焊接材料范文

导语：如何才能写好一篇焊接材料，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】：材料；焊接性；质量；成本；影响

中图分类号：P755.1文献标识码： A 文章编号：

引言

文章在简要论述金属材料(主要是钢铁材料)焊接性的基础上,分析了材料对焊接钢结构产品的质量和焊接成本的影响,期望能为设计工程师在设计选材时提供参考,使设计者在对材料的刚度、弹性、耐磨性以及防腐性等物理、机械性能给以考虑的同时,也能对材料的焊接性足够的重视。影响焊接质量和焊接成本的因素有很多,对设计者来说,重点应考虑的是材料的焊接性。

一、材料的焊接性

焊接性是指在对材料进行焊接加工时，材料的适应性。具体是指在一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式下，能否获得优质焊接接头的难易程度和该焊接接头能否在使用条件下可靠运行。焊接性的具体内容可分为工艺焊接性和使用焊接性。

1、工艺焊接性是指在一定焊接工艺条件下，能否获得优质致密、无缺陷焊接接头的能力。对于熔化焊来讲。焊接过程一般都要经历传热和冶金反应。因此，工艺焊接性又分为“热焊接性”和“冶金焊接性”。热焊接性是指在焊接热过程条件下。对焊接热影响区组织性能及产生缺陷的影响程度。它是评定被焊金属对热的敏感性，主要与被焊材质及焊接工艺条件有关。冶金焊接性是指冶金反应对焊缝性能和产生缺陷的影响程度。

2、使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足技术条件所规定的各种使用性能的程度。其中包括常规的力学性能、疲劳性能、持久强度、以及抗腐性、低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变、耐磨性能等。

二、材料的焊接性与焊接质量

1、焊接质量

过去人们一提到焊接质量,首先想到的就是焊缝质量,这是因为早期用于制造焊接钢结构的材料,主要是低碳钢,焊缝的质量在整个焊接结构中起着决定性的作用,因此,当时人们把主要注意力集中在解决焊缝中存在的问题是必然的。随着科学技术和焊接技术的发展,各种高强钢、合金钢以及某些有色金属等已被广泛应用到焊接结构产品中来。在这种情况下,焊接质量就不仅仅取决于焊缝,有时热影响区(包括熔合线)的质量对焊接接头乃至整个钢结构产品的质量都起着至关重要的作用,所以,现在所讲的焊接质量应当是包括焊缝金属、熔合线和热影响区母材金属在内的整个焊接接头的质量。而热影响区性能的好坏,与母材的化学成分和性能即母材的焊接性有着直接的关系,因此选择焊接性好的材料对保证焊接质量是非常重要的。

2、焊接接头各区的组织形态和性能

焊接接头各部位金属的性能与母材存在着很大的差异,造成这一差异的原因是焊接接头各部位金属的化学成分和(或)金相组织形态与母材有很大差别。以熔化极电弧焊为例,焊缝金属是由被焊部位母材金属与填充金属(如焊丝、焊条等)重新组合、重新熔化和重新冶炼而成的近似于铸造组织形态的金属,它的化学成分和金相组织与母材不同,热影响区是由于焊接时产生的高温使母材在金相组织和性能发生变化的区域,在热影响区内,各点金属经历的最高温度随其距离焊缝远近不同而各异,因此各点的组织形态也有相应的差别。根据组织特征和距焊缝的远近可将热影响区依次分为熔合区、过热区、相变重结晶区和不完全重结晶区等四个区域。由于各区组织形态不同,因此性能各异,突出表现在过热区冲击韧性的降低,对于时效敏感性较强的钢种,在靠近热影响区的附近,虽然组织未发生变化,但也有可能产生脆化现象,使接头的韧性下降。

3、材料的焊接性对焊接质量的影响

材料的焊接性对焊接质量的影响是非常明显的,焊接性的优劣就是衡量金属材料对焊接加工的难易程度,若想容易地获得优质焊接接头,被焊材料不具备良好的焊接性是很难达到目的的。例如Q235钢,用普通低碳钢焊条焊接就能容易地获得优质无缺陷的接头,不需要复杂的工艺措施。如果用同样的焊条和工艺来焊接铸铁的话,则往往会产生裂纹、剥离等严重的焊接缺陷,即使采取一定的工艺措施来防止裂纹等缺陷的产生,也常会由于熔合线附近存在着极为硬脆的不能进行加工的白口组织而无法使用,这是因为铸铁的焊接性不如Q235钢好的缘故,故不易获得优质的焊接接头,更谈不上保证焊接质量了。如，目前我国新研制的桥梁钢14MnNbq与15MnVNq相比,由于前者的焊接性好于后者,因此,除了所用的焊接材料不同外,其焊接工艺也有所不同。以板厚25~32mm钢板的对接埋弧焊为例,焊接14MnNbq钢时需预热80~120e,而焊接15MnVNq则需160~180e,预热温度的提高,增加了人力、物力和能源的消耗,从而增加了焊接成本。又如用于制造九江长江大桥钢梁的15MnVNq钢,通过对试验材料的力学试验研究认为,该钢具有良好的抗低温脆断的能力,各项性能指标基本上达到了大桥设计要求,但是通过焊接性研究却发现接头的冲击韧性有较大幅度的降低。所以,在条件允许的情况下,尽量采用焊接性相对较好的材料,对简化焊接工艺、提高焊接质量和降低焊接成本都是有利的。

虽然在采取了预热等措施的条件下能够得到完好的焊缝外观,但热影响区的冲击韧性与母材相比仍然下降太多,不能满足焊接质量要求。因此,只从焊接材料和焊接工艺的改进上提高接头的冲击韧性是极为有限的,不能解决其根本问题,事实证明,优化后的钢板明显的提高了材料的焊接性,接头热影响区的冲击韧性有了大幅度提高,焊接接头的性能得到了较大的改善,为焊接生产提供了可靠的质量保证。这充分体现了材料的焊接性对钢结构产品焊接质量的重要影响。

三、材料的焊接性与焊接成本

材料的焊接性除了影响焊接质量外对焊接成本也有很大的影响。由于现代焊接材料和焊接技术的不断发展,过去一些难焊金属或是不能进行焊接加工的金属材料,在特定的条件下进行焊接也能够得到较为满意的焊接接头,但会增加一定的焊接成本。仍以铸铁为例,上述内容中已经提到用低碳钢焊条焊接铸铁较难获得满意的接头,但如果用铸铁焊条或者不锈钢焊条进行焊接的话,可以比较容易的获得较好的焊接接头，然而铸铁焊条和不锈钢焊条的价格要比普通低碳钢焊条高出许多。例如，目前我国最新研制的的桥梁钢14MnNbq，它与15MnVNq相比,由于前者的焊接性比后者好,所以,除了所用的焊接材料不同外,它们的焊接工艺也不相同。如果以板厚25～32mm的钢板的对接埋弧焊，当焊接14MnNbq钢时需预热80～120℃,而焊接15MnVNq就需要需160～180℃,预热温度的提高,造成了人力物力资源的浪费,从而导致了焊接成本的增加。因此,在条件允许的情况下,采用焊接性相对较好的材料,对简化焊接工艺和降低焊接成本都是有利的。

结束语

总的来说，在焊接材料产品的设计中,设计工程师在对所选材料的物理和机械性能关注的同时,还应充分考虑下述方面：(1)焊接质量与焊缝和焊接热影响区的质量都有关系，更有甚者焊接热影响区的质量会成为焊接接头乃至整个产品质量的控制因素。(2)重视材料的焊接性，可以保证焊接质量。(3)选择焊接性好的材料制造焊接产品可简化焊接工艺、提高焊接质量以及降低焊接成本。

参考文献：

【l】徐立媚．减少焊接应力与变形的措施叽．金属加工(热加工)，2008，(12)：83—91．

【2】刘兆甲，张文明．焊接工艺查询与管理系统设计川．电焊机，2008，(1)：17-19．

【3】方立东，宋健．焊接工艺参数优化计算机辅助系统的设计与研究【J】．江苏船舶，2002.

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关键词：钢材焊接性、焊接材料、两者需关注的问题。

中图分类号： TG4 文献标识码： A

一、中国钢铁工业的发展以及钢铁本身的发展

1、 铸和连铸连轧技术的使用。现在各个钢厂已使用连铸或连铸连轧，而且混合电磁搅拌，不会再出现钢板的偏析与夹层缺陷。

2、 炼钢技术的进步。铁液、复合吹炼、炉外精炼技术的应用，使钢液中的混合物质存在指数降低。

3、 高强钢的发展。现在用于船坞、大桥、钢铁房屋、容器、不同环境温度的钢等都在向“纯净、少碳、微合金化和控轧控冷”的方面发展。无论是是我国还是是世界钢铁都在向高强钢的趋势发展。

3、 过去的合金钢是以改变其中碳和元素含量再加上温度加热以制造出各种用途的钢，可以适应各种条件下的焊接。但是随着上述元素所占比例的升高，钢的强度升高，焊接性不足以适应。不同品种所遇到的焊接性状况不同。而合金结构钢内部碳及合金元素所占比例升高，更会引起接头的软化、裂缝增大。各种焊接性问题会对焊接结构安全运行产生影响。

4、 最新型微合金控轧控冷钢其中的碳含量非常低、很少添加有合金元素。采用新型技术来改变钢的强度，大大加强了钢铁的韧性。

5、 新的钢的面世也改变了焊接的发展。但也随之而来了新的焊接问题，实我们焊接方法、做工、原料等方面开发新技术，克服新困难。一直推动焊接技术不断的向更好的方面去发展。

二、钢材焊接性因钢铁改变导致的技术变化

1、 焊接裂纹。上述我们已经介绍了微合金控轧控冷钢所含有的杂质含量非常的低，所有冷裂纹出现的几率就会变小。但是因为在钢管焊接和拼装中有着很大的附加应力，尤其是在使用非常高的温度加入埋弧焊制管，因为焊缝晶粒变大，所以导致局部偏析，也容易出现结晶裂纹。

2、 热影响区的脆化。这是操作过程容易遇到的问题，一般使用的温度越高，脆化程度也会变高。脆化会遇到的问题有很多。其中粗晶区、临界粗晶热影响区、亚临界粗晶热影响区的脆化是最容易出现问题的区域、也是我们应该重点对待的区域。

