焊接新技术新工艺研究

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1、山东交通学院毕业论文（设计）摘要随着科学学技术的的不断发发展，焊焊接新技技术新工工艺也不不断成熟熟与创新新使其应应用越来来越广泛泛。在机机械制造造、航空空航天、石石油化工工、能源源、交通通、建筑筑、冶金金等领域域使用的的金属结结构都属属于焊接接结构，在在加工过过程中都都离不开开焊接。工工业的发发展，具具有特殊殊性能的的新型结结构材料料不断涌涌现，对对焊接技技术的要要求也越越来越高高，因此此焊接新新技术新新工艺的的发展情情况也越越来越受受到关注注。文中中先从焊焊接技术术和材料料开始介介绍，以以此为前前提再通通过对典典型金属属材料的的焊接新新技术新新工艺讲讲解入手手，着重重介绍焊焊接技术术及工艺艺

2、在原有有水平及及基础上上的最新新发展状状况，指指出了这这些焊接接新技术术新工艺艺的内容容及应用用状况，并并对焊接接技术和和工艺做做出了适适当的展展望。关键词：新技术术，新工工艺，金金属材料料，焊接接方法41AbsttracctWithh thhe ddeveeloppmennt oof sscieencee annd ttechhnollogyy, wwelddingg neew ttechhnollogyy neew ttechhnollogyy haas bbeenn maaturred andd innnovvatiion makke tthe apppliccatiion morre

3、aand morre wwideesprreadd. IIn mmachhineery mannufaactuurinng, aerrosppacee, ppetrrochhemiicall inndusstryy, eenerrgy, trrafffic, buuilddingg, mmetaalluurgyy annd ootheer ffiellds useed mmetaal sstruuctuure bellonggs tto tthe welldinng sstruuctuure, inn thhe pproccesss wiithoout welldinng. Thee deev

4、ellopmmentt off inndusstryy, hhas thee sppeciial prooperrty of neww sttruccturral matteriialss coontiinuee too emmergge, thee weeldiing tecchnoologgy rrequuireemennts aree allso getttinng hhighher andd hiigheer, so thee weeldiing neww teechnnoloogy neww teechnnoloogy devveloopmeent is paiid mmoree a

5、nnd mmoree atttenntioon. Thee arrticcle firrst froom tthe welldinng ttechhnollogyy annd mmateeriaals is inttrodduceed, takkingg thhis as thee prremiise andd thhe ttypiicall meetall maaterriall weeldiing neww teechnnoloogy neww teechnnoloogy on prooceeed wwithh, iintrroduucedd emmphaaticcallly tthe w

6、elldinng ttechhnollogyy annd pproccesss inn thhe oorigginaal lleveel aand on thee baasiss off thhe llateest devveloopmeent, poointted outt thhesee weeldiing neww teechnnoloogy neww teechnnoloogy conntennt aand thee apppliicattionn coondiitioon, andd too weeldiing tecchnoologgy aand proocesss tto mma

7、kee appproopriiatee prrosppectt.Key worrd:Neww teechnnoloogy, New proocesss, Mateeriaal, Welddingg meethood目录前言.11 金属属焊接材材料及技技术简介介.221.1 焊接材材料作用用及种类类.21.1.1 焊焊接材料料的作用用21.1.2 新新型焊接接材料简简介41.2 金属焊焊接技术术简介及及现状.51.2.1 焊焊接技术术简介551.2.2 金金属焊接接技术现现状82 金属属焊接新新技术和和新工艺艺.992.1 珠光体体耐热钢钢的焊接接新工艺艺.92.1.1 焊焊前分析析92.1.2

8、 焊焊接新工工艺92.2 奥氏体体不锈钢钢的焊接接.1102.2.1 奥奥氏体不不锈钢的的焊接缺缺陷及措措施1112.2.2 奥奥氏体不不锈钢焊焊接新工工艺1222.3 铝及铝铝合金的的焊接.132.3.1 铝铝及铝合合金焊接接缺陷1132.3.2 铝铝及铝合合金的焊焊接工艺艺142.3.3 铝铝及铝合合金的焊焊接新技技术1552.4 铝与铜铜的焊接接.1172.4.1 铜铜与铝焊焊接的特特点1772.4.2 铜铜与铝的的焊接工工艺1772.5 新型金金属材料料的焊接接.1182.5.1 硬硬质合金金的焊接接182.5.2金属属陶瓷与与金属的焊焊接2113 焊接接新技术术新工艺艺的发展展及前景

