中國(guó)制造業(yè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。1金屬焊接材料及技術(shù)介紹即使現(xiàn)代焊接技術(shù)已進(jìn)入了成熟階段，但伴隨社會(huì)發(fā)展，科學(xué)進(jìn)步，新產(chǎn)品、新材料不停地涌現(xiàn)，焊接技術(shù)也需要不停地發(fā)展，深入地完善。新型焊接材料不停地開(kāi)發(fā)并得以應(yīng)用，既深入提升了焊接生產(chǎn)率，又能夠使焊接過(guò)程愈加穩(wěn)定，飛濺更小，焊縫質(zhì)量愈加好。焊接工作者研制出了多種新型焊條，如鐵粉焊條、重力焊條、躺焊焊條等；還研制出了多種送絲方法和焊縫跟蹤裝置，弧焊機(jī)器人及智能化；大力發(fā)展高能束焊接，即等離子束焊接、電子束焊接、激光束焊接等。1.1焊接材料作用及種類伴隨焊接技術(shù)快速發(fā)展，焊接材料應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。焊接材料在造船、石油化工、車輛、電力、核反應(yīng)堆等領(lǐng)域中起著很關(guān)鍵作用，在焊接過(guò)程中作為填充金屬及保護(hù)物質(zhì)而存在。1.1.1焊接材料作用(1)焊接材料作用焊接過(guò)程中多種填充金屬及為了提升焊接質(zhì)量而附加保護(hù)物質(zhì)統(tǒng)稱為焊接材料。伴隨焊接技術(shù)快速發(fā)展，焊接材料應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。焊接材料在造船、石油化工、車輛、電力、核反應(yīng)堆等領(lǐng)域中起著很關(guān)鍵作用。而且，焊接技術(shù)發(fā)展對(duì)焊接材料不管在品種和產(chǎn)量方面全部提出了越來(lái)越高要求。焊接生產(chǎn)中廣泛使用焊接材料關(guān)鍵包含焊條、焊絲、焊劑、保護(hù)氣體和釬劑、釬料等。不一樣焊接工藝下采取焊接材料組合見(jiàn)表1.1表1.1不一樣焊接工藝條件下采取焊接材料Tab.1.1Underdifferentweldingprocessesweldingmaterialused焊接工藝焊焊接材料接焊條電弧焊電焊條電（一般焊條、專用焊條）氣體保護(hù)焊焊絲（實(shí)心焊絲、藥芯焊絲）+保護(hù)氣體（活性、惰性、混合）埋弧焊、電渣焊焊絲+焊劑（熔煉焊劑、非熔煉焊劑）釬焊釬劑、釬料上上述多個(gè)焊接工藝方法共同特點(diǎn)是以焊接材料作為焊縫填充金屬起源，依靠焊接材料來(lái)完成焊接過(guò)程對(duì)液態(tài)熔池保護(hù)盒冶金作用，以取得優(yōu)質(zhì)焊縫金屬。各國(guó)焊條和焊絲產(chǎn)量百分比，在一定程度上反應(yīng)了該國(guó)焊接自動(dòng)化水平?，F(xiàn)在在歐、美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家焊接生產(chǎn)中，焊條產(chǎn)量在焊接材料中約占60%，焊絲產(chǎn)量約占40%。中國(guó)目前焊條產(chǎn)量約占焊接材料總產(chǎn)量80%，低于歐、美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家。現(xiàn)在中國(guó)生產(chǎn)低碳鋼焊條以鈦鈣型焊條為主，低合金高強(qiáng)度鋼焊條以低氫型焊條為主，鈦鈣型和低氫型焊條約占焊條總量90%以上。焊接材料質(zhì)量對(duì)確保焊接過(guò)程穩(wěn)定和取得滿足使用要求焊縫金屬起著決定性作用。歸納起來(lái)，焊條材料應(yīng)含有以下作用：確保電弧穩(wěn)定燃燒和焊接熔滴順利過(guò)渡；在焊接過(guò)程中保護(hù)液態(tài)熔池金屬，以預(yù)防空氣侵入；進(jìn)行冶金反應(yīng)和過(guò)渡合金元素，調(diào)整和控制焊縫金屬成份和性能；預(yù)防氣孔、裂紋等焊接缺點(diǎn)產(chǎn)生；改善焊接工藝性能，在確保焊接質(zhì)量前提下盡可能提升焊接效率。中國(guó)輸焊接材料使用大國(guó)，以后若干年內(nèi)還是以焊條，焊絲為主。有技術(shù)開(kāi)發(fā)能力企業(yè)正在立即調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)市場(chǎng)上急需品種，如管線用纖維素型和低氫型全位置立向下焊焊條、船舶行業(yè)使用高效鐵粉焊條和重力焊條、石油化工行業(yè)短缺耐發(fā)紅不銹鋼焊條、交流施焊高韌性低氫焊條等。開(kāi)發(fā)關(guān)鍵工程用特殊焊條、專業(yè)焊條，在提升和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，為用戶提供優(yōu)質(zhì)高效焊條和服務(wù)等方面開(kāi)展工作。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊絲發(fā)展前景看好。但中國(guó)現(xiàn)在焊絲品種單調(diào)，應(yīng)不停開(kāi)發(fā)焊絲品種和規(guī)格，如600MPa、700MPa、800MPa高強(qiáng)度焊絲，特殊用途產(chǎn)品，如耐蝕鋼焊絲等。改善包裝，攻克小規(guī)格焊絲層繞上盤(pán)工藝和設(shè)備，研制罐裝焊絲工藝及設(shè)備。藥芯焊絲在產(chǎn)品中種類、質(zhì)量、成本等方面還有很多工作要做，如開(kāi)發(fā)多種氣體保護(hù)焊、自保護(hù)焊、埋弧自動(dòng)焊、堆焊用藥芯焊絲。(2)焊接材料對(duì)接頭性能影響焊接材料（焊條、焊絲、焊劑）成份對(duì)焊縫金屬化學(xué)成份、組織和性能相關(guān)鍵影響。為了使焊縫金屬含有所要求成份和性能，必需確保焊材中有益合金元素含量和嚴(yán)格控制有害雜質(zhì)含量。焊縫金屬合金化焊縫金屬合金化就是把所需要合金元素經(jīng)過(guò)焊材過(guò)渡到焊縫金屬（或堆焊金屬）中去。焊接中合金化目標(biāo)是賠償合金元素?zé)龘p、消除焊接缺點(diǎn)（裂紋、氣孔等）和改善焊縫金屬組織性能等。合金成份是決定焊縫成份關(guān)鍵原因。改善和研制焊條、焊絲、焊劑時(shí)，必需依據(jù)焊接接頭工作條件焊縫金屬最好化學(xué)成份，以確保焊縫性能滿足使用要求。有害雜質(zhì)控制雜質(zhì)對(duì)焊縫金屬性能和金屬焊接性有十分關(guān)鍵影響，其中影響有較大有害雜質(zhì)關(guān)鍵有O、N、H、S、P等。O、N、H元素對(duì)焊縫金屬關(guān)鍵影響是造成脆化，產(chǎn)生氣孔和裂紋，降低焊縫金屬塑性和韌性。常見(jiàn)焊材熔敷金屬中O、N、H含量列于表1.2表1.2常見(jiàn)焊材熔敷金屬中O、N、H含量Tab.1.2CommonlyusedweldingconsumablesweldingmetalO,N,Hcontent類別氧含量/%氮含量/%氫含量/%H08A焊絲0.01~0.02-0.2~0.5光焊絲0.15~0.300.08~0.228-纖維素焊條0.0900.01335.8鈦型焊條0.0650.01539.1鈦鈣型焊條0.05~0.07--鈦鐵礦型焊條0.1010.01430.1低氫型焊條0.02~0.030.0104.2埋弧焊焊條0.03~0.050.002~0.0074.40CO2焊焊條0.02~0.070.008~0.0150.04惰性氣體保護(hù)焊焊條0.00170.0068-藥芯焊絲CO2焊焊條-0.015~0.040-氣焊焊材0.045~0.050.015~0.0205.00對(duì)于N和H控制，須清除焊件和焊接材料附著油、銹、氧化膜及水分、烘干焊材（焊條、焊劑）并應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)，預(yù)防空氣侵入焊接區(qū)域。對(duì)于氧控制，可在藥皮、藥芯或焊劑中添加脫氧鐵合金，限制氣氛氧化性。焊縫金屬中S、P含量控制關(guān)鍵從限制焊材中S、P雜質(zhì)含量入手，通常應(yīng)分別控制在0.03%以下。1.1.2新型焊接材料介紹(1)高強(qiáng)高韌性焊條多年來(lái)，冶金工業(yè)技術(shù)進(jìn)步很快。伴隨控軋、控冷和爐外精煉技術(shù)應(yīng)用，使各類結(jié)構(gòu)鋼材強(qiáng)度、韌性和純度全部有了很大提升。對(duì)焊接材料韌性和抗裂性能提出了更高要求?；谶@種轉(zhuǎn)變，焊接材料韌性水平需要一個(gè)技術(shù)跨越才能滿足現(xiàn)代焊接結(jié)構(gòu)要求，國(guó)外多家廠商展出了這方面產(chǎn)品，在中國(guó)部分焊接材料企業(yè)展臺(tái)上也展出了強(qiáng)度600~1000MPa級(jí)超低氫高韌性焊條系列產(chǎn)品，其熔敷金屬塑韌性水平，擴(kuò)散氫含量和純凈度達(dá)成國(guó)外水平。產(chǎn)品已成功用于重大軍事工程、奧運(yùn)“鳥(niǎo)巢”工程、三峽工程等重大水利工程、工程機(jī)械、礦山機(jī)械焊接。(2)新型耐熱鋼焊條這是目前電力工業(yè)建設(shè)中一個(gè)熱點(diǎn)，國(guó)外幾家名牌企業(yè)已連續(xù)幾年在北京埃森展會(huì)上展出了和超臨界、超超臨界機(jī)組配套新型耐熱鋼焊條。中國(guó)在新型耐熱鋼焊條研究方面，也取得關(guān)鍵技術(shù)結(jié)果，已開(kāi)發(fā)出用于T/P23、T/P24、T/P92鋼焊接電焊條產(chǎn)品，其熔敷金屬高溫抗蠕變和焊接工藝性能和國(guó)外產(chǎn)品性能相當(dāng)。