三、如何减少热对脆化的影响

1、 在所含有的成分中降低碳所占的比例，严格控制杂质所占的比例。

2、 减少热在影响区所含有的晶粒变大。可以向钢铁中添加一些氮氧物质，内部转换，使得我们可以控制晶粒的成长，稳定含量。

3、 改变热区的物质。我们可以对钢中加入变质剂，提高并细化。举例对钢中加入TiO2微粒。可以改变使其不会形成晶界铁素体＋侧板条铁素体这样的部分。并且奥氏体晶内形成细小的针状铁素体可以非常明显的提高韧性。就算实用大量热输入量焊接也不会出现脆化。

4、 实用合适的焊接参数。有一些钢对于热非常敏锐，在焊接的同时改变焊接参数，降低热量触碰的时间，使其晶粒不会长大；从而得到韧化且强壮的组织。

四、新型钢铁材料的焊接性

因为新的钢铁材料晶粒非常的细致，在焊接的同时需要面对的情况是焊缝的强韧、在热影响区晶粒长大等问题。

金属的强韧化。焊缝金属是通过合金化控制焊缝的组织从而实现强韧化。对400MPa级钢，只要改变焊缝组织就可以使得针状铁素体出现，便可以得到强韧性。对于800MPa级以上的钢，焊缝金属、母材的等配对非常的困难。但是现在，中国与韩国研究的与800MPa级以上的钢匹配的焊接材料，是无预热超低碳贝氏体焊接材料。

热影响区的晶粒长大趋势。因为超细晶粒钢的存在，焊接的时候会出现晶粒长大趋势。不但会出现HAZ的脆化，并且还会影响HAZ的软化。要改变这个情况，要使用激光焊、超窄间隙GMA焊、脉冲MAG焊等低热量的焊接方法。

五、钢铁工业的进步对于焊接材料产业的影响以及改变

我国工业化的快速进步和钢铁工业的迅猛发展，我国焊接材料产量速度不断上升，而且与钢材的消费量的增加形成的正比例上升。现在我国焊接材料产量可以占到全球焊接产量的40％，数量上是世界第一的焊材消费大国，但焊材技术并不是在强国之列。

焊材在发展中的问题有很多。随着焊接产量进一步的增加，焊接的结构也面临着进一步调整的情况。最近随着钢材的需求的日益增高，焊接材料消费需求不断的增加，伴随我国钢结构用钢量的上升，焊接材料的需求将会越来愈高。焊接技术向高效化、自动化和高质量化方向是我们发展的目标，因而使得焊材结构得以改变。这其中焊条比例将下降，焊丝比例将提高。

焊材质量的提高。中国不但是钢材产量和钢材消费大国，并且是世界上头号焊材产量与焊材消费大国。但低端焊材偏多，高端焊材还需需要从国外进口。所以，我国的焊材需要根据自身的情况来指定自身的方针，不但要对结构进行改变，还要改变产品的质量问题，去迎合需求，改变我们的产品在世界上的影响力和竞争力。例如：焊条、丝都应随着新型钢的出产进行配套研发、药芯焊丝应向宽电流、无杂质、低飞溅、快速焊发展、气保护实芯焊丝应向低飞溅、高状态、多样式发展。

微合金控轧钢焊接材料的开发。钢铁冶金技术的进步使低合金高强钢实现了高强度，这就要求与之匹配的焊接材料也必须有相应的强度。因为焊缝金属无法采用控轧控冷措施实现，也无法实现钢材轧制时的强度。所以现在用的焊接工艺与焊接材料不能用于低碳微合金化控轧钢，于是便要对焊接材料及工艺进行改变。根据资料显示，可以在微合金化细晶钢与新一代钢种的新型焊接材料中使用的是高洁度的针状铁素体与超低碳贝氏体的焊接材料。这样的焊接材料有非常好的韧性，所以，焊缝能够在很宽裕的热输入范畴内保证有着非常高的韧性。而且，因为上述技术使用了低碳，所以裂纹出现的可能性大大降低，可以说是不会因为焊接的问题而产生裂纹。

新型焊接材料发展的方向。因为我国工业化前进脚步的快速迈进以及新钢种材料源源不断的开发利用，所以对焊接材料提出了更高的要求，在提升现在我国焊材品质的同时，不断研究更多新型焊材的种类，以适应国家现代化建设的要求。

参考文献：

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1.1 深水用管线钢的概况与发展趋势

海底管道在国外发展很快，自1954年美国在墨西哥湾覆设世界第一条海底管道以来，北海、黑海、地中海、巴西等海洋油气田被相继发现和开发，全世界海底管道工程得到蓬勃发展。目前世界最长的海底管道是挪威至英国的朗格勒得北海管道，总长度1 200 km，管径1 016 mm，壁厚34.1 mm，材质X70，最大工作压力25 MPa，最大水深1 000 m。目前世界最深海底管道是美国墨西哥湾东部湾的独立管道，水深为2 454 m，其管径为610 mm，壁厚34.3 mm，材质X65，最大工作压力25 MPa。目前世界深水管道的典型水深为2 500 m，正面临3 000 m及以上深度的挑战。

中国拥有300万平方千米的海洋面积，油气资源储量丰富，仅南海海域探明的油气储量达到220亿桶当量，是墨西哥湾的两倍。政府开始加大海洋油气资源的开发力度，在“十二五”发展纲要中，明确提出要重点扶持海洋装备制造产业，并出台了一系列扶持政策。与此相适应的南海荔湾3-1项目已于2009年启动，预计2014年竣工投产，总投资规模100亿美元。该气田水深为1 410 m（最深），海底管道分深水和浅水两段，钢管均已完成供货任务，其中浅水段265 km由珠江钢管有限公司和国内其他两家管厂共同完成供货，而深水段150 km由珠江钢管公司独家完成供货，这也是国内制管企业第一次提供1 500 m深海用海底管线。深海段管径为559 mm，壁厚22～27 mm（弯管用母管壁厚31.8 mm），材质X65，最大工作压力29.4 MPa，年运行时间350天，使用年限50年。

1.2 深海管线钢管的特点

海底管道与陆地管道有很大差异，海底管道除了考虑管道正常运行中承受的工作载荷外，还需考虑管道铺设过程中承受的拉伸屈曲应力和铺设完成后的残余应力，以及运行过程中环境载荷对管道的影响，如外水压力、风、海浪、暗流、地震等对管道造成的平移和振动。为满足应变设计需求，使钢管获得最大的临界应变屈曲能力，要求钢管具有足够小的D/t（即径厚比），因此小直径和大壁厚是深海管线钢管的主要特点。海水深度与管径的关系如表1所示。由表1可以看出，随水深的增加，要求的径厚比减小。

为适应海底管道的安装要求和服役条件，海底管线在成分设计和性能方面要求更为严格。主要特点有：①具有高的形变强化指数和均匀延伸率；②低的屈强比；③优良的纵向拉伸性能；④低的铸坯中心偏析，良好的厚度方向性能，低的断口分离和层状撕裂的几率；⑤优异的夏比冲击、落锤撕裂和CTOD性能；⑥优异的 焊接性；⑦严格的尺寸偏差和精度控制。为保证钢管具有上述性能，其化学成分设计特点是：低的碳含量、低的碳当量、低的硫磷含量，其轧制工艺为TMCP。荔湾3-1项目国产钢板的典型化学成分如表2所示，力学性能如表3所示。

从化学成分和力学性能结果看，国产钢板钢质纯净，性能优良，断裂韧性优异，完全可满足深海管线的使用性能。

1.3 深海X65钢管的焊接材料及其焊接

深海管线在前期的试制过程中，采用国内现有的焊接材料有针对性地进行了大量的焊接X65厚壁板的试验研究，结果不能令人满意。表现在：①焊缝中心熔合线的夏比冲击吸收能量偏低，甚至不能够满足标准要求，更不能满足应大于标准规定的二倍的内控标准；②现有焊接材料强度偏低，焊接接头的横向拉伸试验断在焊缝的情况时有发生，不符合标准的要求。因此有必要开发一种性能更高、更稳定的新型焊丝，绝对保证焊缝接头具有足够的低温冲击韧性和断裂韧性以及足够的焊缝抗拉强度，为此珠江钢管与猴王焊材进行了共同开发，并取得成功。

南海荔湾深海钢管的焊接要求如下：

（1）焊接接头的低温韧性：试验温度为-20 ℃，试样尺寸为10 mm×10 mm×55 mm时，焊缝中心、FL，FL+2，FL+5的单个最小值≥38 J，平均值≥45 J。内控标准加倍，即：最小值≥80 J，平均值≥90 J。

（2）焊缝的低温断裂韧性：试验温度为-10 ℃时，CTOD值≥0.2 mm。

（3）焊接接头横向抗拉强度：Rm ≥535 MPa，且不允许断在焊缝中心，即要求焊缝的抗拉强度必须大于母材的抗拉强度。从前面数据看出，X65母材的抗拉强度一般在600～620 MPa，为保证接头断于母材，焊材熔敷金属的抗拉强度应在630～660 MPa之间（即匹配系数为1.05～1.10为佳）。

1.3.1 焊丝成分设计思路

目前在制管行业主要使用二种合金化思路的高强高韧性焊丝，效果都比较好，已应用了10多年。一种是以H08C为代表的Mn-Mo-Ti-B合金化方式，另一种则是以H08D为代表的Mn-Ni-Ti-B合金化方式，这二种焊丝各有千秋，就熔敷金属性能而言，H08C的强度更强，H08D的韧性则更高。新型焊丝成分设计立足于二者的优点，将采用Mn-Mo-Ni-Ti-B的新合金成分体系，适当提高Mn，Mo含量以提高抗拉强度，添加适量Ni元素以提高焊缝韧性，降低P，S含量，以稳定焊缝力学性能和改善焊缝的抗裂性能。其合金化元素作用如下：

（1）C：C含量对焊缝的强韧塑性及其组织均有较大的影响，不宜过高或过低。C含量过高，将会使焊缝的韧性和塑性迅速下降，甚至引起焊缝开裂，C含量过低，将影响焊缝强度，一般含量在0.04%～0.10%。

（2）Si：加入一定的Si可以使焊缝金属镇静，加快熔池金属的脱氧过程，保证焊缝的致密性，同时也可提高焊缝的强度。但过量的Si含量，容易形成硅酸盐夹杂，还易出现硅裂。