9、景.2333.1 焊接新新技术新新工艺的的发展趋趋势.2333.1.1 能能源方面面233.1.2 计计算机在在焊接中中的应用用233.1.3 焊焊接机器器人和智智能化2243.1.4 提提高焊接接生产率率243.2 焊接技技术的前前景展望望.224结论.226致谢.227参考文献献.228前 言言焊接作为为金属加加工方法法已发展展成一门门独立的的学科，焊焊接新技技术新工工艺的不不断成熟熟与发展展使其应应用越来来越广泛泛。在机机械制造造、航空空航天、石石油化工工、能源源、交通通、建筑筑、冶金金等领域域广泛使使用的金金属结构构都属于于焊接结结构，在在加工过过程中都都离不开开焊接。一一些发达达国家

10、利利用焊接接加工的的钢材量量已经超超过钢产产量的一一半。大大量的铝铝、铜、钛钛等非铁铁金属的的结构也也是用焊焊接方法法制造的的。随着着科学技技术的发发展和使使用要求求的日益益提高，具具有特殊殊性能的的新型结结构材料料不断涌涌现，对对焊接技技术的要要求也越越来越高高，因此此材料的的焊接性性，特别别是金属属材料的的焊接性性，也越越来越受受到密切切关注。只有在了了解了焊焊接的发发展历程程、现状状及未来来的发展展趋势，才才能准确确掌握焊焊接的发发展方向向，有助助于从事事焊接工工作，在在焊接工工作岗位位上才能能承前启启后，充充满信心心，去做做好焊接接工作。本本文主要要采用论论文的形形式，首首先对焊焊接材

11、料料和近几几年焊接接新技术术及现状状作了概概述，在在此基础础上对常常用及新新型焊接接材料的的焊接新新技术新新工艺进进行分析析，掌握握典型金金属材料料的焊接接技术和和工艺；充分了了解金属属材料在在焊接过过程中可可能面临临的困难难及问题题，增强强克服困困难和解解决问题题的能力力；通过过对焊接接过程中中焊接工工艺及缺缺陷的了了解和解解决措施施，旨在在通过本本文，在在大体了了解金属属材料的的焊接技技术与焊焊接工艺艺的发展展情况下下，要不不断努力力，积极极研究，尽尽可能开开发出新新的焊接接技术和和焊接工工艺，以以应对不不断发展展和提高高的焊接接需求。现代焊接接技术是是从199世纪880年代代末发展展起来

12、的的，至今今不过百百余年。焊焊接技术术的发展展依托于于科学技技术的进进步，而而焊接加加工的优优越性使使之成为为在各种种装备制制造中必必不可少少的手段段。目前前用于生生产的焊焊接方法法已超过过50种种。除常常规的电电弧焊方方法外，电电阻焊、电电渣焊、电电子束焊焊、激光光焊、等等离子弧弧焊等焊焊接方法法的使用用，使现现代化的的大型设设备能够够大量采采用焊接接结构，如如大型高高压容器器与储罐罐、大吨吨位运输输船舶、核核电站、水水力及火火力发电电站、超超音速飞飞机等的的制造中中都采用用了焊接接技术；近年来来的大型型焊接结结构及焊焊接技术术在尖端端精密产产品中的的印业大大量应用用，如：鸟巢、三三峡水轮轮

13、机转轮轮、神州州三号机机大型热热壁加氢氢反应器器。随着焊接接产品使使用要求求的不断断提高，需需要采用用一些具具有特殊殊性能的的结构材材料，如如高强度度钢、超超高强度度钢、耐耐热耐蚀蚀钢、难难熔合金金、非铁铁金属及及合金、火火星金属属、异种种金属及及复合材材料等，因因此对焊焊机技术术提出来来更高的的要求；反过来来也促进进了焊接接技术和和焊接工工艺的发发展，促促进了焊焊接生产产的机械械化和自自动化，如如焊接机机器人、自自动焊接接生产线线在我国国制造业业中应用用越来越越广泛。山东交通学院毕业设计（论文）1金属焊焊接材料料及技术术简介虽然现代代焊接技技术已进进入了成成熟阶段段，但随随着社会会的发展展，