已含有和超臨界，超超臨界機(jī)組焊接配套能力。(3)新型不銹鋼焊條不少中國(guó)外企業(yè)全部展出了雙相不銹鋼、控氮不銹鋼、超級(jí)雙相不銹鋼、超低碳不銹鋼和高溫耐熱不銹鋼等新型焊條。(4)耐火耐候高性能建筑用鋼焊條武鋼自主開(kāi)發(fā)了，含有國(guó)際領(lǐng)先水平高性能WGJ510C2耐火耐候鋼，為處理高性能WGJ510C2耐火耐候鋼焊接材料配套問(wèn)題，中國(guó)已開(kāi)發(fā)出配套焊條并應(yīng)用于大型高層建筑鋼結(jié)構(gòu)工程建造。(5)管線鋼焊條這方面國(guó)外名牌企業(yè)產(chǎn)品已用于中國(guó)管線焊接工程?，F(xiàn)在中國(guó)已含有X80及以下低氫焊條和X70及以下纖維素焊條產(chǎn)品配套能力，并批量出口。(6)大型原油儲(chǔ)罐高強(qiáng)鋼焊條為確立國(guó)家石油戰(zhàn)略貯備基地建設(shè)，國(guó)家發(fā)改委組織中國(guó)關(guān)鍵鋼鐵企業(yè)和焊接材料企業(yè)進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)?，F(xiàn)在10萬(wàn)立方米及以上大型原油貯備罐建造用高強(qiáng)度鋼焊條，關(guān)鍵是國(guó)產(chǎn)焊條，并批量出口。(7)抗氫鋼焊接材料煉油裝置和天然氣集輸、脫硫工程結(jié)構(gòu)對(duì)抗硫化氫和應(yīng)力腐蝕提出來(lái)較高要求，工程裝備和管路系統(tǒng)采取16MnR（HIC）或20（HIC）建造，對(duì)焊接材料熔敷成份有嚴(yán)格要求，尤其要求S小于等于0.006%。P小于等于0.008%。并要求有較低屈強(qiáng)比，中國(guó)開(kāi)發(fā)抗氫鋼焊條已大量用于高含硫氣田開(kāi)發(fā)、石油化工裝置建造。(8)深冷工程焊接材料歐洲和日本3.5Ni鋼和9Ni鋼焊條已在這幾年展會(huì)中展出，并在中國(guó)工程中使用。中國(guó)關(guān)鍵焊條企業(yè)這次也展出了和9Ni鋼配套鎳-鉻-鉬，鎳-鉻-鐵和奧氏體合金系焊條產(chǎn)品，技術(shù)水平和國(guó)外相當(dāng)。(9)鐵道車輛用焊接材料鐵路運(yùn)輸業(yè)高速發(fā)展為采取新技術(shù)發(fā)明了條件，鐵道車輛建造用鋼經(jīng)歷了從一般碳鋼到含有優(yōu)良抗大氣腐蝕性耐候鋼、特種物料腐蝕性能高強(qiáng)耐候鋼和TCS鐵素體不銹鋼，中國(guó)已含有覆蓋了50、55、60千克級(jí)車輛用焊條和TCS不銹鋼焊條商品化配套能力[1]。1.2金屬焊接技術(shù)介紹及現(xiàn)實(shí)狀況伴隨科學(xué)技術(shù)不停發(fā)展，焊接技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)不停加大，大量現(xiàn)代化焊接技術(shù)被應(yīng)用到焊接中，焊接工作者面臨著更復(fù)雜技術(shù)難題，在這么隋況下，焊接方法迅猛發(fā)展，焊接生產(chǎn)工藝水平也在快速改善。焊接工作者主動(dòng)研發(fā)新焊接方法，來(lái)提升產(chǎn)品焊接質(zhì)量。1.2.1焊接技術(shù)介紹焊接技術(shù)關(guān)鍵應(yīng)用在金屬母材上。常見(jiàn)有電弧焊，氬弧焊，C02保護(hù)焊。氧氣-乙炔焊，激光焊接，電渣壓力焊等多個(gè)，塑料等非金屬材料亦可進(jìn)行焊接．金屬焊接方法有40種以上，關(guān)鍵分為熔焊、壓焊和釬焊三大類：熔焊是在焊接過(guò)程中將工件接口加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接方法；壓焊是在加壓條件下，使兩工件在固態(tài)下實(shí)現(xiàn)原子間結(jié)合，又稱固態(tài)焊接；釬焊是使用比工件熔點(diǎn)低金屬材料作釬科，將工件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于工件熔點(diǎn)溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕工件，填充接口間隙并和工件實(shí)現(xiàn)原子問(wèn)相互擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)焊接方法。下面就分析近幾年出現(xiàn)多個(gè)焊接新方法及其應(yīng)用。(1)電子束焊接技術(shù)電子束焊接技術(shù)起源于德國(guó)，伴隨電子束焊接不停發(fā)展，這種技術(shù)受到了世界普遍關(guān)注，電子束焊接設(shè)備穩(wěn)定性很好，操作過(guò)程自動(dòng)化程度很高，是現(xiàn)在比較成熟高能束流加工方法之一。20世紀(jì)60年代初，這種技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于原子能工業(yè)，飛機(jī)制造業(yè)中。因?yàn)槠浜猩畲┩柑攸c(diǎn)，以后又進(jìn)入到大厚度，重型零件焊接中，同時(shí)，在真空室，高功率電子槍中也有很大應(yīng)用。電子束焊接技術(shù)正越來(lái)越應(yīng)用廣泛，在空間結(jié)構(gòu)焊接和加工中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。電子束焊接是這么一個(gè)焊接方法，它利用匯聚高速電子轟擊工件接縫處所產(chǎn)生熱量來(lái)使材料熔合，從而達(dá)成焊接目標(biāo)。由電子槍產(chǎn)生電子束在轟擊工件時(shí)，使動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，成為了焊接熱源，通常電子槍是由陰極，陽(yáng)極和聚束極組成。當(dāng)陰極被加熱后，在電場(chǎng)作用下，陰極表面因?yàn)闊岚l(fā)射效應(yīng)會(huì)發(fā)射電子，這些電子連續(xù)不停飛向工件，當(dāng)這些電子束匯聚起來(lái)時(shí)，能量密度很高，能夠達(dá)成熔化焊接金屬目標(biāo)。電子束焊接技術(shù)相比于傳統(tǒng)焊接工藝來(lái)說(shuō)，有很多無(wú)可比擬優(yōu)勢(shì)：①電子束焊接能量密度很高，效率很高。對(duì)于鎢，鉬等高熔點(diǎn)材料全部能夠快速熔化，而且對(duì)于大厚度工件，電子束深穿透性對(duì)于提升焊接效率發(fā)揮了很關(guān)鍵作用。②工件變形小，熱影響區(qū)小。因?yàn)殡娮邮附雍附铀俣瓤?，能夠形成一個(gè)深而窄焊縫，工件得到熱量小，所以工件變形小。③可焊接材料和零件很多。電子束焊接可對(duì)于陶瓷、石英玻璃、和超導(dǎo)材料、熱敏材料，難熔金屬等進(jìn)行焊接，還能夠?qū)σ恍┨厥饨Y(jié)構(gòu)和精細(xì)零件進(jìn)行焊接。④電子束焊接是在真空中進(jìn)行，能夠避免有害氣體侵入和材料氧化。(2)攪拌摩擦焊接技術(shù)攪拌摩擦焊接技術(shù)是一個(gè)高效固態(tài)連接方法，它能夠用于焊接低熔點(diǎn)有色金屬。相比于傳統(tǒng)焊接技術(shù)，它接頭質(zhì)量好，自動(dòng)化程度高，廣泛應(yīng)用于航空航天，汽車，造船等合金結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域。摩擦焊是一個(gè)利用摩擦產(chǎn)生熱量來(lái)進(jìn)行焊接技術(shù)，節(jié)能效果顯著。和常規(guī)摩擦焊接—樣，攪拌摩擦焊接焊接熱源也起源于摩擦熱，它是由英國(guó)焊接研究所發(fā)明，其實(shí)質(zhì)是用一個(gè)帶有攪拌針和軸肩特殊攪拌頭來(lái)進(jìn)行焊接，將攪拌針插入焊縫，摩擦加熱被焊金屬，使金屬溫度升高，成為塑性狀態(tài)，同時(shí)攪拌金屬形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)空洞，當(dāng)旋轉(zhuǎn)空洞伴隨攪拌針前移時(shí)，熱塑性金屬不停地流向后方，冷卻后形成致密焊縫。攪拌摩擦焊相比于其它焊接技術(shù)來(lái)說(shuō)，它優(yōu)點(diǎn)很突出：①焊接質(zhì)量高。因?yàn)槭枪虘B(tài)連接，沒(méi)有粗大凝固組織和焊接缺點(diǎn)，熱變形小，能夠?qū)崿F(xiàn)大型結(jié)構(gòu)精密焊接。②耗能低，節(jié)能效果顯著，沒(méi)有污染，沒(méi)有煙塵，飛濺，和強(qiáng)烈輻射等。③成本低，摩擦焊接新技術(shù)不需要焊條，焊絲，焊藥和保護(hù)氣體，還可實(shí)現(xiàn)水下焊接。④自動(dòng)化程度高。這種焊接技術(shù)不需要進(jìn)行等級(jí)培訓(xùn)，操作過(guò)程簡(jiǎn)便，輕易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。攪拌摩擦焊接應(yīng)用很廣泛，已經(jīng)在航空，航天，造船，建筑，交通領(lǐng)域得到了充足發(fā)展。在制造船舶上，能夠用來(lái)焊接甲板，船頭等零部件。在航空領(lǐng)域能夠用來(lái)焊接機(jī)翼，機(jī)身和飛機(jī)油箱等，另外，在其它方面，這種焊接技術(shù)也發(fā)揮了很大作用，高速列車，汽車底盤(pán)車身支架，熱交換器，發(fā)動(dòng)機(jī)殼體全部可用攪拌摩擦焊來(lái)進(jìn)行焊接。