（3）Mn：焊缝强韧化的有效元素。Mn可以细化晶粒，提高焊缝的低温冲击韧性，并有脱氧脱硫作用；另由于降碳会引起强度下降，所以加入Mn的同时会弥补所失去的强度。

（4）Mo： 焊缝中含有一定量的Mo元素有利于提高焊缝中针状铁素体的含量，减少先共析铁素体，并有细化铁素体晶粒的作用，提高焊缝的强韧性。

（5）Ni：有助于提高焊缝金属的韧性，降低韧脆转变温度。此外，Ni还能有效地阻止Cu的热脆性引起的网裂，并能有显著提高钢和焊缝的耐腐蚀性能。

（6）Ti：焊接时Ti可与N和O结合形成TiN或TiO质点作为晶核，在焊接加热过程中阻止奥氏体晶粒的长大而细化焊缝奥氏体晶粒，同时又可在焊接冷却过程中作为相变核心，形成晶内形核的针状铁素体，使焊缝的韧性提高。但若Ti过量，形成大量的TiC和TiN质点，将使韧性降低。

（7）B：加入微量的B，可明显降低奥氏体晶界的界面能，抑制铁素体从奥氏体晶界上形核，避免不利的魏氏铁素体或网状先共析铁素体形成，因而可使焊缝最大限度地获得韧性较高的晶内针状铁素体组织，提高焊缝的韧性。

（8）S，P：焊缝中的主要有害元素，显著降低焊缝金属的低温冲击韧性和塑性，这也是焊缝性能波动的重要原因。为了消除S对焊缝的热脆和P对焊缝冷脆作用，焊丝钢冶炼时应尽量降低S，P的含量，焊缝中S的含量应低于0.003%，P的含量应低于0.012%。

1.3.2 焊缝熔敷金属性能

熔敷金属试验按GB/T12470—2003标准进行，焊丝牌号为MK65HGX-III，匹配的焊剂为SJ102G的氟碱性焊剂。检验结果见表4和表5。熔敷金属性能满足预期要求。

1.3.3 对接试板焊缝性能对比试验

对接采用4丝焊，第1组4根丝全部为新型焊丝，第2组前2根为新型焊丝，后2根为H08DG焊丝。对接试板均为SMYS 450F/X65深海用钢板，壁厚27 mm。试板对接性能结果如表6所示。第1组结果要优于第2组，但二组试验结果均合格，且均有加大的富余。第2组的成本优势明显，故正式生产拟选用第2组匹配。

1.3.4 埋弧焊焊丝MK65HGX-Ⅲ的应用

以埋弧焊焊丝MK65HGX-Ⅲ为主和SJ102G焊剂匹配焊接了南海荔湾项目浅海段的钢管6.5万吨。其材质为X65（武钢），管径为φ762 mm，壁厚度为28.6和30.2 mm。

以同样的焊接材料匹配焊接了南海荔湾项目深海段钢管5万吨，其材质为SMYS 450F（POSCO和南钢），管径为φ558.8 mm，管壁厚度分别为31，29，27，26，25.4，24和22.2 mm，深海段弯管250 t，其材质为SMYS 450F（南钢），管径为φ566 mm，壁厚为30.5 mm。

以上所有规格的焊接接头实物质量的低温冲击韧性均大于标准规定的二倍以上。焊缝中心的CTOD值，浅海段和深海段先后进行了15次试验，焊缝实物质量的CTOD值均满足了标准的要求，而且富余量较大。焊接接头的横向拉伸试验全部都断在母材上，试验证明埋弧焊的焊接接头具有高强度、高韧性和高塑性的性能。图1为部分钢管焊缝性能数据分布图。表7为钢管焊缝CTOD试验结果。

2 关于焊接材料标准的二点建议

2.1 关于S，P含量的问题

通过近10年的发展，中国的冶金和轧钢技术有了长足的进步，国内重点钢厂企业建立了现代化炼钢流程和现代化TMCP轧钢工艺。铁水几乎100%实现了预处理，80%实施了炉外精炼工艺，极大地提高了钢材的纯净度，匹配现代TMCP轧制工艺，实现了当代板材高强度、高韧性和良好焊接性的统一。例如：现在普通的热轧板杂质含量可控制S≤0.010%，P≤0.020%；普通低合金高强板可控制S≤0.005%，P≤0.015%；X80，X90管线钢S≤0.001 5%，P≤0.010%；抗HIC钢板S≤0.001%，P≤0.008%。然而现在的焊缝性能已经明显落后于钢板性能，焊缝性能不稳定，波动大，其主要原因之一，就是焊接材料中S，P偏高，焊接材料实物质量虽然可满足现行焊接材料标准的最低要求，但已难满足用户实际生产需要。现行的焊丝标准S，P大都≤0.030%或≤0.035%，而焊剂更离谱，S≤0.06%，P≤0.08%，作为焊接材料使用单位完全无法接受。建议新修订标准时应进行适当修正，以满足和规范国内焊接材料市场。

2.2 关于ASME牌号焊接材料的问题

现行焊接材料国家标准和国际标准接轨力度较弱，基本在国内采购不到完全符合ASME标准的国产焊丝，低合金钢焊丝表现尤为明显，总是有个别元素对不上，致使公司接国外订单时麻烦重重，评定工作量加多不少，因此建议在修订标准时适当加以考虑。

3 结束语

（1）南海1 500 m深海管线的开发成功，开创了中国制造的SAWL焊管适用于深海管线的先河，这是国内企业向深海进军的里程碑。

（2）开发高端产品，需要走联合开发的路子，例如企业与企业联合、企业与研究院（所）联合。深海管线项目的成功开发，就是一个很好的范例。

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摘要： 针对国内外火力发电厂中高温高压工作环境的要求，研发了高Cr奥氏体型不锈钢焊接材料，并对其工艺性能进行了研究。

关键词： 高Cr奥氏体型不锈钢；焊接材料；工艺性能

中图分类号： TG422

Abstract： The high temperature and pressure environment for thermal power plants at home and abroad require new types of welding materials. A kind of high Cr austenitic stainless steel welding material was developed in this research， and it process performance were studied.

Key words： high Cr austenitic stainless steel； welding material； process performance

1 概述

近年来，在国内外的火力发电厂中，由于蒸汽条件的高温高压化，要求使用蠕变强度比18Cr-8Ni型不锈钢高的耐热钢，因此开发了20-25Cr型奥氏体不锈钢。对于焊接材料，开发了改善高温特性的19Cr-11.5Ni-0.1C型不锈钢焊接用焊丝和焊条。但是对于更高要求的高温高压环境的焊接材料尚未开发，为了满足20-25Cr型奥氏体不锈钢的焊接，研究了高Cr奥氏体型不锈钢，特别是20-25Cr型焊接材料的优良蠕变特性，研发了高温高压环境下具有更高要求的高Cr奥氏体型不锈钢焊接材料。

2 发明的内容

2.1 气体保护焊用焊丝的合金含量及其作用

C：0.02%～0.1%，C是降低耐腐蚀性的成分。超过0.1%时，产生晶间腐蚀。小于0.02%时，降低蠕变强度。因此，C含量控制在0.02%～0.1%范围内。

Si：0.1%～1.0%，Si是脱氧剂，是改善熔融金属流动性，获得良好焊缝的成分。小于0.1%时，没有效果，超过1.0%时，产生高温裂纹。因此，Si含量控制在0.1%～1.0%范围。最好控制在0.6%以下。

Mn：0.5%～2.5%，Mn是脱氧剂，与S结合生成MnS，是降低S对高温热裂纹影响的有效成分。小于0.5%时，没有效果。超过2.5%时，其效果饱和，认为不能改善上述的影响。因此，Mn含量控制在0.5%～2.5%范围。

Ni：13.00%～18.00%，为了保持与母材同等的耐蚀性，Ni含量必须大于14.00%以上。但是，Ni是贵重金属，价格昂贵，随着添加量的增加，制造成本增加。因此，Ni含量控制在13.00%～18.00%。

Cr：20.00%～25.00%，为了保持与母材同等的耐蚀性、抗氧化性，Cr含量必须大于20.00%。但是，加入量超过25.00%时，促进δ铁素体的形成，显著降低热加工性能，焊丝和焊芯加工困难。因此，Cr含量控制在20.00%～25.00%范围。

Nb：0.2%～1.5%，Nb的加入量大约是C含量的8～10倍，具有改善抗晶间腐蚀的效果。但是，由于Nb是很强的铁素体形成元素，过多加入时，与Cr相同，显著降低热加工性能，焊丝和焊芯加工困难。因此，Nb含量控制在0.2%～1.5%范围。

N：0.01%～0.20%，N具有提高蠕变强度的作用，必须加入0.01%以上。但是，超过0.2%时，与Cr氮化的作用，减少了耐蚀的Cr含量。因此，N含量控制在0.01%～0.20%范围。

以上成分是必须的成分，杂质含量越少越好。特别是以下的元素含量必须控制。

P≤0.010%，S≤0.005%，因为P，S都是抗高温裂纹的有害成分，所以，P≤0.010%，S≤0.005%，最好控制在P≤0.005%，S≤0.003%。

Al≤0.010%，Al含量超过0.010%时，熔敷金属流动性明显受阻，由于焊道的一致性恶化，所以控制Al含量小于0.010%，最好小于0.005%。

Ti≤0.010%，Ti含量超过0.010%时，熔渣量增加，是造成夹渣等缺陷的原因。所以，控制Ti含量小于0.010%，最好小于0.005%。

B≤0.001 0%，B与P，S一样，由于是抗高温裂纹的有害成分，所以控制硼含量小于0.001 0%，最好小于0.000 5%。

O≤0.010%，O含量超过0.010%时，熔渣量增加，是产生夹渣等缺陷的原因。所以，控制O含量小于0.010%。

Zr≤0.10%，Mg≤0.10%，Zr+Mg≤0.10%，Zr，Mg与Ti相同，由于是增加熔渣的成分，所以，控制Zr≤0.10%，Mg≤0.10%，同时控制Zr，Mg含量时，Zr，Mg各自含量分别Zr≤0.10%，Mg≤0.10%，同时Zr+Mg≤0.10%。

具有上述化学成分的焊丝使用于TIG，MIG等各种气体保护焊接。气体成分及组成没有特殊的限制。

2.2 药皮焊条的药皮及其作用

金属碳酸盐：10%～45%，金属碳酸盐在焊接过程中形成碱性熔渣，具有抑制熔敷金属中的P、S含量、改善抗热裂纹的作用。分解生成的的CO2气体保护焊接电弧免受空气的侵入，具有防止麻坑、气孔等焊接缺陷的作用。但是，小于10%时，没有这种效果；超过45%时，电弧不稳定。所以，金属碳酸盐加入量控制在10%～45%范围内。作为金属碳酸盐有碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、碳酸锂、碳酸锶等，可以使用1种或2种以上。