14、科学学的进步步，新产产品、新新材料不不断地涌涌现，焊焊接技术术也需要要不断地地发展，进进一步地地完善。新新型的焊焊接材料料不断地地开发并并得以应应用，既既进一步步提高了了焊接生生产率，又又可以使使焊接过过程更加加稳定，飞飞溅更小小，焊缝缝质量更更好。焊焊接工作作者研制制出了各各种新型型焊条，如如铁粉焊焊条、重重力焊条条、躺焊焊焊条等等；还研研制出了了各种送送丝方式式和焊缝缝跟踪装装置，弧弧焊机器器人及智智能化；大力发发展高能能束焊接接，即等等离子束束焊接、电电子束焊焊接、激激光束焊焊接等。1.1 焊接材材料作用用及种类类随着焊接接技术的的迅速发发展，焊焊接材料料的应用用范围日日益扩大大。焊接接

15、材料在在造船、石石油化工工、车辆辆、电力力、核反反应堆等等领域中中起着非非常重要要的作用用，在焊焊接过程程中作为为填充金金属及保保护物质质而存在在。1.1.1焊接接材料的的作用(1)焊焊接材料料的作用用焊接过程程中的各各种填充充金属及及为了提提高焊接接质量而而附加的的保护物物质统称称为焊接接材料。随随着焊接接技术的的迅速发发展，焊焊接材料料的应用用范围日日益扩大大。焊接接材料在在造船、石石油化工工、车辆辆、电力力、核反反应堆等等领域中中起着非非常重要要的作用用。而且且，焊接接技术的的发展对对焊接材材料无论论在品种种和产量量方面都都提出了了越来越越高的要要求。焊焊接生产产中广泛泛使用的的焊接材材

16、料主要要包括焊焊条、焊焊丝、焊焊剂、保保护气体体和钎剂剂、钎料料等。不不同焊接接工艺下下采用的的焊接材材料的组组合见表表1.11表1.11 不同同焊接工工艺条件件下采用用的焊接接材料Tab.1.11 Unnderr diiffeerennt wwelddingg prroceessees wwelddingg maaterriall ussed焊接工艺艺焊接材料料焊条电弧弧焊电焊条（普普通焊条条、专用用焊条）气体保护护焊焊丝（实实心焊丝丝、药芯芯焊丝）+保护气气体（活活性、惰惰性、混混合）埋弧焊、电电渣焊焊丝+焊焊剂（熔熔炼焊剂剂、非熔熔炼焊剂剂）钎焊钎剂、钎钎料上述几种种焊接工工艺方法法的共

17、同同特点是是以焊接接材料作作为焊缝缝填充金金属的来来源，依依靠焊接接材料来来完成焊焊接过程程对液态态熔池的的保护盒盒冶金作作用，以以获得优优质的焊焊缝金属属。各国国焊条和和焊丝产产量的比比例，在在一定程程度上反反映了该该国的焊焊接自动动化水平平。目前前在欧、美美等工业业发达国国家的焊焊接生产产中，焊焊条产量量在焊接接材料中中约占660%，焊焊丝产量量约占440%。我我国当前前焊条产产量约占占焊接材材料总产产量的880%，低低于欧、美美等工业业发达国国家。目目前我国国生产的的低碳钢钢焊条以以钛钙型型焊条为为主，低低合金高高强度钢钢焊条以以低氢型型焊条为为主，钛钛钙型和和低氢型型焊条约约占焊条条总

18、量的的90%以上。焊接材料料的质量量对保证证焊接过过程的稳稳定和获获得满足足使用要要求的焊焊缝金属属起着决决定性的的作用。归归纳起来来，焊条条材料应应具有以以下作用用： 保证电弧弧稳定燃燃烧和焊焊接熔滴滴顺利过过渡； 在焊接过过程中保保护液态态熔池金金属，以以防止空空气侵入入； 进行冶金金反应和和过渡合合金元素素，调整整和控制制焊缝金金属的成成分与性性能； 防止气孔孔、裂纹纹等焊接接缺陷的的产生； 改善焊接接工艺性性能，在在保证焊焊接质量量的前提提下尽可可能提高高焊接效效率。我国输焊焊接材料料使用大大国，今今后若干干年内还还是以焊焊条，焊焊丝为主主。有技技术开发发能力的的企业正正在及时时调整产