(3)激光焊接技術(shù)激光加工技術(shù)一個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用就是激光焊接技術(shù)。這種技術(shù)是一個(gè)熱傳導(dǎo)型技術(shù)，就是利用激光輻射產(chǎn)生熱量來(lái)加熱工件表面，這些熱量經(jīng)過(guò)熱傳導(dǎo)向工件內(nèi)部擴(kuò)散。這種熱量能夠經(jīng)過(guò)控制激光脈沖寬度、能量、功率等參數(shù)來(lái)得到，來(lái)形成特定熔池。激光焊接是一個(gè)高能束焊接方法，比其它焊接方法更能夠?qū)崿F(xiàn)深熔焊形式，所以現(xiàn)在已經(jīng)有大量激光焊接生產(chǎn)線投入工業(yè)生產(chǎn)。激光焊接是一個(gè)以激光作為熱源而進(jìn)行焊接，經(jīng)過(guò)用拋物面鏡或凸透鏡聚光激光能夠得到高功率密度熱源，這么焊接得到焊縫熔深很大。當(dāng)激光焊接使工件表面溫度快速上升后，又快速冷卻，這么就能夠進(jìn)行熔融或非熔融表面處理。激光焊接有兩種基礎(chǔ)方法，傳導(dǎo)焊和小孔焊。傳導(dǎo)焊熔池表面是封閉，這種焊接對(duì)于系統(tǒng)擾動(dòng)較小，并目焊縫不易被氣體侵入。小孔焊熔池被激光光束穿透成了孔，小孔不停關(guān)閉造成了氣孔產(chǎn)生。激光焊接比其它傳統(tǒng)焊接技術(shù)速度愈加快，深度更大，變形較小，而且在特殊環(huán)境下也能夠進(jìn)行焊接。不過(guò)它要求較高，光束位置在工件上不能有太大偏移，另外，激光焊接系統(tǒng)成本較高。伴隨激光技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)代研究關(guān)鍵方向轉(zhuǎn)向了激光方法和其它方法聯(lián)合技術(shù)，如激光焊和鎢極氬弧焊共同作用焊接等，這些技術(shù)填補(bǔ)了激光焊接技術(shù)部分缺點(diǎn)?，F(xiàn)在，激光焊接應(yīng)用領(lǐng)域不停擴(kuò)大，包含到了制造業(yè)，汽車工業(yè)，電子工業(yè)，生物業(yè)，航空航天業(yè)和造船工業(yè)等。激光焊接在汽車領(lǐng)域發(fā)展很快，逐步應(yīng)用到半軸，傳動(dòng)軸，散熱器等汽車部件制造。因?yàn)榧す夂附觾?yōu)點(diǎn)，它在集成電路和半導(dǎo)體器件焊接中，發(fā)揮了很大優(yōu)勢(shì)。另外，激光焊接也在真空器件研制中得到了應(yīng)用，如快熱陰極燈絲組件等。對(duì)于航空航天領(lǐng)域激光研究也取得了良好進(jìn)展，如利用激光技術(shù)來(lái)修復(fù)損傷結(jié)構(gòu)件等，對(duì)于有些要求較高焊縫，只有激光焊才能完成[2]。除了以上三種方法在近幾年來(lái)發(fā)展較快外，還有其它焊接新技術(shù)在不停出現(xiàn)，不停發(fā)展，新焊接工藝比如弧焊機(jī)器人及智能化焊接、數(shù)字化生產(chǎn)及其它焊接工藝方面也在不停探索和創(chuàng)新。1.2.2金屬焊接技術(shù)現(xiàn)實(shí)狀況焊接已成為現(xiàn)代工業(yè)中一個(gè)不可缺乏，而且日益關(guān)鍵加工工藝方法。在近代金屬加工中，焊接比鑄造、鍛壓工藝發(fā)展較晚，但發(fā)展速度很快。焊接結(jié)構(gòu)重量約占鋼材產(chǎn)量45％，鋁和鋁合金焊接結(jié)構(gòu)比重也不停增加,其它新型金屬材料焊接也在不停涌現(xiàn)。金屬焊接技術(shù)已經(jīng)在中國(guó)各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。不過(guò)因?yàn)榻饘俸附蛹夹g(shù)會(huì)對(duì)被焊工件質(zhì)量造成直接影響，而被焊工件出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題通常是因?yàn)槌霈F(xiàn)焊接缺點(diǎn)造成。在金屬焊接中常出現(xiàn)缺點(diǎn)是因?yàn)楹附庸に嚒⒑附蛹夹g(shù)、外部環(huán)境和被焊接金屬材料本身性能不一樣而產(chǎn)生。為確保焊接件質(zhì)量和內(nèi)部組織無(wú)缺點(diǎn)，達(dá)成質(zhì)量和設(shè)計(jì)要求，在焊接過(guò)程中對(duì)被焊接金屬焊接性、工藝要求、焊接規(guī)范和焊接設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)和檢驗(yàn)，并采取對(duì)應(yīng)技術(shù)和工藝方法對(duì)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，才能很好地預(yù)防和預(yù)防一些缺點(diǎn)產(chǎn)生。近些年來(lái)，焊接工作者們?cè)诤附舆^(guò)程中不停吸收經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)教訓(xùn)，探索出了很多在金屬材料焊接中克服缺點(diǎn)，確保質(zhì)量焊接新技術(shù)新工藝。2金屬焊接新技術(shù)和新工藝焊接作為金屬加工方法已發(fā)展成為一門獨(dú)立學(xué)科，焊接新技術(shù)新工藝不停成熟和發(fā)展使其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。伴隨焊接產(chǎn)品使用要求不停提升，需要采取部分含有特殊性能結(jié)構(gòu)材料，如高強(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度鋼。耐熱耐蝕鋼。難熔合金、非鐵金屬及其合金、活性金屬、異種金屬及復(fù)合材料等，所以對(duì)焊接技術(shù)提出了更高要求；反過(guò)來(lái)也促進(jìn)了焊接技術(shù)和焊接工藝發(fā)展，促進(jìn)了焊接生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化，如焊接機(jī)器人、自動(dòng)焊接生產(chǎn)線在中國(guó)制造業(yè)中應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。2.1珠光體耐熱鋼焊接新工藝多年來(lái)中國(guó)在焊接主蒸汽管道(材質(zhì)為珠光體耐熱鋼)時(shí)，采取根部未充氬保護(hù)、焊后未立即進(jìn)行熱處理焊接工藝，運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)了裂紋，不能確保機(jī)組運(yùn)行可靠要求。因?yàn)槠浜附有阅懿?，在進(jìn)行焊前分析基礎(chǔ)上，采取了E5515-2-(R317)焊條焊接及根部充氬保護(hù)、焊后立即進(jìn)行熱處理新焊接工藝，確保了主蒸汽管道焊口焊接質(zhì)量。2.1.1焊前分析因?yàn)殇撝屑尤脬t、鉬、釩等合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，增大了鋼淬硬傾向，使焊接熱影響區(qū)硬度提升，輕易產(chǎn)生冷裂紋。從硬度分布來(lái)看，鋼中焊接接頭經(jīng)長(zhǎng)久高溫工作后，很多情況下全部是在軟化區(qū)發(fā)生斷裂現(xiàn)象，即峰值溫度處于780℃周圍，2.1.2焊接新工藝(1)焊前準(zhǔn)備：為了預(yù)防產(chǎn)生裂紋，我們選擇合金含量稍低R317電焊條進(jìn)行焊接。從表2.1能夠看出，其熱強(qiáng)系數(shù)比使用R337電焊條焊接接頭熱強(qiáng)系數(shù)大，軟化區(qū)弱化程度減小，因?yàn)楹辖鸷可缘?，淬硬現(xiàn)象降低。焊接所用焊絲為TIG-31，焊條為R317、E5515-2-Nb337)。(2)焊接參數(shù)選擇：為了預(yù)防產(chǎn)生粗大組織及減小軟化區(qū)軟化程度，應(yīng)選擇合理焊接線能量。采取多層多道焊、焊條擺動(dòng)寬度小于焊條直徑5倍、單層厚度小于所用焊條直徑加2mm、蓋面采取退火焊道，能夠有效預(yù)防最終一層淬硬，預(yù)防產(chǎn)生冷裂紋，應(yīng)選擇焊接參數(shù)為：電流125～190A，電壓20～28V，焊接速度20.2～42.9mm/min，氬氣流量8～12L表2.1使用兩種焊條焊接焊接接頭持久強(qiáng)度和熱強(qiáng)系數(shù)Tab.2.1Theuseoftwokindsofweldingrodweldingjointstrengthandthermalstrengthcoefficient焊條材料持久強(qiáng)度/N·mm-2接頭熱強(qiáng)系數(shù)焊接溫度/℃焊縫接頭母材R337540~55095~9878~8488~1270.75R317540~55092~9875~8798~1080.80(3)焊前預(yù)熱及熱處理焊前預(yù)熱：焊前預(yù)熱能夠減小焊縫和焊件間溫度梯度，減小冷卻速度，減緩避免生成馬氏體組織，減小開(kāi)裂危險(xiǎn)性，減小內(nèi)外壁溫差，減小熱應(yīng)力，能夠有效地預(yù)防產(chǎn)生冷裂紋。預(yù)熱溫度為300～350℃，恒溫30min，升溫速度為172℃/h。珠光體耐熱鋼焊縫金屬含碳量和金屬元素含碳量較高，有可能使母材熱影響區(qū)先于焊縫發(fā)生相變，氫原子就從熱影響區(qū)向焊縫擴(kuò)散，使焊縫中氫原子處于過(guò)飽和，當(dāng)焊縫冷卻后轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織時(shí)，產(chǎn)生冷裂紋。