金属氟化物：5%～50%，金属氟化物改善熔渣的流动性，具有使焊道平滑的作用和降低焊道熔合不良和夹渣等焊接缺陷的效果。但是，小于5%时，没有这种效果，超过50%时，电弧不稳定。因此，金属氟化物含量在5%～50%范围内。作为金属氟化物有氟化钙、氟化镁、氟化钡、氟化锂、氟化锶、氟化钠、氟硅酸钾、冰晶石等，可以使用1种或2种以上。

Si化合物（换算成SiO2）：1%～10%，Si化合物是电弧稳定剂，具有造渣的作用。但是，小于1%时，容易产生粘渣，是产生夹渣的原因。超过10%时，损害电弧稳定性，所以，Si化合物（换算成SiO2）含量控制在1%～10%范围内。作为Si化合物有硅石、硅砂、长石、云母、硅酸钠、硅灰石等。可以使用1种或2种以上。

Ti化合物（换算成TiO2）：1%～15%，Ti化合物是电弧稳定剂、造渣剂。但是，小于1%时，容易产生粘渣，是产生夹渣的原因。超过15%时，损害电弧稳定性，所以，Ti化合物（换算成TiO2）含量控制在1%～15%范围内。作为Ti化合物有金红石、钛酸钾、钛铁矿、钛白粉等。可以使用1种或2种以上。

Re：0.5%～5%，Re（稀土类元素）与S结合形成熔点较高的Re硫化物，具有改善耐高温裂纹的作用。但是，小于0.5%时，没有效果，超过5%时，损害电弧稳定性。因此，Re含量控制在1%～10%范围内。作为Re有氧化钇、氧化铈、铈镧合金等，可以使用1种或2种以上。

金属粉末小于20% ，在药皮中添加金属粉末，补充焊接时焊芯中氧化消耗的金属成分，希冀提高焊缝金属的力学性能、耐蚀性能。但是，金属粉末添加量超过20%时，电弧不稳定，所以控制在20%以下。作为金属粉末有金属锰、金属铬、金属镍、FeTi，FeMn，FeCr，FeNb，FeSi等。可以使用1种或2种以上。

这种焊条的焊芯使用与上述焊丝成分相同的焊芯。其理由是，对于焊条电弧焊，药皮中合金元素添加量多时，在焊接条件下，从药皮中添加合金元素向熔敷金属中过渡容易变动，不能获得稳定的熔敷金属化学成分。

药皮中主要成分由上述构成外，还适量添加氧化锆、铁粉等其他成分。药皮重量系数为20%～40%。焊芯成分的一部分可以通过药皮中添加，可以获得同样的熔敷金属。

发明的焊接材料主要是焊接高Cr奥氏体型不锈钢，特别是对20-25Cr型不锈钢焊接，效果显著。无论是高温特性良好的材料，还是以Cr为主添加其他元素成分的材料，均能焊接。

3 实施例

3.1 实施例1

冶炼钢锭并加工成具有表1所示化学成分的焊丝，进行焊接试验供评价焊丝的加工性能。焊丝加工性能容易的标记为，加工性能极困难时标记×。其次，使用这些焊丝进行钨极氩弧焊接（焊接规范见表2）制成熔敷金属。研究焊缝的均匀性、熔渣产生量、抗裂纹性能、熔合不良、夹渣等焊接缺陷和加工性能，试验结果见表3。

焊道的均匀性特别良好的评价标记为，良好的评价标记为，不良的评价标记为×。熔渣生产量特别少的评价标记为，少的评价标记为，多时的评价标记为×。抗裂性能，焊接时不产生裂纹的评价标记为，产生裂纹的评价标记为×。焊接后，按照JIS Z3106 规定的放射线照相试验进行检测焊缝熔合不良，产生夹渣等焊接缺陷。其底片等级为Ⅰ级的评价标记为，达不到Ⅰ级的评价标记为×。

由表3可知，发明例的任何焊丝，焊道的均匀性、熔渣生产量、抗裂性能、加工性能均良好。特别是发明例的A，D，E，F焊丝，由于Ti含量控制在0.005%以下，熔渣产生量极少。发明例的B，C，E焊丝，由于Al含量控制在0.005%以下，焊道均匀性特别良好。

比较例的G～K焊丝中，焊丝G，焊丝H，由于Nb，Cr含量高，加工极为困难。焊丝I由于Si含量过少、Al含量过多，焊道的均匀性不好。焊丝J，由于Si，B含量过多，产生裂纹。此外，由于Ti，O，Zr，Mg含量过多，熔渣生产量多，产生夹渣。焊丝K，由于P，S含量过多，产生裂纹。

3.2 实施例2

冶炼钢锭并加工成具有表1中所示化学成分的焊丝，使用L焊丝按表2焊接规范进行钨极氩弧焊，制成熔敷金属，加工成GL=30 mm，外径6 mm的蠕变试样。用实施例1 中A～F得到的熔敷金属加工成同样尺寸的蠕变试样。这些试样在650 ℃×30.0Kf/mm2和650 ℃×22.0Kf/mm2两种条件下进行蠕变断裂试验，测量蠕变断裂时间。其试验结果见图1。结果表明，发明例的A～F任何焊丝与L焊丝相比，其蠕变断裂时间均大为延长。

3.3 实施例3

冶炼钢锭并加工成具有表1中所示A～F化学成分的焊条用焊芯，焊芯尺寸为3.2 mm。这些焊芯与表4～8所示组成的药皮制成焊条。使用这些焊条按表9的焊接规范进行焊接，制成熔敷金属。对电弧稳定性、焊道气孔的有无、熔合不良、夹渣等焊接缺陷进行评价，试验结果见表10。

电弧稳定性良好的评价标记为，不良的评价标记为×。抗裂性能评价，焊接时不产生裂纹的评价标记为，产生裂纹的评价标记为×。按照JIS Z3106 规定的放射线照相试验对焊道气孔的有无、熔合不良、夹渣焊接缺陷等进行检测。其底片等级为Ⅰ级的评价标记为，达不到Ⅰ级的评价标记为×。

在表6中，编号1～8的发明焊条，无论哪一种焊条，电弧稳定、抗裂性能优良，认为没有任何焊接缺陷。编号9～11的比较例焊条，编号9焊条金属氟化物含量过多，电弧不稳定，TiO2换算值合计、SiO2换算值合计含量为0，产生夹渣，X射线照相检测时，发现存在夹渣。编号10焊条金属碳酸盐含量过少，气体保护不良，X射线照相检测时，发现存在气孔。此外，不能降低熔敷金属中P，S，RE含量为0，产生热裂纹。由于金属粉末添加量过多和SiO2换算值合计过多，电弧稳定性不良。编号11焊条由于金属碳酸盐、TiO2换算值合计、RE含量过多，电弧稳定性不良。此外，由于金属氟化物含量过少，焊道根部过渡不圆滑，X射线照相检测发现熔合不良。

3.4 实施例4

使用表12所示化学成分的焊芯（3.2 mm）与表4中比较例编号12所示的药皮组成制成焊条。使用该焊条按照表5所示的焊接规范进行焊接，制成熔敷金属，加工成GL=30 mm，外径6 mm的蠕变试样。还有，从实施例3中编号1～8发明例焊条得到的熔敷金属制作成同样的蠕变试样。这些试样在650 ℃×30.0 kgf/mm2和650 ℃×22.0 kgf/mm2两种条件下进行蠕变断裂试验，测量蠕变断裂时间。其试验结果如图2所示。结果表明，发明例焊条与比较例编号12焊条相比，其蠕变断裂时间均大为延长。

3.5 实施例5

使用表13所示的焊条按照表14所示的焊接规范进行焊接试验，制成试板，母材是表15所示化学成分的高Cr奥氏体不锈钢，如图3所示形状的坡口，进行X射线照相试验、弯曲试验（试样尺寸：9.5 mm×10 mm×300 mm）、拉伸试验（试样尺寸：6 mm，取样位置如图4所示），试验结果分别见表16。其结果表明焊缝金属具有良好的接头性能。

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【关键词】焊接技术；发展；趋势

引文：在全球经济的发展带动之下，全球整体对于钢材的需求量也逐渐增加，而随着钢材产量的增加，焊接材料的消耗也在进一步增加。在近些年来，我国焊接材料的生产已经占到了世界总产量的一半以上，而且就目前的发展形势来看，我国焊接材料的产量还有进一步上升的趋势。在现在的各行各业中，对于钢材的需求也非常之大，而随着人们对品质要求的提高，对所需钢材的品质也有了更高的要求，因此，为了保证整体工程的质量，对于焊接材料而言，必然也要有进一步的提高。

1.我国焊接材料消费和发展的特点

二十世纪末，我国的焊接材料实际生产量就已达100万吨，消费量达到95万吨左右，由此可见，我国是当之无愧地世界焊接材料生产和消费的大国。我国焊接材料的生产和使用有以下特点：（1）焊条的使用率达到90%以上，实芯焊丝、药芯焊丝的比例低；（2）与焊接相关的行业产业其焊接技术发展不均衡。压力容器、建筑安装、桥梁等行业几乎全部使用手工焊条，而造船行业实芯焊丝、药芯焊丝的应用比例已接近世界发达国家水平。

实芯焊丝、药芯焊丝在国外快速发展的根本原因包括以下两个方面：（1）焊工缺乏；（2）在钢结构制造成本中人工成本占50%以上，而材料成本（钢材、焊材）占30%以下。但就目前的情况看来，近期内我国不会出现这样的情况，由此看来，我国焊接材料的发展和应用不应该盲目追赶和效仿国外模式。

在我国，焊接成本和焊接质量是推动焊接材料发展的根本动力。我国焊接材料发展的多样性是由我国经济和焊接技术发展的不平衡性所决定的。由此分析，在今后一段时间内，焊接材料的发展和应用会具有以下特点：（1）焊条的使用量仍旧是主流，但其品种需求会多样性，质量要求也随着行业需求的提高而进一步提高；（2）实芯焊丝、、埋弧焊丝药芯焊丝和一些高级别的特种焊接材料会逐步的取得实质性的发展；（3）实芯焊丝、、埋弧焊丝药芯焊丝和一些高级别的特种焊接材料产量会逐步增大，但增幅不会太快，焊条生产量会逐渐下降。我们推断实芯焊丝会有较大发展的原因包括以下几方面：（1）采用 气体保护实芯焊丝在大多数工况下，可获得低成本、高质量的焊缝，其成形稍差。（2）虽然在焊缝性能方面实芯焊丝焊不如焊条和药芯焊丝，但针对目前在大多数工业领域中碳钢及490MPa以下的钢材，实芯焊丝完全可以满足要求。 （3）通过近年来对焊接电源的改进，实芯焊丝的飞溅、成形等实现了较大程度的进步和改善。