19、产品结构构，开发发生产市市场上急急需的品品种，如如管线用用纤维素素型和低低氢型全全位置立立向下焊焊焊条、船船舶行业业使用的的高效铁铁粉焊条条和重力力焊条、石石油化工工行业短短缺的耐耐发红不不锈钢焊焊条、交交流施焊焊的高韧韧性低氢氢焊条等等。开发发重点工工程用特特殊焊条条、专业业焊条，在在提高和和稳定产产品质量量、降低低成本，为为用户提提供优质质高效焊焊条和服服务等方方面开展展工作。二氧化碳碳气体保保护焊焊焊丝发展展前景看看好。但但我国目目前焊丝丝品种单单调，应应不断开开发焊丝丝的品种种和规格格，如6600MMPa、7000MPaa、8000MPaa高强度焊焊丝，特特殊用途途的产品品，如耐耐蚀钢

20、焊焊丝等。改改进包装装，攻克克小规格格焊丝层层绕上盘盘工艺和和设备，研研制罐装装焊丝工工艺及设设备。药药芯焊丝丝在产品品中的种种类、质质量、成成本等方方面还有有很多工工作要做做，如开开发各种种气体保保护焊、自自保护焊焊、埋弧弧自动焊焊、堆焊焊用药芯芯焊丝。(2) 焊接材材料对接接头性能能的影响响焊接材料料（焊条条、焊丝丝、焊剂剂）的成成分对焊焊缝金属属的化学学成分、组组织与性性能有重重要的影影响。为为了使焊焊缝金属属具有所所要求的的成分与与性能，必必须保证证焊材中中有益的的合金元元素含量量和严格格控制有有害杂质质的含量量。 焊缝金属属的合金金化焊缝金属属的合金金化就是是把所需需要的合合金元素素

21、通过焊焊材过渡渡到焊缝缝金属（或或堆焊金金属）中中去。焊焊接中合合金化的的目的是是补偿合合金元素素的烧损损、消除除焊接缺缺陷（裂裂纹、气气孔等）和和改善焊焊缝金属属的组织织性能等等。合金成分分是决定定焊缝成成分的主主要原因因。改进进和研制制焊条、焊焊丝、焊焊剂时，必必须根据据焊接接接头工作作条件焊焊缝金属属的最佳佳化学成成分，以以保证焊焊缝性能能满足使使用要求求。 有害杂质质的控制制杂质对焊焊缝金属属的性能能和金属属焊接性性有十分分重要的的影响，其其中影响响有较大大的有害害杂质主主要有OO、N、H、S、P等。O、N、H元素对对焊缝金金属的主主要影响响是导致致脆化，产产生气孔孔和裂纹纹，降低低焊

22、缝金金属的塑塑性和韧韧性。常常用焊材材熔敷金金属中OO、N、H的含量量列于表表1.22表1.22 常用用焊材熔熔敷金属属中O、NN、H的的含量Tab.1.2 Coommoonlyy ussed welldinng cconssumaablees wwelddingg meetall O,N, H conntennt类别氧含量/%氮含量/%氢含量/%H08AA焊丝0.0110.02-0.20.55光焊丝0.1550.300.0880.2288-纤维素焊焊条0.09900.011335.88钛型焊条条0.06650.011539.11钛钙型焊焊条0.0550.07-钛铁矿型型焊条0.10010.0

23、11430.11低氢型焊焊条0.0220.030.01104.2埋弧焊焊焊条0.0330.050.000200.00074.400CO2焊焊焊条0.0220.070.000800.01150.044惰性气体体保护焊焊焊条0.000170.00068-药芯焊丝丝CO2焊焊条-0.011500.0440-气焊焊材材0.044500.0550.011500.02205.000对于N和和H的控控制，须须清除焊焊件和焊焊接材料料附着的的油、锈锈、氧化化膜及水水分、烘烘干焊材材（焊条条、焊剂剂）并应应加强保保护，防防止空气气侵入焊焊接区域域。对于于氧的控控制，可可在药皮皮、药芯芯或焊剂剂中添加加脱氧铁铁合