焊后熱處理：焊后立即進(jìn)行高溫回火熱處理，可有效預(yù)防產(chǎn)生冷裂紋，消除近縫區(qū)硬化現(xiàn)象，并能夠使氫溢出，降低氫致延遲裂紋敏感性。焊后熱處理參數(shù)包含升降溫速度172℃/h；720～750℃恒溫1.5h；升溫4.2h；降溫2.44h。(4)新舊焊接工藝焊接接頭性能分析為了評(píng)價(jià)新焊接工藝焊接接頭質(zhì)量，依據(jù)《火力發(fā)電廠鍋爐壓力容器焊接工藝評(píng)定規(guī)程》(SD340—89)要求，對(duì)采取R317和R337焊條焊接焊接接頭性能進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果以下：①試驗(yàn)數(shù)聽(tīng)說(shuō)明，采取比母材低焊接材料焊接珠光體耐熱鋼中(抗拉強(qiáng)度確保值大于等于540MPa)焊接接頭，多種性能優(yōu)于采取和母材相匹配焊接材料焊接珠光體耐熱鋼焊接接頭；②采取新焊接工藝焊接珠光體耐熱鋼，能夠有效預(yù)防產(chǎn)生熱影響區(qū)軟化，并能預(yù)防產(chǎn)生裂紋；③采取新焊接工藝，可預(yù)防根部氧化、產(chǎn)生微裂紋；④采取合理焊前預(yù)熱和焊后熱處理能夠有效預(yù)防裂紋產(chǎn)生；⑤主蒸汽管道焊口光譜分析符合圖標(biāo)材質(zhì)要求，硬度檢驗(yàn)全部符合規(guī)程要求，經(jīng)100％超聲波檢驗(yàn)合格。所以主蒸汽管道焊口采取新焊接工藝焊接后，確保了主蒸汽管道焊接質(zhì)量[3]。2.2奧氏體不銹鋼焊接奧氏體不銹鋼因?yàn)椴话l(fā)生相變，對(duì)氫脆不敏感，接頭有良好塑性和韌性，所以焊接性很好。2.2.1奧氏體不銹鋼焊接缺點(diǎn)及方法(1)焊接接頭晶間腐蝕①在腐蝕介質(zhì)作用下，起源于金屬表面沿晶界深入到金屬內(nèi)部腐蝕就是晶間腐蝕。晶間腐蝕是一個(gè)局部性腐蝕，它會(huì)造成晶粒間結(jié)協(xié)力喪失，材料強(qiáng)度幾乎消失，是一個(gè)必需重視危險(xiǎn)腐蝕現(xiàn)象。圖2.1所表示。圖2.1焊接件晶間腐蝕Fig.2.1Weldintercrystallinecorrosion②產(chǎn)生原因：奧氏體鋼在固溶狀態(tài)下碳以過(guò)飽和形式溶解于γ固溶體，加熱時(shí)過(guò)飽和碳以碳化鉻形式沿晶界析出。碳化鉻析出消耗了大量鉻，所以使晶界周圍鉻含量降到低于鈍化所需要最低量（12%），形成貧鉻層。貧鉻層電極電位比晶粒內(nèi)低得多。當(dāng)金屬和腐蝕介質(zhì)接觸時(shí)，就形成了微電池。電極電位低晶界成為陽(yáng)極，被腐蝕溶解形成晶間腐蝕。③預(yù)防方法：降低母材和焊縫中含碳量，將鋼中碳降低到小于或等于其室溫時(shí)在γ相中溶解度，這么在加熱時(shí)就不會(huì)有或極少有碳化鉻析出，從而從根本上避免貧鉻層形成；在鋼中加入穩(wěn)定碳化物形成元素，改變碳化物類型，如向鋼中加入和碳親和力大于鉻鈦、鈮、鉭等，這些元素將優(yōu)先和碳結(jié)合而避免形成碳化鉻，從而避免了碳化鉻產(chǎn)生；焊后進(jìn)行固溶處理，固溶處理可使已經(jīng)析出碳化鉻重新溶于奧氏體中，但對(duì)大型復(fù)雜零部件則有一定困難。且在加熱時(shí)會(huì)反復(fù)形成碳化鉻；改變焊縫組織狀態(tài)，使焊縫由單一γ相改變?yōu)棣?δ雙相。當(dāng)焊縫中存在一定數(shù)量初析鐵素體δ相時(shí)，能夠打亂粗大柱狀樹(shù)枝晶，使面積較小而直晶界變?yōu)榍劬Ы纾茐牧烁g通道。(2)焊接接頭熱裂紋①產(chǎn)生原因：奧氏體不銹鋼對(duì)熱裂紋比較敏感，關(guān)鍵是由冶金原因決定，即由鋼化學(xué)成份、組織和性能決定。因?yàn)閵W氏體鋼是單相組織，焊縫從凝固冷卻到室溫不發(fā)生相變，很輕易形成方向性很強(qiáng)粗大柱狀晶組織，為低熔點(diǎn)物質(zhì)偏析和集中發(fā)明了條件；且?jiàn)W氏體鋼中合金元素品種多，數(shù)量大，不僅硫、磷等雜質(zhì)會(huì)和鐵形成低熔點(diǎn)共晶，合金元素之間或和雜質(zhì)之間作用也會(huì)形成低熔點(diǎn)化合物或共晶；奧氏體鋼熱物理性能對(duì)裂紋敏感性亦有著直接影響②預(yù)防方法：嚴(yán)格控制有害雜質(zhì)，關(guān)鍵是硫、磷數(shù)量；調(diào)整焊縫金屬為雙相組織，因?yàn)榧儕W氏體組織焊縫很輕易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋；合理進(jìn)行合金化；工藝上，為了降低熱裂傾向，應(yīng)盡可能降低熔池過(guò)熱和接頭殘余應(yīng)力。2.2.2奧氏體不銹鋼焊接新工藝(1)原焊接工藝出現(xiàn)問(wèn)題①原工藝采取和焊接低碳鋼(如Q235鋼、20鋼)相同焊接規(guī)范，僅焊接電流略小10%~20%。相同焊接規(guī)范，打底層采取“一點(diǎn)擊穿斷弧法”操作手法，單面焊雙面成形。其它各層焊條橫向擺動(dòng)，焊波均勻，外觀成形良好，表面檢驗(yàn)合格率達(dá)95%以上。②因奧氏體組織對(duì)氫氣、氧氣、氮?dú)鈿怏w原子溶解度稍高于一般低合金鋼組織。焊縫氣孔傾向小，X光射線檢驗(yàn)底片等級(jí)均在Ⅱ級(jí)以上，內(nèi)部質(zhì)量檢驗(yàn)合格率達(dá)100%。③板狀、管狀試件彎曲檢驗(yàn)，面彎、背彎試樣均措焊縫中心開(kāi)裂甚至折斷，復(fù)試試樣也一樣開(kāi)裂，彎曲檢驗(yàn)全部不合格。④檢驗(yàn)斷口形貌，呈組織疏檢、晶粒粗大過(guò)燒組織。在在焊條接頭部位，存在形狀如黃豆粒夾雜物灰黑點(diǎn)。⑤管板角焊縫金相宏觀斷面檢驗(yàn)，也發(fā)覺(jué)有夾雜物狀黑點(diǎn)，且組織晶粒粗大，雜質(zhì)密集，斷面灰黑，金相檢驗(yàn)不合格。(2)改善后焊接新工藝工藝改善思緒從兩方面考慮：一是采取方法盡可能縮短焊縫金屬及熱影響區(qū)高溫停留時(shí)間；二是改變焊縫金屬結(jié)晶形態(tài)，降低區(qū)域偏析和弧坑縮孔。①選擇小直徑焊條，小電流和小線能量焊接規(guī)范參數(shù)。如扳狀平焊打底層用直徑為2.5mm焊條．焊接電流I為70～80A；其它層次用直徑為3.2mm焊條，I為120～125A，焊接線能量控制在1OKJ/CM以下。②打底層采取“一點(diǎn)(或兩點(diǎn))擊穿斷弧焊”操作手法，平均燃熄弧頻率在80～90次/min?！皵嗷『浮鳖愃朴跓o(wú)基值電流脈沖焊法，平均熱輸入量小，熔池凝固快，降低過(guò)熱區(qū)域和晶粒長(zhǎng)大傾向。且單面焊雙面成形難度大。采取“斷弧焊”法較為輕易控制熔池成型。當(dāng)熔池未完全結(jié)晶時(shí)，其偏析雜質(zhì)又被后續(xù)熔池所熔化，吹向熔渣，偏析雜質(zhì)較為彌散，斷口無(wú)宏觀缺點(diǎn)。③當(dāng)更換焊條前，填滿弧坑，并將電弧引向坡口邊側(cè)，熄弧于坡口面上。對(duì)于出現(xiàn)弧坑縮孔和夾雜物富集區(qū)，可用角向磨光機(jī)去除，將弧坑磨成緩坡形，確定無(wú)缺點(diǎn)后，再燃弧接著焊接。④打亂結(jié)晶方向，使每條焊道結(jié)晶中心偏離焊縫中心，避免了焊道中心雜質(zhì)偏析物區(qū)域聚集。操作上焊條不擺動(dòng)，窄焊道，快焊速，多層多道焊。每道焊縫金屬柱狀結(jié)晶細(xì)化，優(yōu)于寬焊層單道焊縫。⑤每焊完一層(或一道)焊道，立即將試件置于水中冷卻，逐層逐道水淬，縮短焊接接頭高溫停留時(shí)間，降低過(guò)熱組織和晶粒粗化傾向并縮短奧氏體不銹鋼在550~850℃采取新工藝后，焊接工藝評(píng)定合格。焊縫受拉面無(wú)任何縱、橫裂紋出現(xiàn)，全部試件均無(wú)需復(fù)試，彎曲合格率一次性100％，金相宏觀斷面無(wú)缺點(diǎn)[4]。2.3鋁及鋁合金焊接鋁及其合金含有優(yōu)異物理特征和力學(xué)性能，其密度低、比強(qiáng)度高、熱導(dǎo)率高、電導(dǎo)率高、耐蝕能力強(qiáng)，已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電力、化工、輕工、航空、航天、鐵道、艦船、車輛等工業(yè)內(nèi)焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品上。2.3.1鋁及鋁合金焊接缺點(diǎn)(1)焊接裂紋焊接裂紋分為兩類，一類是產(chǎn)生在焊縫金屬內(nèi)焊接裂紋稱為焊縫金屬結(jié)晶裂紋或凝固裂紋；另一類是產(chǎn)生在近縫區(qū)母材晶界上或多層焊時(shí)，鄰近正在施焊焊縫前層焊縫上焊接裂紋稱為近縫區(qū)母材液化裂紋或前層焊縫金屬液化裂紋。鋁及鋁合金材料焊接性優(yōu)劣關(guān)鍵標(biāo)志之一是合金對(duì)焊接時(shí)生成焊接裂紋傾向性。熱處理強(qiáng)化鋁合金Al-Si-Mg、Al-Cu-Mg、Al-Zn-Mg、Al-Zn-Mg-Cu焊接性差，在一定結(jié)構(gòu)拘束度條件下，在焊接應(yīng)力作用下，這類合金焊接接頭內(nèi)會(huì)產(chǎn)生焊接裂紋。在結(jié)構(gòu)拘束度很強(qiáng)及由此產(chǎn)生焊接應(yīng)力很大時(shí)，即使是焊接良好熱處理不可強(qiáng)化鋁合金，如Al-Mg合金，焊接時(shí)也會(huì)產(chǎn)生焊接裂紋。