2.我国焊接材料行业发展趋势分析

2.1焊接材料的需求量已经进入了平稳期

近些年来我国的粗钢产量每年都呈现增长的趋势，但是随着市场需求的逐渐平稳，这种增长也逐渐放缓，因而，受钢材产量的影响，焊接材料产业比较集中，而且各类焊接材料的产量已经无法呈现持续增长的趋势，特种焊接材料在最近发展比较快，产量也在增加，但是其他的焊接材料都进入了平稳期，不会出现大幅的增长。而在以后的发展中，焊接材料的产品结构将会调整并进一步加快材料的升级。在对近些年的钢材产量的分析中发现，钢材的市场需求可能会接近顶峰，这就预示着焊接材料在到达顶峰之后呈现下降趋势。

2.2焊接材料市场结构需求将发生变化

信息时代，智能化和自动化程度都有了很大的提高，焊接行业的自动化程度也在蓬勃发展。在焊材结构当中，我国的焊材结构比例与发达国家已经基本相似，在焊材当中，实心焊丝、药芯焊丝等各类焊丝的使用量占到了焊材总量的百分之七十之多，这个数字已经逼近发达国家的使用量，但是我国大部分企业中焊丝都是在手工作业下使用的，自动化程度还不是很高。

在以后的发展中，焊接的自动化程度必然得到发展，而进行自动焊接之后，焊条使用率将会极大的下降，焊接机器人将进一步代替人工焊接，焊接的质量和效率将会得到极大的提升。通过分析近些年焊材的使用比例，发现气保护实心焊丝的使用量占到了很大的比例，已经逐渐成为了一种主要的焊接材料，而随着焊接机器人在行业中比例的提高，焊丝的需求量将进一步提高。在一些大型的工厂和工程项目当中，气保护焊丝使用量占到了绝大的比例，但是在一些中型企业或者工程项目当中，主要使用的还是焊条，比如乡镇中的房屋建设、交通建设等地方，还主要是人工使用焊条完成焊接工作。在未来，焊条必将遭到进一步的淘汰，逐步向焊丝为主的方向发展。

2.3焊接材料高端化发展趋势进一步明显

由于市场需求的发展，焊接材料也逐渐由低端向高端发展，但是在经济的刺激下，低端市场还是呈现一定的发展趋势，比如现在低端市场主要是酸性碳钢焊条、气保护焊镀铜焊丝、药芯焊丝这三种占据主要的位置，虽然这三种焊材并不是发展的方向，但是短期之内还是占据主要地位。因此，需要市场进行刺激和引导，发展高端焊接材料。在一些行业中，比如造船、海洋工程等中，对于焊接材料的要求非常高，一般都比国家标准要高，这也是一块很大的市场。

在一些对焊材要求比较高的行业中，目前使用率比较高的是有缝药芯焊丝，但是这种焊丝有诸多的不足，比如容易生锈、不利于运输等，这些都会影响焊接的质量，而在一些发达国家，已经利用无缝药芯焊丝代替有缝药芯焊丝，这种焊丝可以克服有缝焊丝的诸多缺点，在实际的使用中更能满足需求，这必然受到市场的欢迎，但是这种焊丝的生产技术主要集中在国外，国内引进的话需要很大的成本而光靠进口不仅价格高，而且周期不稳定，因此，我国将加大自主研发的投入，加快无缝药芯焊丝的研发和生产，向高端领域迈进，这将在很大的程度上提高焊丝的质量，也将使我国在国际焊材领域更加具有竟争力。

2.4特种焊接材料不断增长

其他特种焊材，如不锈钢焊材、镍基合金焊材、核电工程用焊材、海洋工程用焊材、超临界锅炉和大型石化设备用焊材、管道工程用焊材、压力容器用焊材、轨道交通用焊材、航空航天用焊材等都呈现增长趋势。以管道工程行业所使用的特种焊材为例。目前，管道工程应用领域所使用的特种焊接材料产品主要有自保护药芯焊丝、高韧性高强钢气保护实心焊丝、超低氢高韧性高强钢焊条、双层药皮焊条、纤维素焊条、高韧性高强钢埋弧焊丝及焊剂等。

2.5绿色环保焊接材料得到发展

近年来，由于对环境和健康的重视，针对绿色环保焊接的呼声越来越高。以目前应用越来越多的药芯焊丝为例，焊材研发工作者围绕降低药芯焊丝发尘量、飞溅量的研究始终没有停止，提供对环境污染及对焊工身体健康损害最小的焊材一直是焊材研发工作者追求的课题。

3.结语

随着经济的发展和市场需求的变化，我国焊材市场的结构必将发生变化，并且逐渐由低端向高端发展，由焊条向焊丝发展，在国家的重视下，科研的投入加大，焊材市场一定会转型成功，与国际接轨。

参考文献：

[1]徐向军.桥梁钢结构焊接材料的选用及思考[J].金属加工：热加工，2014（6）：19―20.

篇6

微波焊接 微波焊接是陶瓷焊接的另 种新方法 由于其加热的高速度和均匀性具有许多潜在的经济效益。迄今为止,这项技术已经用于陶瓷与陶瓷以及陶瓷与玻璃的焊接。

陶瓷材料具有很好的耐热性和抗腐蚀能力 ,在许多高技术领域 例如航天,汽车,化工和电子工业等正起着越来越重要的作用,然而陶瓷材料的机械加工却极为困难,这就大大限制了陶瓷材料的进一步推广使用。解决方法除了目前正在研究的陶瓷超塑性成型外,最有发展前途的技术是陶瓷焊接,即对形状简单的陶瓷零件进行焊接,以制成形状复杂或大尺寸的构件,正因如此,陶瓷焊接愈来愈受到人们的重视。微波焊接是一门崭新的焊接技术,它利用微波在材料中介质损耗使陶瓷加热,在一定压力下完成连接,根据接头间是否加入中间介质,微波焊接可分为直接焊接和间接焊接两种,由于陶瓷的加热是通过微波与材料相互作用实现的 ,使接头能够均匀地连接 ,避免了开裂发生 。同时微波加热的升温速度极快 ,陶瓷内部品粒不会严重长大 ,晶界相元素分布 比焊接前更均匀 从而使接头区域材料保持优良的性能。

微波连接陶瓷材料的原理和特点

微波焊接试验装置

( a) 微波焊接材料总图; (b) 微波焊接材料简图

1 微波焊接的试验装置和特点

微波焊接陶瓷材料的典型试验装置见图1。被焊接的陶瓷材料置于微波应用器中, 在陶瓷材料的两端施加压力。磁控管产生的微波经过微波波导输送到微波应用器中。微波频率通常为 2 45 GHz或0.915 GHz。

微波加热陶瓷材料是利用微波电磁场与陶瓷材料的相互作用, 因此陶瓷材料的微波加热与陶瓷材料本身的性能有很大的关系。对于介电损耗高又不随温度剧烈变化的陶瓷材料, 微波烧结的加热过程较为稳定,容易控制,但多数陶瓷材料在室温时介电损耗较低,当加热超过临界温度,陶瓷材料的介电损耗急剧增加,使温度迅速上升。另外,对于某些对微波具有透过性的陶瓷材料, 必须在材料中添加适量的具有吸收微波性能的添加剂或玻璃相, 才能进行微波加热。利用微波在材料中的介质损耗, 不仅能完成陶瓷的烧结,而且还可以实现陶瓷材料的连接, Meek 和Black 最早利用微波技术实现了Al2O3薄片间的玻璃连接及陶瓷/玻璃/金属连接。微波连接陶瓷材料的主要原理是通过改变电磁场的分布,实现微波能的聚焦,对连接部位进行局部迅速加热,从而实现陶瓷材料的连接。

微波连接陶瓷材料的特点有三个。第一, 对于传统的陶瓷连接工艺, 能量是从试样表面通过热传导的方式向内部传递,从而达到温度均匀,由于多数陶瓷的导热性差, 因此连接需要很长时间。采用微波加热连接是使陶瓷连接层处迅速升温, 从而大大缩短了连接时间,节约了能量,降低了连接成本。第二,由于微波加热较为迅速,反应时间短, 可以使连接部位的温度迅速升高, 从而抑制了基体材料由于温度升高而导致的内部晶粒长大,因而使连接部位具有较好的力学性能。第三, 微波局部加热的特性,使得微波主要加热所需要加热的区域, 对其它区域的加热并不明显。因此, 可以在一定程度上改善在传统焊接过程中由于两种母材热膨胀系数不匹配所造成的热错配问题。

2 微波应用于陶瓷材料的连接

陶瓷材料之间的微波连接根据有无采用中间连接层可以分为两类,一类是采用中间介质作为连接层的间接连接,比如采用Al作为连接层连接SiC 陶瓷与SiC 陶瓷。另一类是陶瓷材料的直接连接, 比如不采用连接层进行 SiC 陶瓷与 SiC 陶瓷的连接。根据连接的陶瓷母材类型可以分为同种陶瓷材料之间的微波连接和异种陶瓷材料之间的微波连接。

2．1 同种陶瓷材料之间的微波连接

微波技术应用于同种陶瓷材料之间的连接主要有Al2O3 陶瓷与Al2O3 陶瓷的连接( 用符号Al 2O3/Al2O3 表示, 以下同)[ 6~ 8], MgO/ MgO[ 9], Al2O3 -30% ZrO2/ Al 2O3 -30% ZrO2[ 10], ZrO2 -Al2O3 -SiO2/ZrO2 -Al 2O3 - SiO2[ 11], SiC/ SiC[ 12], Si3N4/ Si 3N4[ 12],MgF2/ MgF2[ 13]等。 3 1 1 同种氧化物系陶瓷之间的微波连接1985 年Meek 等[ 5]率先用 700 W 功率的家用微波炉对两块 Al2O3 薄片进行了焊接,焊接温度为700~ 800 ,时间为99min。此后, 对Al 2O3 陶瓷的微波连接研究就迅速发展起来, Assaf i 等[6]用AlOOH 凝胶作为连接层, 先将AlOOH 凝胶涂在需要连接的两个 Al2O3 陶瓷片的表面,然后在微波辐射下连接Al 2O3 陶瓷。试验表明,样品在微波中被加热到 1500 、 时间为 10min、 且施加的压力为0~6MPa时连接成功,当连接温度达到1650℃时,微波连接的接头抗弯强度已达到母材抗弯强度的93%,这是由于作为连接层的AlOOH 凝胶,当温度高于 1300 时, 分解得到 Al2O3, 由于分解产物Al2O3 与焊接母材的成分一致, Al 2O3填充连接界面的空隙,材料之间的相容性好,从而提高了接头的力学性能。另外Yu 等[7]报导了Al2O3 陶瓷的同时烧结和连接, 连接试样母材是经 2800MPa 干压过的Al2O3 片状压坯, 而作为连接层的是在 150MPa 压力下成形的Al2O3 压坯薄片,整个试样在微波烧结和连接前在 600 预热2h, 然后在温度为1400℃、时间为 14min、 压力为 0 283MPa 的条件下进行微波烧结和连接。结果连接成功, 但在连接界面上存在缺陷。