24、金，限限制气氛氛的氧化化性。焊焊缝金属属中S、P含量的的控制主主要从限限制焊材材中的SS、P杂质含含量入手手，一般般应分别别控制在在0.003%以以下。1.1.2 新新型焊接接材料简简介(1) 高强高高韧性焊焊条近年来，冶冶金工业业技术进进步很快快。随着着控轧、控控冷和炉炉外精炼炼技术的的应用，使使各类结结构钢材材的强度度、韧性性和纯度度都有了了很大的的提升。对对焊接材材料的韧韧性和抗抗裂性能能提出了了更高要要求。基基于这种种转变，焊焊接材料料韧性水水平需要要一个技技术跨越越才能满满足现代代焊接结结构的要要求，国国外多家家厂商展展出了这这方面产产品，在在国内一一些焊接接材料企企业的展展台上也也

25、展出了了强度600010000MMPa级级的超低低氢高韧韧性焊条条系列产产品，其其熔敷金金属的塑塑韧性水水平，扩扩散氢含含量和纯纯净度达达到国外外水平。产产品已成成功用于于重大军军事工程程、奥运运“鸟巢”工程、三峡工工程等重重大水利利工程、工工程机械械、矿山山机械焊焊接。(2)新新型耐热热钢焊条条这是当前前电力工工业建设设中的一一个热点点，国外外几家名名牌企业业已连续续几年在在北京埃埃森展会会上展出出了与超超临界、超超超临界界机组配配套的新新型耐热热钢焊条条。国内内在新型型耐热钢钢焊条研研究方面面，也取取得重要要技术成成果，已已开发出出用于T/PP23、T/PP24、T/PP92钢钢焊接的的电

26、焊条条产品，其其熔敷金金属高温温抗蠕变变和焊接接工艺性性能与国国外产品品性能相相当。已已具备与与超临界界， 超超超临界界机组焊焊接的配配套能力力。(3)新新型不锈锈钢焊条条不少国内内外企业业都展出出了双相相不锈钢钢、控氮氮不锈钢钢、超级级双相不不锈钢、超低低碳不锈锈钢和高高温耐热热不锈钢钢等新型型焊条。(4)耐耐火耐候候高性能能建筑用用钢焊条条 武钢自自主开发发了，具具有国际际领先水水平的高高性能WGJJ5100C2耐火耐候候钢，为为解决高高性能WWGJ5510CC2耐火耐候候钢焊接接材料的的配套问问题，国国内已开开发出配配套的焊焊条并应应用于大大型高层层建筑钢钢结构工工程建造造。(5)管管线

27、钢焊焊条这方面国国外名牌牌企业的的产品已已用于我我国管线线焊接工工程。目目前国内内已具备备X800及以下下的低氢氢焊条和和X700及以下下纤维素素焊条的产品品配套能能力，并并批量出出口。(6)大大型原油油储罐高高强钢焊焊条为确立国国家石油油战略储储备基地地的建设设，国家家发改委委组织国国内主要要钢铁企企业和焊焊接材料料企业进进行了技技术攻关关。目前前10万万立方米米及以上上大型原原油储备备罐建造造用高强强度钢焊焊条，主主要是国国产焊条条，并批批量出口口。(7)抗抗氢钢焊焊接材料料炼油装置置和天然然气集输输、脱硫硫工程结结构对抗抗硫化氢氢和应力力腐蚀提提出来较较高要求求，工程程装备和和管路系系统

28、采用用16MMnR（HHIC）或或20（HHIC）建建造，对对焊接材材料熔敷敷成分有有严格要要求，尤尤其要求求S小于于等于00.0006%。PP小于等等于0.0088%。并并要求有有较低的的屈强比比，国内内开发的的抗氢钢钢焊条已已大量用用于高含含硫气田田开发、石石油化工工装置建建造。(8)深深冷工程程焊接材材料欧洲和日日本3.5Nii钢和9NNi钢焊焊条已在在这几年年展会中中展出，并并在我国国工程中中使用。我我国主要要焊条企企业这次次也展出出了与99Ni钢钢配套的的镍-铬-钼，镍镍-铬-铁和奥奥氏体合合金系焊焊条产品品，技术术水平与与国外相相当。(9)铁铁道车辆辆用焊接接材料铁路运输输业的高高