焊接Al-Cu-Mg-Si合金時(shí)，焊縫金屬冷卻至固-液態(tài)，樹(shù)枝狀結(jié)晶枝晶開(kāi)始發(fā)生連接，將低熔點(diǎn)共晶體排擠到枝晶之間，形成晶間薄膜，焊縫金屬進(jìn)入高溫脆性溫度區(qū)間，而收縮拉伸應(yīng)變集中在晶界，當(dāng)此時(shí)晶界塑性變形能力不足以承受此時(shí)所形成塑性應(yīng)變量時(shí)，焊縫金屬即發(fā)生高溫沿晶開(kāi)裂，此即焊縫金屬結(jié)晶裂紋。焊接裂紋危險(xiǎn)性在于它嚴(yán)重破壞焊接接頭連續(xù)性，造成應(yīng)力集中，成為焊接接頭及焊接結(jié)構(gòu)低應(yīng)力脆性斷裂、疲憊斷裂、延時(shí)擴(kuò)展裂源。所以，在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中，焊接裂紋應(yīng)盡可能避免。焊接裂紋常出現(xiàn)在起弧、熄弧、忽然斷弧、定位焊、補(bǔ)焊、兩段焊縫接頭、兩條焊縫交叉、多條焊縫密集及結(jié)構(gòu)剛性大鑲嵌件環(huán)形焊縫，兩零件厚度差大焊縫，不一樣合金系兩合金組合焊縫等焊件特征部位。熱處理強(qiáng)化鋁合金焊件焊接裂紋多在沿熔合線焊縫邊緣，裂紋產(chǎn)生時(shí)張口不大，目視檢驗(yàn)難以發(fā)覺(jué)，有時(shí)潛藏在零件表層以內(nèi)，但局部露出于表面，和環(huán)境大氣相通。經(jīng)過(guò)后續(xù)工序或一段時(shí)間后，在殘余焊接內(nèi)應(yīng)力作用下，潛藏焊接裂紋從其邊緣起向表面擴(kuò)展，即可能成為目視可見(jiàn)裂紋。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，預(yù)防近縫區(qū)母材焊接液化裂紋是掌握熱處理強(qiáng)化硬鋁合金焊接技術(shù)關(guān)鍵。(2)鋁及鋁合金焊縫氣孔氣孔是鋁及鋁合金焊縫內(nèi)常見(jiàn)缺點(diǎn)。多種鋁及鋁合金牌號(hào)不一樣，焊接時(shí)產(chǎn)生氣孔敏感程度不一樣，但全部含有焊接時(shí)產(chǎn)生氣孔敏感性從氣孔中直接抽取氣體分析結(jié)果證實(shí)，氣孔內(nèi)氣體關(guān)鍵為氫。鋁在焊接時(shí)氫源很多，如零件及焊絲表層含水氧化膜及油污、汗跡等類碳?xì)浠衔?，工業(yè)大氣及惰性氣體內(nèi)雜質(zhì)和水分，附著在焊絲輸送系統(tǒng)內(nèi)水分，母材本身所含氣體等。焊接時(shí)，氫進(jìn)入焊接熔池。氫在液態(tài)金屬熔池內(nèi)溶解度大，但冷凝時(shí)氫在低溫液態(tài)金屬及固態(tài)金屬內(nèi)溶解度小。當(dāng)熔池凝固時(shí)，氫溶解度忽然減小，遂經(jīng)過(guò)氣泡成核、長(zhǎng)大、上浮三個(gè)步驟而逸出熔池表面或殘留于凝固焊縫金屬內(nèi)，視焊縫冷卻速度和氫氣泡上浮速度而定。如焊接速度和焊縫冷卻速度較低，熔池存在時(shí)間較長(zhǎng)，氫氣泡即可能得以上浮并逸出熔池表面，不然氫氣泡將滯留在內(nèi)部，形成焊縫氣孔。2.3.2鋁及鋁合金焊接工藝鋁及鋁合金焊接材料關(guān)鍵指填充焊絲、焊條和氣焊溶劑等。(1)焊絲選擇焊絲要考慮成份要求，產(chǎn)品力學(xué)性能、耐蝕性能，結(jié)構(gòu)剛性、顏色及抗裂性等問(wèn)題。當(dāng)缺乏標(biāo)準(zhǔn)焊絲時(shí)，可采取和母材成份相同或相近材料切條。(2)氣焊熔劑氣焊時(shí)，為確保焊接質(zhì)量，常見(jiàn)氣焊熔劑清除鋁及鋁合金氧化膜及其它雜質(zhì)。氣焊熔劑是多種鉀、鈉、鋰、鈣等元素氯化物和氟化物粉末混合物。氣焊熔劑使用方法時(shí)先把氣焊熔劑用蒸餾水調(diào)成糊狀（每100g氣劑約加入50mL水），然后涂于焊絲表面及焊件坡口兩側(cè)，涂層厚度約為0.5~1.0mm，調(diào)好熔劑應(yīng)在12小時(shí)內(nèi)用完。(3)焊條鋁及鋁合金焊接用焊條，其藥皮組成和氣焊熔劑相同，通常由氯化物和氟化物組成。(4)焊前準(zhǔn)備及焊后清理①焊前準(zhǔn)備：鋁及鋁合金焊接時(shí)，要求嚴(yán)格清除清除工件坡口及焊絲表面氧化膜及油污等，常見(jiàn)清理方法有化學(xué)清洗和機(jī)械清洗兩種。機(jī)械清洗時(shí)只限用鋼棉，銼刀、刮刀、不銹鋼絲刷等，禁用砂紙、噴砂等?；瘜W(xué)方法包含酸洗或堿洗，前者用于氧化膜較薄時(shí)，后者用于氧化膜較厚時(shí)。氧化膜較厚時(shí)，應(yīng)先用機(jī)械方法局部清除過(guò)厚氧化膜，再用5%NaOH堿溶液清洗，溫度保持在60℃左右，堿洗時(shí)間最好控制在10～15s焊前預(yù)熱減緩散熱有利于減緩熔池冷卻速度，延長(zhǎng)熔池存在時(shí)間，便于氫氣泡逸出，免去或降低焊縫氣孔，是適適用于鋁及鋁合金結(jié)構(gòu)定位焊、焊接、補(bǔ)焊時(shí)預(yù)防焊縫氣孔有效方法。預(yù)熱方法最好是在夾具內(nèi)設(shè)置電阻加熱或焊件外遠(yuǎn)紅外局部加熱。對(duì)于退火狀態(tài)Al、Al-Mn、及w(Mg)量小于5%Al-Mg合金，預(yù)熱溫度可選擇100～150℃。對(duì)于固溶時(shí)效強(qiáng)化Al-Mg-Si，Al-Cu-Mg，Al-Cu-Mn，Al-Zn-Mg合金，預(yù)熱溫度通常不超出100℃②焊后清理：焊后殘留在焊縫及周圍熔劑和焊渣會(huì)破壞氧化鋁保護(hù)膜，應(yīng)立即清除，常見(jiàn)清除方法有：用60~80℃熱水刷洗；先用60~80℃熱水刷洗，后用60~80℃稀鉻酸溶液浸洗5~10min，最終用清水清洗潔凈；用熱水刷洗，后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%硝酸和2%焊后表面清洗結(jié)束時(shí)，應(yīng)檢驗(yàn)是否清洗潔凈。(5)焊接工藝參數(shù)降低電弧電壓、增大焊接電流、降低焊接速度，有利于減小焊接熔池溶解含氫量，延長(zhǎng)液態(tài)熔池存在時(shí)間，減緩熔池冷卻速度，便于氫氣泡逸出，降低焊縫氣孔。①選擇能減小焊接應(yīng)力裝配-焊接次序合理裝配-焊接次序是一個(gè)在零件裝配焊接過(guò)程中降低拘束和焊接應(yīng)力從而預(yù)防焊接裂紋產(chǎn)生有效方法，其關(guān)鍵點(diǎn)是為每條焊縫冷卻時(shí)發(fā)明適度收縮條件。②實(shí)施對(duì)接接頭雙面焊，消除焊縫根部焊接裂紋單面焊熱裂傾向鋁合金時(shí)，焊縫根部常出現(xiàn)焊接裂紋。此時(shí)，可改單面焊為雙面焊，正面焊接后，施行后面清根，經(jīng)工藝性X射線檢驗(yàn)證實(shí)焊縫根部無(wú)裂紋或原有裂紋已被完全清除后，再?gòu)暮竺孢M(jìn)行封底焊，并進(jìn)行X射線檢驗(yàn)。清根時(shí)，不可向焊縫內(nèi)面深挖，僅以將根部缺點(diǎn)除盡為標(biāo)準(zhǔn)，封底焊時(shí)，不可深熔，焊縫淺而薄即可。從后面深挖后深熔焊常能引發(fā)正面焊縫出現(xiàn)裂紋。③嚴(yán)防焊接缺點(diǎn)超差，嚴(yán)防補(bǔ)焊時(shí)產(chǎn)生焊接裂紋補(bǔ)焊熱裂傾向較強(qiáng)鋁合金時(shí)，最易出現(xiàn)補(bǔ)焊裂紋。所以，必需嚴(yán)防焊縫內(nèi)部產(chǎn)生超差氣孔等缺點(diǎn)；當(dāng)不得不需要排除缺點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)焊時(shí)，需正確進(jìn)行精心補(bǔ)焊，并努力爭(zhēng)取一次補(bǔ)焊成功，避免反復(fù)補(bǔ)焊。補(bǔ)焊前，應(yīng)正確檢測(cè)出缺點(diǎn)位置，采取逐步“進(jìn)尺”措施將缺點(diǎn)除盡為止，避免過(guò)分深挖。為驗(yàn)證原有缺點(diǎn)確已除盡，可增加一次工藝性X射線檢測(cè)。補(bǔ)焊時(shí)要有具體補(bǔ)焊技術(shù)方案，補(bǔ)焊時(shí)先不填絲，確保補(bǔ)焊區(qū)金屬開(kāi)始發(fā)生熔化，填絲后，電弧熱應(yīng)稍偏向焊絲以預(yù)防補(bǔ)焊區(qū)金屬過(guò)熱，電弧可在補(bǔ)焊長(zhǎng)度方向適度往復(fù)移動(dòng)，以延長(zhǎng)熔池存在時(shí)間，以利于氫氣泡從熔池內(nèi)逸出，熄弧時(shí)必需采取堆高熄弧法，避免產(chǎn)生弧坑及弧坑龜裂。補(bǔ)焊后，許可用機(jī)械方法修磨補(bǔ)焊焊縫，使其最終尺寸和鄰近但未補(bǔ)焊原有焊縫尺寸一致[5]。2.3.3鋁及鋁合金焊接新技術(shù)伴隨電力電子技術(shù)發(fā)展，焊接設(shè)備出現(xiàn)了逆改變和數(shù)字化。下面簡(jiǎn)單介紹多個(gè)近些年來(lái)焊接鋁合金新技術(shù)。(1)激光-MIG復(fù)合焊(L-MIG復(fù)合焊)此方法特點(diǎn)是激光和MIG電弧同時(shí)作用于焊接區(qū)，經(jīng)過(guò)激光和電弧相互影響，能克服每一個(gè)方法本身不足，產(chǎn)生良好復(fù)合效應(yīng)。激光高能量密度可用來(lái)提升焊接效率，但焊接工藝中碰到關(guān)鍵問(wèn)題是因?yàn)楣馐睆胶芗?xì)，要求坡口裝孔間隙小于0.5mm，對(duì)焊縫跟蹤精度要求高，同時(shí)在還未形成熔池時(shí)熱效率很低。這些問(wèn)題能夠經(jīng)過(guò)激光-MIG復(fù)合焊處理，大家知道，MIG焊特點(diǎn)是焊機(jī)成本低，焊縫搭橋性能很好，經(jīng)過(guò)熔滴過(guò)渡能夠向焊縫添加金屬和形成較寬焊縫，不足之處為熔深淺。