文献[ 8] 报导了Al 2O3/Al2O3 陶瓷之间的直接连接。Al 2O3 试样的纯度为 90% , 将需要连接的Al2O3 试样放在微波连接腔中, 连接面位于连接腔中间位置以保证其位于温度的最高区域, 微波源的工作频率为 2 5GHz, 试验的连接温度选择为 1100~ 1450 、 时间少于20min、 压力为0~ 2 5MPa。研究表明,陶瓷间的接合强度与微波加热温度和所施加的轴向压力有关, 当保温时间为 15min、 压力为2MPa、 温度为1300 时试样连接良好,且接合强度为150MPa, 达到了母材的强度。对其界面进行微观分析,未发现中间反应层及熔融特征,但低于上述条件时,无法连接成功。也有人使用微波在短时间内连接成功 MgO/MgO 陶瓷, MgO 陶瓷母材之间未使用其它连接层。研究表明, 在试验范围之内微波焊接的温度和压力越高,接头的抗弯强度也越大,当微波连接时间为4min、 温度为 1867 、 压力为 0 5MPa 时, 接头的抗弯强度为105MPa,达到MgO 母材抗弯强度最大值的70% [ 9]。

文献[ 10] 将两个大小为 15mm 4mm 4mm的Al2O3 -ZrO2 复合陶瓷样品(其中含30%ZrO2) , 采用Na2SiO3 粉作为连接层材料进行复合陶瓷之间的连接试验,将 Na2SiO3 玻璃粉与丙三醇混合成浆状物,然后将浆状物涂在Al 2O3 -ZrO2 复合陶瓷的接合表面,连接时的高温使得玻璃层熔化,熔化物扩散到Al 2O3 -ZrO2 复合陶瓷表面,强化了界面。研究发现,在微波连接过程中施加一定的压力或减少玻璃相的残留量均可提高Al2O3 -ZrO2 复合陶瓷之间的连接强度。

文献[ 11] 报导了采用微波连接 ZrO2 -Al 2O3 -SiO2 陶瓷( ZAC)。将直径为6mm 的ZAC 陶瓷棒的受焊面先用砂纸磨光,再用1 m 的金刚石研磨膏对其进行抛光,然后放入微波设备的单模腔反应容器中的温度最高处。试验的微波功率有 1kW、1 25kW、1 5kW, 连接时载荷压力有 0 5MPa、0 75MPa、 1 0MPa, 然后对连接试样进行四点抗弯强度的测试。结果表明, 最大连接强度为 107% 母材强度,最小连接强度为 69%母材强度。当微波功率为1kW 或 1 25kW 且载荷压力为 0 75MPa时,达到最大连接强度。当载荷压力达到1MPa或微波功率达到1 5kW 时,连接处熔化的连接物会从ZAC陶瓷的连接面上溢出,形成一个凸起,从而降低了连接强度。当载荷压力小于0 75MPa时,无法将两个陶瓷面连接在一起。因此, 选择的最佳微波功率为1kW 或1 25kW,载荷压力为0 75MPa。

2．2同种非氧化物系陶瓷之间的微波连接

同种非氧化物系陶瓷之间的微波连接主要有SiC/ SiC 系和Si3N4/ Si3N4系等。由于SiC 的高热导性、 良好的耐热震性和耐蚀性使其成为用途广泛的结构材料,主要应用于热引擎发动机、热交换器等。但由于其加工性差,需要的部件形状复杂,导致制造困难且成本较高, 因此SiC 的应用受到一定的限制。然而,体积较大的复杂件可以先制成易于制造的体积较小、 形状简单的部件, 然后对简单件进行连接[14]。目前研究主要集中在 SiC 陶瓷的间接连接和直接连接。关于间接连接, 主要进行了烧结 SiC 陶瓷的连接。烧结 SiC 陶瓷样品为圆柱体, 其尺寸为 9mm 6mm。中间连接层采用了两种不同方法来获得,一种采用Si粉或Si 浆作为连接层; 另一种通过Si、C、 Ti粉混合燃烧合成,形成SiC/ T iC 复合材料作为连接层。将SiC 陶瓷样品与连接层置于微波设备的单模腔中,施加 2~ 5MPa的压力,然后进行微波连接。结果表明, 采用Si 粉作为连接层的试样, 当连接温度接近1450 、 时间是5~ 10min、 微波功率大约为250W 时, 连接成功。试样的表面连接处较均匀,但存在一个相当厚的 Si 层( Si 层的厚度为50 m) 。而采用燃烧合成SiC/ T iC 作为中间层也能连接成功,但中间层厚 300 m, 而且有明显的孔洞。试验中效果最好的是在其中一个SiC 陶瓷连接样品上等离子喷涂Si 层, 然后在610mm 610mm 的多模腔中以6kW 的功率进行微波连接, 不施加外力,得到的连接试样中间层厚度小于 5 m。对中间层的努氏硬度进行了测定, 发现无变化[15]。另外, SiC的间接连接也有用Al作为连接层的报导。将Si-SiC 和 -SiC 样品抛光后在超声波中清洗, 将Al薄片分别置于 S- i SiC 和 -SiC 样品之间,然后放入微波单模腔中, 加热温度 1250 、施加 1 2MPa 的压力、保温1min, 得到抗弯强度为 219 4MPa 的 S-iSiC/Al/ S- i SiC 连接样品和抗弯强度为 194 4MPa的 -SiC/ Al/ -SiC 连接样品[16]。关于直接连接,主要进行了 SiC/ SiC 系和 Si3N4/Si3N4 系陶瓷的连接[12]。采用的 SiC 母材是烧结SiC 陶瓷, 样品大小为 6mm 6mm 40mm,纯度为98%(质量分数)。先将 SiC 陶瓷试样用金刚石刀具从中间部位切开, 断面用金刚石砂轮磨成光滑的镜面,将两断面合在一起组成连接面,调整微波设备使得炉中最高温度位于连接面,样品覆盖着 25mm 35mm 20mm 的耐火砖,在两端面施加压力。为了防止连接过程中样品在高温下被氧化,采用高纯Ar作为保护气氛。结果表明, 样品在连接处的维氏显微硬度最大,这可能是由于在连接过程中,加热和冷却时产生的内应力导致其硬度高于母材。当连接温度为2050℃、压力为8MPa、连接时间为5min时, 得到的连接样品的三点抗弯强度最大, 达404MPa, 相当于母材强度的 71%。微波连接 Si 3N4/ Si 3N4 陶瓷的方法与微波连接 SiC/ SiC 陶瓷相似。采用烧结Si3N4陶瓷,样品大小为 6mm 50mm, 纯度为92%(质量分数)。连接过程中采用高纯 N2作为保护气氛。结果表明, 在连接温度为1750℃、压力为5MPa、连接时间为10min 时得到的样品三点抗弯强度高达560MPa, 为Si3N4母材强度的83%。另外, Bruce等[17]研究了 SiC 纤维增强SiC 复合材料的相互连接。试样分为两种形状, 一种是对头连接, 另一种是燕尾连接。将有机陶瓷先驱体SR350 浆涂在待连接的复合材料表面, 然后进行微波连接。结果表明, 对于对头连接的接头,其平均抗弯强度为 31 9MPa, 而对于燕尾连接的接头,平均抗弯强度为 39MPa, 其中, 燕尾连接的接头的最大抗弯强度为48 1MPa。

2.3异种陶瓷材料之间的微波连接

目前,异种陶瓷材料之间采用微波连接成功的例子主要有 ZTA ( ZrO2 增韧 Al 2O3 陶瓷) / Y -TZP(Y2O3 稳 定的四 方相 ZrO2 陶 瓷)[ 18], Al2O3/MgO[ 19]和Al2O3/ Ca10( PO4) 6( OH) 2[ 20]等。我国学者白向钰等[ 18]研究了 ZTA 和 Y -TZP的连接。将 ZTA 和 Y -TZP 粉体分别预压成形, 然后在50MPa单轴压力下使二者叠加为一个整体, 经过200MPa 的等静压, 得到尺寸大约为 10mm 12mm 的圆柱体生坯, 其各层密度约为理论密度的50% ,然后将生坯放入圆柱型多模谐振腔微波加热系统中, 微波源频率为 2450MHz。研究发现, 微波连接时界面区两侧晶粒之间的连接较好, 而常规加热连接时界面存在一些孔洞。另外由于ZTA 与Y -TZP的热膨胀系数不同, 采用常规加热连接时, 在高温保温完成后的冷却至室温的过程中产生的残余应力使得 Y -TZP 侧易发生开裂, 从而降低接合强度。采用微波连接时, 界面接合状态较好, 而且ZTA 处于压应力状态, 因而裂纹扩展至界面处停止。研究发现, 当连接温度为1450 、 连接时间为30min 时样品的剪切强度为80MPa, 而采用常规加热方法, 在相同的连接温度下, 连接时间为 60min时,其剪切强度仅为20MPa。Tadao 等[ 19]采用单模腔微波炉成功连接Al 2O3陶瓷和 MgO 陶瓷。选择了连接温度为 1577 ~1877 、 连接压力为0 03~ 0 5MPa、 连接时间为2~ 10min 的试验条件, 当连接温度为1877 、 压力为0 5MPa时连接的样品抗弯强度为90MPa,是 MgO陶瓷母材强度的 60%。研究还发现在 Al 2O3 陶瓷和MgO 陶瓷母材之间形成了MgAl 2O4 层。我国学者 Zhou Jian 等[ 20]采用微波技术成功连接了Al2O3 陶瓷与羟基磷灰石生物陶瓷。Al2O3的纯度为90%,羟基磷灰石的抗弯强度为 65 4MPa。先用细砂纸磨Al 2O3陶瓷和羟基磷灰石生物陶瓷的连接面, 然后在酒精中清洗。由于 Al2O3 陶瓷与羟基磷灰石的烧结温度相差很多, 因而采用常规加热方法无法连接。采用微波连接技术, 当连接温度为1200 、 保温15~ 20min、 压力为2 5MPa 时即可连接Al2O3 与羟基磷灰石生物陶瓷,连接后样品的抗弯强度为56 5MPa。