29、速发展展为采用用新技术术创造了了条件，铁铁道车辆辆建造用用钢经历历了从普普通碳钢钢到具有有优良的的抗大气气腐蚀性性的耐候候钢、特特种物料料腐蚀性性能的高高强耐候候钢和TTCS铁铁素体不不锈钢，国国内已具具备覆盖盖了500、55、60公斤斤级车辆辆用焊条条和TCCS不锈锈钢焊条条的商品品化配套套能力1。1.2金金属焊接接技术简简介及现现状随着科学学技术的的不断发发展，焊焊接技术术的竞争争不断加加大，大大量的现现代化焊焊接技术术被应用用到焊接接中，焊焊接工作作者面临临着更复复杂的技技术难题题，在这这样的隋隋况下，焊焊接方法法迅猛发发展，焊焊接生产产的工艺艺水平也也在迅速速的改进进。焊接接工作者者积

30、极的的研发新新的焊接接方法，来来提高产产品的焊焊接质量量。1.2.1 焊焊接技术术简介焊接技术术主要应应用在金金属母材材上。常常用的有有电弧焊焊，氩弧弧焊，C002保护护焊。氧气-乙炔焊焊，激光光焊接，电电渣压力力焊等多多种，塑塑料等非非金属材材料亦可可进行焊焊接金金属焊接接方法有有40种以以上，主主要分为为熔焊、压压焊和钎钎焊三大大类：熔熔焊是在在焊接过过程中将将工件接接口加热热至熔化化状态，不不加压力力完成焊焊接的方方法；压压焊是在在加压条条件下，使使两工件件在固态态下实现现原子间间结合，又又称固态态焊接；钎焊是是使用比比工件熔熔点低的的金属材材料作钎钎科，将将工件和和钎料加加热到高高于钎

31、料料熔点、低低于工件件熔点的的温度，利利用液态态钎料润润湿工件件，填充充接口间间隙并与与工件实实现原子子问的相相互扩散散，从而而实现焊焊接的方方法。下面就分分析近几几年出现现的几种种焊接新新方法及及其应用用。(1)电电子束焊焊接技术术电子束焊焊接技术术起源于于德国，随随着电子子束焊接接的不断断发展，这这种技术术受到了了世界的的普遍关关注，电电子束焊焊接设备备的稳定定性很好好，操作作过程自自动化程程度很高高，是目目前比较较成熟的的高能束束流的加加工方法法之一。220世纪纪60年年代初，这这种技术术开始应应用于原原子能工工业，飞飞机制造造业中。由由于其具具有深穿穿透的特特点，后后来又进进入到大大厚

32、度，重重型零件件的焊接接中，同同时，在在真空室室，高功功率的电电子枪中中也有很很大的应应用。电电子束焊焊接技术术正越来来越应用用广泛，在在空间结结构的焊焊接和加加工中发发挥着重重要的作作用。电子束焊焊接是这这样的一一种焊接接方法，它它利用汇汇聚的高高速电子子轰击工工件接缝缝处所产产生的热热量来使使材料熔熔合，从从而达到到焊接的的目的。由由电子枪枪产生的的电子束束在轰击击工件时时，使动动能转变变为热能能，成为为了焊接接的热源源，一般般的电子子枪是由由阴极，阳阳极和聚聚束极组组成的。当当阴极被被加热后后，在电电场的作作用下，阴阴极表面面由于热热发射效效应会发发射电子子，这些些电子连连续不断断的飞向

33、向工件，当当这些电电子束汇汇聚起来来时，能能量密度度很高，可可以达到到熔化焊焊接金属属的目的的。电子束焊焊接技术术相比于于传统的的焊接工工艺来说说，有很很多无可可比拟的的优势：电子束束焊接的的能量密密度很高高，效率率很高。对对于钨，钼钼等高熔熔点的材材料都能能够快速速熔化，而而且对于于大厚度度工件，电电子束的的深穿透透性对于于提高焊焊接的效效率发挥挥了很重重要的作作用。工件的的变形小小，热影影响区小小。由于于电子束束焊接的的焊接速速度快，能能够形成成一个深深而窄的的焊缝，工工件得到到的热量量小，所所以工件件的变形形小。可焊接接的材料料和零件件很多。电电子束焊焊接可对对于陶瓷瓷、石英英玻璃、以以