假如采取和激光復(fù)合焊法，因其熔寬較大可降低裝配要求，使跟蹤輕易。因?yàn)镸IG電弧能夠處理焊縫金屬初始熔化問(wèn)題，從而能夠降低使用激光器功率，同時(shí)MIG焊氣流也能夠處理激光焊金屬蒸氣屏蔽問(wèn)題。相反，激光產(chǎn)生等離子體增強(qiáng)了MIG電弧引燃和維持能力，使MIG電弧更穩(wěn)定?？偠灾瑥?fù)合焊會(huì)帶來(lái)愈加好綜合性能，如產(chǎn)生深熔、高速和高效焊接效果，并增強(qiáng)了焊接適應(yīng)性。激光和MIG焊電弧兩種熱源相互作用疊加效果表現(xiàn)為：在激光-MIG焊時(shí)，因?yàn)殡娀〖訜峤饘俣档秃缚p金屬對(duì)激光反射率，增加了其對(duì)光能吸收，同時(shí)激光又起到穩(wěn)定電弧作用。其突出特點(diǎn)是：焊縫熔深較大，焊接速度較高，在焊接薄板鋁合金時(shí)，奧地利Frollius企業(yè)采取該法焊鋁時(shí)焊速可達(dá)成8m/min[6]。(2)變極性等離子立焊(VPPA)該法采取轉(zhuǎn)移弧和變極性交流進(jìn)行立焊。變極性特點(diǎn)和TIG焊相同，既確保鎢極燒損少，又確保對(duì)鋁陰極霧化作用。焊接電流較大，經(jīng)過(guò)小孔作用，能夠焊接薄板和厚板(2～25mm)。因?yàn)楹缚p中基礎(chǔ)無(wú)氣孔，所以又被譽(yù)為無(wú)缺點(diǎn)焊接法。變極性等離子立焊已成功地用在航天工業(yè)中。(3)電子束焊利用加速和聚焦電子束轟擊置于真空或非真空中焊件接縫處，電子動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能，將金屬熔化并形成焊縫，該法稱為電子束焊。電子束焊鋁時(shí)，在工件厚度方向上形成小孔，小孔沿焊縫方向移動(dòng)時(shí)小孔前方金屬熔化，熔化金屬沿孔壁流向后方時(shí)，凝固形成焊縫。電子束焊鋁時(shí)含有較強(qiáng)破壞清除氧化膜能力，因?yàn)楫?dāng)高速電子轟擊金屬時(shí)產(chǎn)生很集中能量，所以形成很高溫度和產(chǎn)生大量金屬蒸氣，該蒸氣對(duì)氧化膜表面機(jī)械作用和1450℃、低氣壓促進(jìn)氧化膜分解。電子束焊接鋁及鋁合金特點(diǎn)：電子束和TIG焊、氣焊相比，熱量集中，焊速快，且焊接線能量低，所以焊接熱處理強(qiáng)化鋁合金時(shí)，近縫區(qū)沒(méi)有顯著軟化現(xiàn)象；電子束穿透能力強(qiáng)，焊縫窄而深，所以鋁合金橫向收縮和變形小，是TIG焊l/4～1/5，同時(shí)鎂、鋅和鋰等易揮發(fā)元素?zé)龘p也少；因?yàn)楹附泳€能量低，高強(qiáng)鋁合金接頭強(qiáng)度系數(shù)達(dá)0.7～0.8，假如焊后進(jìn)行熱處理則焊接接頭強(qiáng)度可能達(dá)成和母材等強(qiáng)度；除仰焊外，基礎(chǔ)上可進(jìn)行多種位置焊接。關(guān)鍵問(wèn)題是比通常電弧焊法氣孔率高些。(4)攪拌摩擦焊(FSW)。攪拌摩擦焊是英國(guó)焊接研究所(TWI)于1991年發(fā)明一個(gè)用于輕金屬板材焊接固態(tài)連接技術(shù)。攪拌摩擦焊特點(diǎn)是利用一個(gè)非損耗特殊形狀攪拌頭，旋轉(zhuǎn)著插入被焊工件，金屬沿著被焊零件待焊界面向前移動(dòng)，經(jīng)過(guò)攪拌頭對(duì)材料攪拌、摩擦，使待焊材料加熱至熱塑性狀態(tài)，在攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下，處于塑性狀態(tài)材料圍繞攪拌頭由前向后轉(zhuǎn)移，同時(shí)結(jié)合攪拌頭對(duì)焊縫金屬擠壓作用，在熱-機(jī)聯(lián)合作用下材料擴(kuò)散連接形成致密金屬間固相連接。因?yàn)閿嚢枘Σ梁甘且粋€(gè)固態(tài)焊接過(guò)程，故不存在熔焊時(shí)多種缺點(diǎn)，如氣孔、煙塵、飛濺。能夠焊接用熔焊方法難以焊接材料，如硬鋁和超硬鋁。焊后接頭內(nèi)應(yīng)力小、變形小，基礎(chǔ)上可實(shí)現(xiàn)低應(yīng)力無(wú)變形焊接。攪拌摩擦焊是一個(gè)全機(jī)械化焊接過(guò)程，沒(méi)有電弧焊常有弧光、輻射、觸電和煙塵等危害。這種方法在焊接時(shí)需要對(duì)焊縫施加較大頂鍛力，被焊結(jié)構(gòu)應(yīng)含有較強(qiáng)剛度和被牢靠固定環(huán)境和條件，這一點(diǎn)限制了它應(yīng)用。攪拌摩擦焊一出現(xiàn)就引發(fā)了大家強(qiáng)烈關(guān)注，該項(xiàng)工藝已成功用于高速艦船、高速列車、航空、航天和汽車制造等領(lǐng)域[6]。2.4鋁和銅焊接冶煉工業(yè)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，對(duì)焊接構(gòu)件性能提出了更高、更苛刻要求，除需滿足通常力學(xué)性能之外，還要求滿足如高溫強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性、低溫韌性、磁性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等多方面性能要求。在這種情況下，任何一個(gè)有色金屬材料全部不可能完全滿足整體焊接要求，所以，異種有色金屬焊接出現(xiàn)了。2.4.1銅和鋁焊接特點(diǎn)鋁和銅在熔焊時(shí)關(guān)鍵困難是：鋁和銅熔點(diǎn)相差423℃，焊接時(shí)極難同時(shí)熔化；鋁和銅在高溫下強(qiáng)烈氧化，生成難容氧化物，要采取方法預(yù)防氧化并去除熔池中氧化膜；鋁和銅在液態(tài)下無(wú)限互溶，而在固態(tài)下有限互溶，它們能形成多個(gè)由金屬間化合物為主固溶體相，使接頭強(qiáng)度和塑性降低，實(shí)踐證實(shí)，鋁-銅合金中銅含量在12%~13%鋁和銅塑性全部好，很適合壓焊方法。利用壓焊時(shí)，可避免熔焊時(shí)所出現(xiàn)以上問(wèn)題?，F(xiàn)在常見(jiàn)壓焊有冷壓焊、摩擦焊和擴(kuò)散焊等[7]。2.4.2銅和鋁焊接工藝(1)鎢極氬弧焊鋁和銅鎢極氬弧焊時(shí)，為減小焊縫金屬含銅量，使其控制在12%~13%以下，增加鋁成份，焊前可將銅端加工成V形或K形坡口，并鍍上厚約6微米鋅層；焊接時(shí)，電弧應(yīng)偏向鋁一側(cè)，關(guān)鍵熔化鋁，減小對(duì)銅熔化。鋁及銅鎢極氬弧焊時(shí)，可采取電流為150A，電壓為15V，焊接速度為6m/h，L6焊絲，直徑為2~3mm焊接工藝參數(shù)。(2)埋弧焊鋁和銅埋弧自動(dòng)焊時(shí)，為減小焊縫中銅熔入量，可采取銅側(cè)開(kāi)半U(xiǎn)形坡口并預(yù)置直徑3mm鋁焊絲，鋁側(cè)為直邊；同時(shí)電弧也應(yīng)指向鋁，但不能偏離太遠(yuǎn)。鋁和銅埋弧自動(dòng)焊焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表2.2。表2.2鋁和銅埋弧自動(dòng)焊焊接工藝參數(shù)Tab.2.2Aluminumandcoppersubmergedarcautomaticweldingprocessparameter板厚/mm焊接電流/A焊絲直徑/mm焊接電壓/V焊接速度/（m/h）焊絲偏離/mm焊劑層/mm焊接層數(shù)寬高8360~3802.535~3824.44~53212110380~4002.538~4021.55~63812112390~4102.639~4221.56~74012120520~5503.240~448~128~12461432.5新型金屬材料焊接焊接經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，在常見(jiàn)金屬材料焊接技術(shù)和工藝不停完善基礎(chǔ)上，為適應(yīng)越來(lái)越高要求，出現(xiàn)了很多新型材料，而它們焊接技術(shù)及工藝也得到對(duì)應(yīng)發(fā)展。2.5.1硬質(zhì)合金焊接(1)硬質(zhì)合金焊接缺點(diǎn)①焊接裂紋：因?yàn)橛操|(zhì)合金線膨脹系數(shù)小，約只有鋼材30%~50%，所以在它和鋼材焊接過(guò)程中，受到熱作用時(shí)，硬質(zhì)合金和鋼材不能共同產(chǎn)生收縮，在接頭中產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，從而造成硬質(zhì)合金開(kāi)裂。②氣孔、夾渣和氧化：這種焊接缺點(diǎn)關(guān)鍵出現(xiàn)在釬焊焊接中，當(dāng)釬焊加熱溫度過(guò)低時(shí)，釬料流動(dòng)性能不好，輕易形成氣孔和夾渣；而當(dāng)釬焊加熱溫度過(guò)高時(shí)，輕易造成焊縫氧化和釬料燒損。③焊縫脆化：關(guān)鍵是在焊縫區(qū)域形成MC型復(fù)合碳化物，M包含Ti、W、Mo、Co、V、Ni等元素。關(guān)鍵在硬質(zhì)合金和鋼焊接時(shí)，硬質(zhì)合金中碳向鋼中擴(kuò)散，使硬質(zhì)合金含碳降低而形成。使接頭脆化，而且使其抗彎強(qiáng)度下降。(2)硬質(zhì)合金焊接新工藝硬質(zhì)合金焊接方法現(xiàn)在來(lái)看，常見(jiàn)是釬焊和擴(kuò)散焊，還有部分新焊接方法也在主動(dòng)探索之中，如鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊、電子束焊、激光焊等。