陶瓷材料和CMC 在科学技术特别是高技术领域发挥着重要的作用并具有广阔的应用前景。陶瓷的连接技术是这些材料能够广泛应用的关键,因此它已经成为材料领域的研究热点之一。与普通的陶瓷连接工艺相比较,微波连接技术具有耗时短、 节约能量、 成本低、 对母材热损伤小等特点, 因而倍受研究者关注,并已取得很多研究成果。例如, Al2O3 与Al2O3、 Si3N4 与 Si3N4 等同种陶瓷之间以及 Al 2O3与MgO、 Al 2O3 与羟基磷灰石等异种陶瓷之间的微波连接也已经获得成功。然而, 到目前为止,成功实现微波连接的陶瓷材料还十分有限。随着航空航天等高科技的迅速发展, 对陶瓷以及CMC 的连接技术的需求越来越迫切, 陶瓷以及CMC 的微波连接技术必将获得快速发展并在工程技术中发挥更大的作用。

参考文献

蔡杰, 郭景坤 陶瓷材料微波烧结研究 无机材料学报, 1995, 10( 2) : 164~ 168

MEEK T T, BLAKE R D Ceramic -glass -ceramic seal by microw ave heat ing. US , Pat ent , 4529857. 1985

ASSAFI S A, AHMAD I, FATH I Z, et al Microwave joining of ceramics. Microwaves: Th eory and Applications in Mat erials Processi ng Ceramic Trans 21, West erville OH, 1991, 515~ 520

Yu X D, VARADAN V V, VARADAN V K Applicat i ons of microw ave processing t o simult aneous si nt ering and joining of ceramics. Microwaves: Theory and Applications in Materials Processing Ceramic T rans 21, Westerville OH , 1991, 497~ 501

章桥新, 张东明, 周键,等 氧化铝陶瓷材料的微波焊接 中国有色金属学报, 1998, 8(增刊) : 188~ 191

SATO T , TAKAHASHI N, SH IMAKAGE K Microw ave joining of magnesi a. Journal of the Ceramic Society of Japan, 1996, 104( 2) : 155~ 157

ARAVINDAN S, KRISHNAMURTHY R Joining of ceramic composites by microwave heating. Materi als Let t ers, 1999, 38( 4) :245~ 249

AHMED A, Siores E M icrow ave joining of 48% alumina -32%zirconia -20%silica ceramics. Journal of Mat erials Processing Technology, 2001, 118( 1~ 3) : 88~ 95

SATO T , TAKAHASHI N, SH IMAKAGE K Microwave joining of ceram i cs, si l i con nit ride and silicon carbide. Journal of the Ceramic Society of Japan, 1993, 101( 4) : 411~ 416

LEE J, CASE E D Joi ning of non - oxide ceramics using conven-tional and microwave heat ing. Ceramic Engi neering and Science Proceedings, 2000, 21: 589~ 597

AHMAD I, SILERGLITT R Joining ceramics using microw aveenergy. Mat erials Research Societ y Sym posium Proceedings, 1993,314: 119~ 130

SILBERGLIT T R, PALAITH D, BLACK W M, et al Investigation of int erlayer mat erials for the microw ave joi ning of S iC Microwaves : T heory and Applications in Mat erials Processing Ceramic T rans 21, West erville OH, 1991, 487~ 496

ARU NAJAT ESAN S, CARIM A H, YIIN T Y, et al TEM investigat ion of microw ave joined S- i SiC/ Al/S- i SiC and -SiC/ Al/ -SiC Materials research society symposi um proceedings, 1993, 314:131~ 136

BRUCE R L, GUHARAY S K, MAKO F, et al Polymer-derived S iCf / SiCm composit e f abricat ion and microw ave joining for fusion energy applications Proceedings -S ymposium on Fusion Engineering 2002: 426~ 429

白向钰, 鹿安理, 吴苏 异种陶瓷材料微波连接的研究 中国机械工程, 1999, 10( 4) : 463~ 465

篇7

关键词：逆焊接处理 焊接残余应力 疲劳性能

中图分类号：TG404 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（b）-0052-01

1 试验

1.1 试样制备

本试验选用工程设备常用金属材料Q235钢，首先制作成三个中间带有60度V型豁口的试件（试验用三个，分别编号为1、2、3，其中1为对照）。试件的尺寸为200 mm×150 mm×10 mm。

1.2 试验过程

1试样仍为对照进行焊接。将用手工电弧焊方法焊后的Q235钢2试样进行250 ℃的热处理（本实验中用的是加热炉），紧接着再对焊缝进行快冷处理（本试验中用的冷水），自然状态下恢复至室温。同样的在350 ℃对3试样进行相同的实验过程。用小盲孔法测各试件应力，应变片的贴片位置如图2所示（贴片间距5 mm）。最后，将1、2、3制成疲劳试件，再在疲劳测试机上进行试验，得出相关数据并进行分析。

1.3 试验结果讨论

对焊后试样进行热处理，再对焊缝进行快冷，可以使得试样的焊接区和母材区产生一个温差，减缓残余拉应力的影响。由表1可以看出，在小盲孔法测应力的实验过程中，对于材料Q235，经250 ℃和350 ℃逆焊接处理的试件与未经逆焊接处理的试件相比，残余拉应力值有所下降，并且在350 ℃逆焊接处理的条件下，已在焊缝处形成双向压缩应力。由表2看出，在疲劳测试的试验中，经250 ℃和350 ℃逆焊接处理的试件与未经逆焊接处理的试件相比，其疲劳循环次数有明显的提升，并且在350 ℃逆焊接处理的条件下，疲劳循环次数还要高些，也就是说，逆焊接处理可以有效提高试样的抗疲劳性能。

2 机理

逆焊接加热处理之所以能够有地效消除残余拉应力的影响，是因为有足够大的温差，焊接部位的表面将会产生双向压缩残余应力，焊接压应力和焊接拉应力相互存在一个制约，从而使得工程设备用金属材料可以有更高的寿命。

篇8

关键词：金属材料；焊接；超声无损检测技术

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.025

0 前言

金属材料被广泛应用与基础建设和进出口贸易中，是我国经济发展中重要的一部分。金属焊接材料的高质量和高精度是保障金属焊接行业高速发展的核心技术手段。超声无损检测技术能够进一步提高金属材料焊接接头的质量，保障金属材料焊接的安全性。因此，为了进一步推广超声无损检测技术在金属材料焊接中的应用，充分发挥其应用效果，对超声无损检测技术在金属材料焊接的应用进行深入分析具有重要的意义和作用。

1 超声无损检测技术

超声无损检测技术是一项高精度，高质量的检测技术。随着全球经济一体化发展，各国在实现贸易往来同时也逐渐实现了技术交流，进一步奠定了国内各先进技术水平的提升。超声无损检测技术主要是利用超声波在物体内和物体与物体之间的传播进行材料检测。研究证明超声波无损检测技术中超声波在弹性介质材料中可以进行传播，且传播的速度与超声波的波型、介质材料的温度、应力、组织均匀性有关。不同的介质超声波的传播速度不同，在一般的固体介质材料中，温度升高声速越低，应力状况也会影响传播速度，同时材料组织的均匀性也严重的影响超声波的传播。此外，超声无损检测技术的检查精度和检测深度较广，为实际工程中的检测带来了重要的贡献。

2 金属材料焊接中应用超声无损检测技术的作用

随着超声无损检测技术在金属材料焊接中的应用人们发现其具有检测金属材料缺陷的作用。其中包含检测金属材料内部缺陷的作用，具有检测金属材料焊接宏观缺陷的作用和检测金属材料焊接微观缺陷的作用三个方面[2]。

第一，检测金属材料内部缺陷的作用。金属材料在焊接的过程中由于受到各个方面因素的影响，在焊接接头中存在各种各样的缺陷，使得焊接 接头性能不连续，因此，在金属材料焊接的过程中各个金属材料内部的完整性是保证整个焊接材料完整性的根本。利用超声无损检测技术能够对材料内部缺陷进行检测，明确在材料内部是否存在裂纹，气孔、夹渣、未焊透等缺陷，保障材料自身内部质量。

第二，具有检测金属材料焊接宏观缺陷的作用。利用超声无损检测技术能够起到对金属材料焊接宏观缺陷检测的作用[3]。在金属材料焊接的过程中液态金属会沿着焊缝流到母材料上，当金属材料冷却后就会形成金属瘤，严重影响整个金属材料焊接的宏观完整性。因此，在焊接的过程中利用超声无损检测技术能够宏观测量金属的厚度，起到检测宏观缺陷的作用，这主要是用于测量厚度。

第三，检测金属材料焊接微观缺陷的作用。金属材料焊接中的微观缺陷主要表现在焊接工艺不标准，焊接局部温度过高，焊接表面氧化等现象。微观缺陷会严重影响金属材料焊接质量。利用超声无损检测技术能够通过超声波对金属材料焊接的各项指标进行检测，从而实时的反应焊接微观缺陷，进行焊接修正，提升金属材料焊接质量。

3 金属材料焊接中超声无损检测技术应用分析

3.1 金属材料焊接中超声无损检测技术应用的方法

金属材料焊接中超声无损检测技术应用的过程中存在多种检测方式。因此，在实际工作的过程中需要选择合理的检测方法对其进行检测。每一种金属材料根据材料本身的性能、形状、大小等不同会导致金属材料出现不同缺陷的差异性。因此，在选择超声无损检测技术中首先，需要根据金属材料自身预期产生的缺陷的特征对其进行检测方法的选择；其次，在实际检测的过程中需要采用多种检测技术相结合的方式，以超声无损检测技术为主，辅助其他检测技术这样才能共同完成金属材料焊接检测。在技术组合应用的过程中检测人员需要根据检测的内容和检测的位置，实现检测技术结合应用选择。超声无损检测技术主要是以高穿透性、识别性和定位准确为优势[4]。因此，在检测的过程中根据检测位置的实际情况可以选择互补的检测方式对金属材料焊接实施实际工程检测，从而保障检测的全面性和准确性。最后，在应用超声无损检测技术的最后一个环节是实现检测人员之间的数据交流，利用数据交流结果和内容等对检测的结果进行分析处理，实现整个金属焊接材料检测技术调整，及时弥补焊接中的缺陷和弊端。

3.2 金属材料焊接中超声无损检测技术应用注意事项

根据对实际工程中超声无损检测技术的应用分析我们发现在日常金属材料焊接中应用应该注意以下几点：

第一，明确金属材料图纸设计中对焊接金属的技术要求，选择合理的超声无损检测标准；

第二，明确超声无损检测技术应用的检测时间，按照整个金属材料的加工环节，对其技术处理进行实际检测应用；

第三，准确的方式超声无损检测技术的探头位置，从而提高检测数据的准确性。

第四，在超声无损检测技术数据处理中明确反射波幅值，保障超声波反射回路和速度的完整性和准确性。

4 总结

超声无损检测技术在金属材料焊接中的应用进一步提升了金属材料焊接的质量，从而为我国机械制作工程行业的发展奠定了基础，实现了高焊接效率，高焊接质量的金属材料焊接技术创新，为我国金属材料焊接工艺的发展贡献微薄之力。

参考文献：

[1]宫宇帝.金属材料焊接中超声无损检测技术的有效应用探析[J].科技创新与应用，2015，12（01）：115.