34、及超导导材料、热热敏材料料，难熔熔的金属属等进行行焊接，还还可以对对某些特特殊结构构和精细细零件进进行焊接接。电子束束焊接是是在真空空中进行行的，可可以避免免有害气气体的侵侵入和材材料的氧氧化。(2) 搅拌摩摩擦焊接接技术搅拌摩擦擦焊接技技术是一一种高效效的固态态连接方方法，它它可以用用于焊接接低熔点点的有色色金属。相相比于传传统的焊焊接技术术，它的的接头质质量好，自自动化的的程度高高，广泛泛应用于于航空航航天，汽汽车，造造船等合合金结构构制造领领域。摩擦焊是是一种利利用摩擦擦产生的的热量来来进行焊焊接的技技术，节节能效果果显著。与与常规的的摩擦焊焊接样样，搅拌拌摩擦焊焊接的焊焊接热源源也来源

35、源于摩擦擦热，它它是由英英国的焊焊接研究究所发明明的，其其实质是是用一个个带有搅搅拌针和和轴肩的的特殊的的搅拌头头来进行行焊接，将将搅拌针针插入焊焊缝，摩摩擦加热热被焊金金属，使使金属的的温度升升高，成成为塑性性状态，同同时搅拌拌金属形形成一个个旋转空空洞，当当旋转空空洞随着着搅拌针针前移时，热热塑性的的金属不不断地流流向后方方，冷却却后形成成致密焊焊缝。搅拌摩擦擦焊相比比于其他他的焊接接技术来来说，它它的优点点很突出出：焊接质质量高。由由于是固固态连接接，没有有粗大的的凝固组组织和焊焊接缺陷陷，热变变形小，可可以实现现大型结结构的精精密焊接接。耗能低低，节能能效果显显著，没没有污染染，没有有

36、烟尘，飞飞溅，以以及强烈烈的辐射射等。成本低低，摩擦擦焊接新新技术不不需要焊焊条，焊焊丝，焊焊药以及及保护气气体，还还可实现现水下焊焊接。自动化化程度高高。这种种焊接技技术不需需要进行行等级培培训，操操作过程程简便，容容易实现现自动化化。搅拌摩擦擦焊接的的应用非非常广泛泛，已经经在航空空，航天天，造船船，建筑筑，交通通领域得得到了充充分的发发展。在在制造船船舶上，可可以用来来焊接甲甲板，船船头等零零部件。在在航空领域域可以用用来焊接接机翼，机机身以及及飞机油油箱等，另另外，在在其他方方面，这这种焊接接技术也也发挥了了很大的的作用，高高速列车车，汽车车底盘的的车身支支架，热热交换器器，发动动机壳

37、体体都可用用搅拌摩摩擦焊来来进行焊焊接。(3) 激光焊焊接技术术激光加工工技术的的一个重重要的应应用就是是激光焊焊接技术术。这种种技术是是一种热热传导型型的技术术，就是是利用激激光的辐辐射产生生的热量量来加热热工件表表面，这这些热量量通过热热传导向向工件内内部扩散散。这种种热量可可以通过过控制激激光脉冲冲的宽度度、能量量、功率率等参数数来得到到，来形形成特定定的熔池池。激光光焊接是是一种高高能束的的焊接方方式，比比其他的的焊接方方式更能能够实现现深熔焊焊的形式式，所以以目前已已经有大大量的激激光焊接接生产线线投入工工业生产产。激光焊接接是一种种以激光光作为热热源而进进行的焊焊接，通通过用抛抛物

38、面镜镜或凸透透镜聚光光的激光光可以得得到高功功率密度度的热源源，这样样的焊接接得到的的焊缝熔熔深很大大。当激激光焊接接使工件件表面温温度迅速速上升后后，又迅迅速冷却却，这样样就可以以进行熔熔融或非非熔融表表面的处处理。激激光焊接接有两种种基本的的方式，传传导焊和和小孔焊焊。传导导焊的熔熔池表面面是封闭闭的，这这种焊接接对于系系统的扰扰动较小小，并目目焊缝不不易被气气体侵入入。小孔孔焊的熔熔池被激激光光束束穿透成成了孔，小小孔的不不断关闭闭导致了了气孔的的产生。激激光焊接接比其他他的传统统焊接技技术速度度更快，深深度更大大，变形形较小，并并且在特特殊的环环境下也也能够进进行焊接接。但是是它的要要