這里關(guān)鍵討論一下激光焊和鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊兩種硬質(zhì)合金焊接方法新工藝[8]。①激光焊采取激光焊焊接硬質(zhì)合金和鋼，能夠得到良好冶金結(jié)合結(jié)合層，試樣表面和激光束同軸方向吹出氬氣，能有效預(yù)防硬質(zhì)合金脆化和鋼表面氧化，同時(shí)需控制側(cè)吹氣體流量，保留一部分等離子體在焊件表面，可使焊接試樣愈加好達(dá)成冶金結(jié)合；控制α相鈷面心立方向六方晶型β相鈷轉(zhuǎn)變，對(duì)焊接質(zhì)量影響是關(guān)鍵；鋼要先熔化去浸潤(rùn)硬質(zhì)合金，然后硬質(zhì)合金再熔化鋼浸潤(rùn)硬質(zhì)合金激光焊接機(jī)理；焊件預(yù)熱對(duì)于降低焊件脆性起到一定作用，焊前預(yù)熱提升了材料位錯(cuò)密度，消除了大量晶格缺點(diǎn)，降低了初生微裂紋源，提升焊接接頭抗拉強(qiáng)度；因?yàn)榧す夂附涌焖偃刍湍?，焊縫中會(huì)殘留熱應(yīng)力及組織應(yīng)力，會(huì)造成焊件彎曲強(qiáng)度下降。因?yàn)橛操|(zhì)合金和填充材料之間熔點(diǎn)相差很大，在焊接中能夠控制激光功率、焊接速度、焦點(diǎn)位置、填充層厚度等工藝參數(shù)，首先使得填充材料在瞬時(shí)內(nèi)充足熔化，以浸潤(rùn)硬質(zhì)合金；其次，將硬質(zhì)合金基體加熱到較高溫度區(qū)間，使其能夠愈加好地被填充材料所潤(rùn)濕，形成理想釬焊接頭。在激光熱導(dǎo)焊過(guò)程中，激光束直接作用在釬料上，需采取小直徑光斑以使釬料在瞬間盡可能多地吸收激光能而熔化。焊接時(shí)，釬料極短時(shí)間內(nèi)完全熔化，從而浸潤(rùn)硬質(zhì)合金較易取得良好釬焊接頭。在激光深熔焊過(guò)程中，激光功率密度很高，在激光直接作用區(qū)域，硬質(zhì)合金和釬料輕易發(fā)生猛烈熔合作用，對(duì)Co含量低硬質(zhì)合金，在激光深熔焊高溫下Co極易逸失，而使WC以疏松狀態(tài)存在，造成接頭出現(xiàn)裂紋、氣孔等缺點(diǎn)；對(duì)Co含量高硬質(zhì)合金，在融化后，甚至在WC聚集長(zhǎng)大后，在Co和釬料粘接作用下，仍可形成牢靠結(jié)合，并未產(chǎn)生顯著缺點(diǎn)。預(yù)先在硬質(zhì)合金釬焊面上電鍍Ni可改善釬料和硬質(zhì)合金冶金結(jié)合，因?yàn)镹i和硬質(zhì)合金Co物理化學(xué)性質(zhì)相同，能夠和硬質(zhì)合金很好地親和，又能和Cu無(wú)限互溶。經(jīng)過(guò)分別采取YAG連續(xù)激光、YAG脈沖激光、二氧化碳連續(xù)激光設(shè)備進(jìn)行硬質(zhì)合金和鋼焊接，研究了不一樣激光器、焊接功率、焊接速度、垂直聚焦高度、偏離高度等工藝參數(shù)對(duì)焊縫影響。YAG連續(xù)激光焊焊接效果最好，能夠形成完整、狹小焊縫，熱影響區(qū)小，缺點(diǎn)較少；硬質(zhì)合金中WC發(fā)生分解，W擴(kuò)散到過(guò)渡區(qū)中和C結(jié)合形成WC，彌散分布在過(guò)渡區(qū)馬氏體中，增強(qiáng)焊縫彎曲強(qiáng)度，過(guò)渡區(qū)中還出現(xiàn)從鋼中擴(kuò)散而來(lái)碳形成柱條狀碳顆粒；裂紋沒(méi)有出現(xiàn)在過(guò)渡區(qū)而是在硬質(zhì)合金中，這是因?yàn)橛操|(zhì)合金熱膨脹系數(shù)和過(guò)渡區(qū)失配，在硬質(zhì)合金中殘留大量應(yīng)力。②鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊（TIG焊）TIG焊是利用高熔點(diǎn)鎢棒作為一個(gè)電極，以工件作為另一個(gè)電極，利用惰性氣體作為保護(hù)介質(zhì)一個(gè)焊接方法。即使鎢極載流能力有限，功率受到了限制，致使焊縫熔深淺，焊接速度低，但經(jīng)過(guò)輔以多層焊、開(kāi)坡口等工藝方法能夠?qū)崿F(xiàn)較厚工件焊接。TIG焊含有保護(hù)效果好、焊接過(guò)程穩(wěn)定、電弧能量參數(shù)可正確控制、速度快、成本低、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、適宜于多種位置施焊等優(yōu)點(diǎn)，而且能夠經(jīng)過(guò)調(diào)整填充材料化學(xué)成份，使WC-Co硬質(zhì)合金中C難以向鋼側(cè)遷徙或是經(jīng)過(guò)降低焊縫界面區(qū)Fe濃度，抑制或降低硬質(zhì)合金熱影響區(qū)η相形成。在57%Ni-Fe合金基礎(chǔ)上，合適增加焊絲中C濃度能夠降低或抑制η相形成，焊縫硬度隨焊絲C濃度增加而增加，焊絲C濃度為0.8%時(shí)，焊縫硬度最高，達(dá)成320HV左右；界面區(qū)域形成η相屬富W和FeM6C型復(fù)合碳化物，分布于界面區(qū)域并在界面處聚集長(zhǎng)大，η相中Fe濃度達(dá)成23%（摩爾分?jǐn)?shù)）左右；當(dāng)Fe濃度在YG30中達(dá)約40%（摩爾分?jǐn)?shù)）時(shí)，WC分解成η相；在界面周圍，碳從YG30基體向焊縫擴(kuò)散，深度達(dá)100μm左右；Ni和Fe也向YG30基體顯著擴(kuò)散，深度達(dá)200μm左右純Fe作為填充金屬時(shí)，界面處產(chǎn)生大塊η相最多，在1050℃退火后，焊態(tài)η相不變，1150℃退火后，開(kāi)始產(chǎn)生新η相，成核于WC-γ相界，吞并WC晶粒長(zhǎng)大，分布在WC顆粒邊界；純Fe和Ni-Fe合金作為填充金屬時(shí)，分布于界面區(qū)域η相為Fe3W3C，Co-Fe合金作為填充金屬時(shí)，界面處產(chǎn)生η相則為Fe3W3C和Co3W3C混合物；Ni元素可抑制η相形成，形成彌散分布細(xì)小η選擇不一樣成份Co-Fe-C合金填充材料也對(duì)YG30硬質(zhì)合金和45鋼進(jìn)行了TIG焊試驗(yàn)，發(fā)覺(jué)填充材料在Fe-C合金基礎(chǔ)上，合適增加Co含量能夠降低或抑制η相形成；當(dāng)填充材料中Co含量為73%時(shí)，焊縫界面區(qū)沒(méi)有η相形成；伴隨填充材料中Co含量增加，焊縫界面區(qū)硬度過(guò)渡平緩。選擇不一樣厚度Ni-Fe、Ni-Fe-C-Mn-Nb因瓦合金和YG30硬質(zhì)合金在不加填充材料、對(duì)接條件下直接進(jìn)行TIG焊接試驗(yàn)。因瓦合金成份如表2.3所表示。YG3硬質(zhì)合金和因瓦合金TIG焊對(duì)接界面組織中是否形成η-碳化物和因瓦合金成份是否含碳相關(guān)，無(wú)碳因瓦合金試樣在界面區(qū)出現(xiàn)塊狀η-碳化物黑色組織，含碳因瓦合金界面區(qū)沒(méi)有黑色η-碳化物組織形成；伴隨母材厚度增加，焊接電流也伴隨增加，厚度為2mm、電流為135A和厚度為4mm、電流為145A兩種焊接接頭冶金結(jié)合情況最好，沒(méi)有顯著焊接缺點(diǎn)，界面區(qū)組織分布比較均勻，焊接接頭硬度HV分別約為600、550，硬度分布過(guò)渡平緩，而且有一定厚度過(guò)渡層。表2.3因瓦合金成份Tab.2.3ComponentInvaralloy成份編號(hào)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?yàn)橛操|(zhì)合金高熔點(diǎn)和和基體金屬物理性能相差較大，釬焊仍是現(xiàn)在最關(guān)鍵焊接方法。然而，對(duì)于一般釬焊工藝來(lái)說(shuō)，其接頭強(qiáng)度不高、耐熱性差，怎樣讓提升釬焊接頭常溫和高溫承載能力是有待處理關(guān)鍵問(wèn)題；擴(kuò)散焊也是一個(gè)可行而實(shí)用焊接方法，能夠取得很好焊接接頭，氮?dú)庠O(shè)備投資大、生產(chǎn)效率低下、工藝控制復(fù)雜等原因限制了其應(yīng)用；燒結(jié)擴(kuò)散焊、TIG焊、激光焊等新方法，處于試驗(yàn)研究階段，其中還有很多問(wèn)題有待處理，比如硬質(zhì)合金焊接冶金學(xué)理論、填充焊絲合金成份設(shè)計(jì)、熔合區(qū)η相形成和控制、焊接裂紋控制等。所以，優(yōu)化現(xiàn)在焊接方法工藝參數(shù)，尋求新焊接方法，從而實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)合金和鋼良好結(jié)合是研究方向[9]。2.5.2金屬陶瓷和金屬焊接在多種陶瓷和金屬焊接方法基礎(chǔ)上，對(duì)金屬陶瓷和金屬焊接技術(shù)進(jìn)行初步探討，在介紹多種適適用于金屬陶瓷和金屬焊接技術(shù)方法同時(shí)，指出其優(yōu)缺點(diǎn)和有待研究處理問(wèn)題，以期推進(jìn)金屬陶瓷和金屬焊接技術(shù)研究，進(jìn)而推廣這種優(yōu)異工具材料在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用。(1)熔化焊熔化焊是應(yīng)用最為廣泛焊接方法，是利用一定熱源，使連接部位局部熔化成液體，然后再冷卻結(jié)晶成一體。焊接熱源有電弧、激光束和電子束等?，F(xiàn)在Ti（C、N）基金屬陶瓷熔化焊關(guān)鍵存在以下兩個(gè)問(wèn)題有待處理：一是伴隨熔化溫度升高，流動(dòng)性降會(huì)低，有可能促進(jìn)基體和增強(qiáng)相之間化學(xué)反應(yīng)(界面反應(yīng))發(fā)生，降低焊接接頭強(qiáng)度；二是缺乏專門研制金屬陶瓷熔化焊填充材料。