[2]吴超.探析金属材料焊接中超声无损检测技术的有效应用[J].科技经济市场，2015，10（04）：13-14.

篇9

Abstract： In order to evaluate the sensitivity of hydrogen reactor， produced by CFHI and made of 2.25Cr-1Mo-0.25V steel， to the reheat crack， the reheat cracking sensitivity of 2.25Cr-1Mo-0.25V SAW welding wire / flux which were produced by the Japanese Kobe Steel was tested according to the test method recommended by the 934-A B （2012）. Finally， the sensitivity of this materials was evaluated.

Key words： reheat cracking； SAW； sensitivity

0 前言

2008年初，欧洲25台2.25Cr1Mo0.25V钢厚壁加氢反应器遇到了焊缝金属再热裂纹问题[1]。各地方实验室做了大量的研究调查，通过Gleeble高温拉伸试验对焊接材料再热裂纹的敏感性进行了等级划分，作为焊接材料筛选试验[2-3]，避免今后的焊缝在后续的热处理过程中产生再热裂纹。

但是Gleeble拉伸试验设备作为实验室的非常规设备，在大多数实验室不具备可行性。于是优化了这种试验，利用常规拉伸试验机进行再热裂纹敏感性筛选试验，并于2012年将这种试验方法纳入到了API 934A附录B（2012）中[4-6]。

中国一重在2001年首次制造了第一台设计温度454 ℃，质量540 t的钒改进钢锻焊加氢反应器[7]。目前为止已经生产了多台2.25Cr1Mo0.25V钢加氢反应器，还未发现在低合金钢焊缝中存在再热裂纹问题。早在2011年，中国一重已经采用多种方法进行了加钒钢焊接材料的再热裂纹试验。从2013年开始，中国一重承揽的一些加氢反应器产品技术条件中增加了对2.25Cr1Mo0.25V钢焊接材料进行再热裂纹检测的要求[8-9]。为了满足技术条件要求，对2.25Cr1Mo0.25V钢配套的日本神钢公司生产的埋弧焊焊材按照API934-A附录B要求进行再热裂纹敏感性筛选试验，以验证焊缝的再热裂纹敏感性。

1 试验材料及方法

按照API―934附录B要求的试验程序如下。

1.1 试板焊接

1.1.1 母材

所采用的母材为2.25Cr1Mo0.25V锻件，其尺寸为30 mm×120 mm×550 mm。焊接过程中需添加垫板，垫板材料为Q345，尺寸为10 mm×50 mm×650 mm。

1.1.2 焊接材料

实际焊接参数见表1。

表2～表4焊接程序中列举了再热裂纹试验的焊接环节要求，包括了材料、焊接参数及后热的相关要求。

1.2 坡口形式及焊接顺序

试板的尺寸、接顺序及坡口形式如图1所示，试板尺寸为500 mm×200 mm×30 mm，垫板尺寸为600 mm×60 mm×10 mm。

1.3 取样位置

再热裂纹试验的试样取样位置位于试板表面下7 mm，同一厚度位置并排取样数量为2个，API 934A附录B（2012）规定的取样位置如图2所示，图3为焊接试板的低倍形貌及实际试样的取样位置。

1.4 试样尺寸及形式

试样的形式及尺寸如图4所示。

1.5 试验程序

再热裂纹试验的高温拉伸试验程序为：①在空气中试验；②在20～40min内加热到测试温度650 ±3 ℃，采用三个热电偶，热电偶与试样紧密接触，其中一个在标距中间，其他两个分别在横截面开始减小的末端，三个热电偶之间的温度差别不超过±3 ℃；③保温10±1 min；④以5×10-4mm/s的平均应变速率进行拉伸，或者以0.8 mm/min的衡量位移速率进行拉伸；⑤试样冷却后测量断后收缩率，屈服强度，抗拉强度和断后伸长率。

再热裂纹试验的高温加热过程中的温度随时间变化关系如图5所示[3]。

1.6 验收标准

两个试样的面缩率平均值大于等于32%，单个试样的断面收缩率大于等于29%，认为焊丝/焊剂组合的抗再热裂纹性能是合格的。

2 试验结果

筛选试验在型号为CMT 5105微机控制电子万能试验机上进行的，用于测试的试验机、尺寸测量设备、加热设备和试验氛围等均满足API934#A附录B中要

求。试验过程中按照2.5条中规定的试验程序要求执行。通过试验得到一些试验数据。

再热裂纹筛选试验结果见表5，应力-位移曲线如图6和图7所示。

3 结论

（1）试验采用埋弧焊的焊丝和焊剂结合，对制造过程中2.25Cr1Mo0.25V材料的再热裂纹敏感性进行评估。这种试验的优势在于适用所有可能产生制造再热裂纹的焊接金属。

（2）采用这样的试验可以验证2.25Cr1Mo0.25V材料的埋弧焊是否有产生再热裂纹的敏感性。

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【关键词】新材料；火电；焊接工程；管理；要求

Abstract :The electric power as a basis for national economic development, the rapid pace of development in recent years, new materials are increasingly being applied to with thermal power projects, which also put forward higher requirements for the management of welding engineering of thermal power. For the new Applied Materials, Analysis of the requirements of the construction of thermal power in welding engineering management for the industry reference.

Key words and new materials; thermal power; welding engineering; management; requirements

中图分类号：K826.16文献标识码：A 文章编号：

国家经济的发展催生了对电力需求的不断增加，于是在最近几年中，国内火电建设项目出现繁盛局面，火电项目的规模也不断扩大。目前，国内在建和规划中的火电机组容量都比较大，导致超前临界机组不断开工。与此同时，在超前临界机组的建设施工中，不断应用新兴耐热钢材。伴随新型钢材和技术的应用，对火电施工企业的焊接工程管理也提出了更高的要求。

一、目前火电施工中应用的新材料

1、 联箱和管道用钢——E911、P92和P112这类型的钢材具有抗疲劳强、持久时间长、不易变形和抗蒸汽氧化的特点，因此成为了目前联箱、管道用钢的首选材料。但是，这类型的钢材也有不足之处，比如焊接时容易出现冷裂纹、焊缝的韧性低、热影响区容易软化等现象。因此在焊接过程中，要采取一些必要的措施：控制焊接层的温度在200—300摄氏度，在选用材料时要严格控制氢的含量，降低焊接线的能量和接头的应力状态，规范控制焊后热处理等等。

2、水冷壁用钢——T23和T24钢，实验表明，这两种钢的焊接性能好，焊接时预热温度达到100摄氏度的时候，能够防止冷裂纹的出现；焊接热影响区的淬硬性比钢研102要好；并且小直径的薄壁钢管在焊接前可以免去预热的步骤。因此，这两种钢是目前蒸汽温度小于620摄氏度时的超临界锅炉水冷壁上部管子的最好选择。

3、高温过热器和高温再热器用钢——TP347HFG、HR3C和SUPER304钢，这三种钢材都是新型奥氏体耐热钢，他们的Cr和Ni元素的含量都很高，因此就决定了在焊接过程中应力腐蚀裂纹、热裂纹、再热热裂纹等现象。

二、焊接技术管理的要求

通常，在焊接工程过程中，焊接的质量水平与焊接技术息息相关。焊接工程管理主要包括施工准备以及工程管理。其中，施工准备是实施技术管理的基础，工程管理是焊接技术管理的关键，其主要的要求包括技术交底、现场管理和焊接质量检查验收等要求。

1、施工准备

（1）焊接施工组织设计

在焊接工程管理过程中，焊接施工组织设计是组织和指导施工、技术与经济相结合的过程，它将合理的布局、先进的焊接技术、严谨的程序、合理的组织、注意施工的安全、质量和降低消耗而目标等综合地反映出来，借以发挥集体的优势，达到提高劳动生产率、缩短工期、降低能耗、保证安全，创建优质、高效，高质的焊接工程。因此，每当在火电工程开工建设之前，焊接部门应该自动组织相关工程技术人员，进行工程开工前的焊接专业施工组织设计工作。只有通过精心设计，才能实现精心施工的目的。

施工组织设计的内容包括 ：工程概况和施工方案的确定、焊接工艺评定方案、焊接技术措施的制定、焊接工人的培训和组织形式、人力供应、质量保证和安全施工措施等等。应概要确保设计内容齐全，不能出现遗漏或者缺失的现象，项目数据准确无误，安全、经济、环保、高效、科学合理，施工措施得力，否则达不到施工组织设计的目的。在没有焊接施工组织设计的情况下，要坚决抵制焊接施工生产。

（2）建立、健全各项规章制度

管理制度是考核员工工作业绩的标准、规定员工活动的准则和要求，也是保证各项工作的实施符合质量标准、防止事故和纰漏发生的制度保障 ；管理制度规定了职工的职责，其目的是实现各司其职、各负其责，把火电施工企业的生产活动有效地、和谐地、科学地组织起来。管理制度是企业焊接部门管理体系的一个具体的体现，是反映企业管理水平和程度的标志，他是根据企业内部机构的需要而制定的工作规范和员工行为准则。管理制度不能在实施过程中一尘不变，而是要随着实际需要不断地完善和改进，使其更科学合理。

2、工程管理

（1）技术交底

火电工程在正式施工之前，为了使参与焊接工程施工任务有关的工作人员了解和熟悉所承担工程的实际状况，必须采取行之有效的形式作出必要的说明，因此要实行技术交底制度。技术交底应将火电焊接工程的规模、工程特点、施工任务、被焊工件全貌、工艺流程、施焊步骤、技术要求、特殊操作方法和安全节约措施等交代清楚，并在焊接施工过程中切实实行，从而达到确保焊接质量的目的。火电焊接工程技术交底是施工工序的首要环节，交底后各级人员必须遵照执行，未经技术交底不应施工；技术交底资料经准备充分，并经过审批，符合要求后，方可组织交底 ；交底资料可按技术资料保管要求妥善处理。

（2）现场管理