(2)釬焊釬焊是把材料加熱到合適溫度，同時(shí)應(yīng)用釬料使材料產(chǎn)生結(jié)合一個(gè)焊接方法。釬焊是Ti(C、N)基金屬陶瓷和金屬連接一個(gè)關(guān)鍵焊接方法，釬焊接頭質(zhì)量關(guān)鍵取決于選擇適宜釬料和釬焊工藝?；鹧驸F焊條件下，以H62為釬料接頭平均剪切強(qiáng)度為37MPa，以銀銅為釬料接頭剪切強(qiáng)度達(dá)114MPa，以硼、銅、鋅為釬料接頭平均剪切強(qiáng)度為49MPa；在氬氣保護(hù)爐焊條件下，以H62為釬料接頭平均剪切強(qiáng)度為37MPa，以銀銅為釬料接頭平均剪切強(qiáng)度為51MPa。經(jīng)過(guò)觀察和分析釬焊接頭結(jié)合情況及剪切試驗(yàn)，表明Ti（C、N）基金屬陶瓷含有很好釬焊性。但因?yàn)榻宇^界面處金屬陶瓷中存在殘余應(yīng)力，造成剪切試驗(yàn)時(shí)均斷在金屬陶瓷上，而且釬焊接頭剪切強(qiáng)度不高。多年來(lái)還利用非晶技術(shù)研制成功了新含鈦合金系，如Cu-Ti、Ni-Ti合金，能夠直接用來(lái)釬焊陶瓷和金屬，其接頭工作溫度比用銀銅釬料釬焊要高得多。現(xiàn)在，金屬陶瓷釬焊需要處理怎樣降低或消除界面處金屬陶瓷中殘余應(yīng)力和提升接頭強(qiáng)度問(wèn)題。(3)壓焊壓焊時(shí)基體金屬通常并不熔化，焊接溫度低于金屬熔點(diǎn)，有也加熱至熔化狀態(tài)，仍以固相結(jié)合而形成接頭，所以能夠降低高溫對(duì)母材有害影響，提升金屬陶瓷和金屬焊接質(zhì)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屬和陶瓷接合面，使接合面原子活化。物質(zhì)清潔表面含有極佳活性，然而物質(zhì)表面往往沾有污物或覆蓋著一層極薄氧化膜，使其活性降低。該方法關(guān)鍵是對(duì)接合面照射氬等惰性氣體1000~1800V低能原子束，從表面除去20nm左右薄層，使表面活化，然后加壓，利用表面優(yōu)異反應(yīng)度進(jìn)行常溫狀態(tài)下接合，此方法可用于氮化硅等高強(qiáng)度陶瓷和金屬接合。(5)液相過(guò)渡焊接法液相過(guò)渡焊接(TLP)是介于熔焊和壓焊之間焊接方法。該技術(shù)綜合了釬焊技術(shù)和擴(kuò)散連接技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，可制備服役溫度不低于連接溫度高溫接頭。TLP連接技術(shù)焊接和釬焊操作步驟相同，均需在待連接母材表面間放入熔點(diǎn)低于母材第三種材料(在TLP中常叫中間層Interlayer,在釬焊中常叫釬料Fillermetal)；然后加熱、保溫。但二者擴(kuò)散充足程度、凝固方法和最終所得接頭成份、組織不連續(xù)程度全部不一樣。(6)自蔓延高溫合成焊接法自蔓延高溫合成(SHS)技術(shù)也稱為燃燒合成(CS)技術(shù)，是由制造難熔化合物(碳化物、氮化物和硅化物)方法發(fā)展而來(lái)。在這種方法中，首先在陶瓷和金屬之間放置能夠燃燒并放出大量生成熱固體粉末，然后用電弧或輻射將粉末局部點(diǎn)燃而開(kāi)始反應(yīng)，并由反應(yīng)所放出熱量自發(fā)地推進(jìn)反應(yīng)繼續(xù)向前發(fā)展，最終由反應(yīng)所生成產(chǎn)物將陶瓷和金屬牢靠地連接在一起。該方法顯著特點(diǎn)是能耗低，生產(chǎn)效率高，對(duì)母材熱影響作用小，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)成份梯度改變焊縫來(lái)連接異種材料，能夠克服因?yàn)闊崤蛎浵禂?shù)差異而造成焊接殘余應(yīng)力。但燃燒時(shí)可能產(chǎn)生氣相反應(yīng)和有害雜質(zhì)侵入，從而使接頭產(chǎn)生氣孔和接頭強(qiáng)度降低。所以，連接最好在保護(hù)氣氛中進(jìn)行，并對(duì)陶瓷和金屬兩端加壓?，F(xiàn)在SHS機(jī)理研究還未成熟，設(shè)備開(kāi)發(fā)和應(yīng)用投資頗大，所以SHS焊接還未工程化。3焊接新技術(shù)新工藝發(fā)展及前景焊接作為一門制造技術(shù)，自20世紀(jì)初發(fā)展至今已經(jīng)有90多年歷史了，但在工藝上應(yīng)用及其在制造業(yè)中關(guān)鍵性，直到20世紀(jì)50年代才顯示出來(lái)?，F(xiàn)在在世界工業(yè)國(guó)家中，焊接已成為一門不可缺乏獨(dú)立制造技術(shù)，在制造業(yè)中起著關(guān)鍵作用，沒(méi)有一個(gè)技術(shù)能像焊接技術(shù)那樣被制造商如此普遍地用于金屬及合金高效連接，并在其產(chǎn)品中產(chǎn)生如此多附加值。現(xiàn)在，焊接廣泛應(yīng)用于多種材料連接，并采取了諸如激光~電子束焊等優(yōu)異技術(shù)，不管是在建筑~橋梁行業(yè)，還是在車輛~計(jì)算機(jī)及醫(yī)療機(jī)械行業(yè)，絕大多數(shù)產(chǎn)品離開(kāi)焊接技術(shù)就根本無(wú)法制造，尤其是有了異種材料和非金屬材料連接技術(shù)和在產(chǎn)品形狀和設(shè)計(jì)方面創(chuàng)新制造方法，能夠說(shuō)焊接技術(shù)未來(lái)充滿了期望[10]。3.1焊接新技術(shù)新工藝發(fā)展趨勢(shì)焊接技術(shù)自誕生以來(lái)一直受到諸學(xué)科最新發(fā)展直接影響和引導(dǎo)，眾所周知，受材料，信息學(xué)科新技術(shù)影響，不僅造成了數(shù)十種焊接新工藝問(wèn)世，而且也使得焊接工藝操作正經(jīng)歷著手工焊到自動(dòng)焊、自動(dòng)化、智能化過(guò)渡，這已成為公認(rèn)發(fā)展趨勢(shì)。3.1.1能源方面現(xiàn)在，焊接熱源已很豐富，如火焰、電弧、電阻、超聲、摩擦、等離子、電子束、激光束、微波等等，但焊接熱源研究和開(kāi)發(fā)并未終止，其新發(fā)展可概括為三個(gè)方面：首先是對(duì)現(xiàn)有熱源改善，使它更為有效、方便、經(jīng)濟(jì)適用，在這方面，電子束和激光束焊接發(fā)展較顯著；其次是開(kāi)發(fā)愈加好、更有效熱源，采取兩種熱源疊加以求取得更強(qiáng)能量密度，比如在電子束焊中加入激光束等；第三是節(jié)能技術(shù)。因?yàn)楹附铀哪茉春艽?，所以出現(xiàn)了不少以節(jié)能為目標(biāo)新技術(shù)，如太陽(yáng)能焊、電阻點(diǎn)焊、螺柱焊機(jī)中利用電子技術(shù)發(fā)展來(lái)提升焊機(jī)功率因數(shù)等。3.1.2計(jì)算機(jī)在焊接中應(yīng)用弧焊設(shè)備微機(jī)控制系統(tǒng)，可對(duì)焊接電流、焊接速度、弧長(zhǎng)等多項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析和控制，對(duì)焊接操作程序和參數(shù)改變等作出顯示和數(shù)據(jù)保留，從而給出焊接質(zhì)量確實(shí)切信息。現(xiàn)在以計(jì)算機(jī)為關(guān)鍵建立多種控制系統(tǒng)包含焊接次序控制系統(tǒng)、PID調(diào)整系統(tǒng)、最好控制及自適應(yīng)控制系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)均在電弧焊、壓焊和釬焊等不一樣焊接方法中得到應(yīng)用。計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)在焊接中應(yīng)用越來(lái)越得到大家重視?，F(xiàn)在，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)已用于焊接熱過(guò)程、焊接冶金過(guò)程、焊接應(yīng)力和變形等模擬；數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)被用于建立焊工檔案管理數(shù)據(jù)庫(kù)、焊接符號(hào)檢索數(shù)據(jù)庫(kù)、焊接工藝評(píng)定數(shù)據(jù)庫(kù)、焊接材料檢索數(shù)據(jù)庫(kù)等；在焊接領(lǐng)域中，CAD/CAM應(yīng)用正處于不停開(kāi)發(fā)階段，焊接柔性制造系統(tǒng)也已出現(xiàn)[11]。3.1.3焊接機(jī)器人和智能化焊接機(jī)器人是焊接自動(dòng)化革命性進(jìn)步，它突破了焊接剛性自動(dòng)化傳統(tǒng)方法，開(kāi)拓了一個(gè)柔性自動(dòng)化新方法，焊接機(jī)器人關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是：穩(wěn)定和提升焊接質(zhì)量，確保焊接產(chǎn)品均一性；提升生產(chǎn)率，一天可二十四小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)；可在有害環(huán)境下長(zhǎng)久工作，改善了工人勞動(dòng)條件；降低了對(duì)工人操作技術(shù)要求；可實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)品焊接自動(dòng)化；為焊接柔性生產(chǎn)線提供