39、求较高高，光束束的位置置在工件件上不能能有太大大的偏移移，另外外，激光光焊接系系统的成成本较高高。随着着激光技技术的发发展，现现代研究究的主要要方向转转向了激激光方法法与其他他方法联联合的技技术，如如激光焊焊与钨极极氩弧焊焊共同作作用的焊焊接等，这这些技术术弥补了了激光焊焊接技术术的一些些缺点。目前，激激光焊接接的应用用领域不不断的扩扩大，涉涉及到了了制造业业，汽车车工业，电电子工业业，生物物业，航航空航天天业和造造船工业业等。激激光焊接接在汽车车领域的的发展很很快，逐逐步应用用到半轴轴，传动动轴，散散热器等等汽车部部件的制制造。由由于激光光焊接的的优点，它它在集成成电路和和半导体体器件的的焊

40、接中中，发挥挥了很大大的优势势。另外外，激光光焊接也也在真空空器件的的研制中中得到了了应用，如如快热阴阴极灯丝丝组件等等。对于于航空航航天领域域的激光光的研究究也取得得了良好好的进展展，如利利用激光光技术来来修复损损伤的结结构件等等，对于于有些要要求较高高的焊缝缝，只有有激光焊焊才能完完成22。除了以上上三种方方法在近近几年来来发展较较快外，还还有其他他的焊接接新技术术在不断断出现，不不断发展展，新的的焊接工工艺比如如弧焊机机器人及及智能化化焊接、数数字化生生产及其其他焊接接工艺方方面也在在不断探探索和创创新。1.2.2金属属焊接技技术现状状焊接已成成为现代代工业中中一种不不可缺少少，而且且日

41、益重重要的加加工工艺艺方法。在在近代的的金属加加工中，焊焊接比铸铸造、锻锻压工艺艺发展较较晚，但但发展速速度很快快。焊接接结构的的重量约约占钢材材产量的的45，铝和和铝合金金焊接结结构的比比重也不不断增加加,其他他新型金金属材料料焊接也也在不断断涌现。金属焊接接技术已已经在我我国各个个领域中中得到广广泛应用用。但是是由于金金属焊接接技术会会对被焊焊工件的的质量造造成直接接影响，而而被焊工工件出现现质量问问题通常常是由于于出现焊焊接缺陷陷导致。在在金属焊焊接中常常出现的的缺陷是是由于焊焊接工艺艺、焊接接技术、外外部环境境以及被被焊接的的金属材材料本身身的性能能不同而而产生的的。为确确保焊接接件的

42、质质量和内内部组织织无缺陷陷，达到到质量和和设计要要求，在在焊接过过程中对对被焊接接金属的的焊接性性、工艺艺要求、焊焊接规范范以及焊焊接设备备进行检检查和检检验，并并采取相相应的技技术和工工艺措施施对焊接接结构进进行保护护，才能能很好地地预防和和防止某某些缺陷陷的产生生。 近些年年来，焊焊接工作作者们在在焊接过过程中不不断吸取取经验，总总结教训训，探索索出了很很多在金金属材料料焊接中中克服缺缺陷，保保证质量量的焊接接新技术术新工艺艺。2金属焊焊接新技技术和新新工艺焊接作为为金属加加工方法法已发展展成为一一门独立立的学科科，焊接接新技术术新工艺艺的不断断成熟与与发展使使其应用用越来越越广泛。随随

43、着焊接接产品使使用要求求的不断断提高，需需要采用用一些具具有特殊殊性能的的结构材材料，如如高强度度钢、超超高强度度钢。耐耐热耐蚀蚀钢。难难熔合金金、非铁铁金属及及其合金金、活性性金属、异异种金属属及复合合材料等等，因此此对焊接接技术提提出了更更高的要要求；反反过来也也促进了了焊接技技术与焊焊接工艺艺的发展展，促进进了焊接接生产的的机械化化和自动动化，如如焊接机机器人、自自动焊接接生产线线在我国国制造业业中应用用也越来来越广泛泛。2.1 珠光体体耐热钢钢的焊接接新工艺艺多年来国国内在焊焊接主蒸蒸汽管道道(材质质为珠光光体耐热热钢)时时，采用用根部未未充氩 保护、焊焊后未立立即进行行热处理理焊接工

44、工艺，运运行一段段时间后后出现了了裂纹，不不能保证证机组运运行的可可靠要求求。由于于其焊接接性能差差，在进进行焊前前分析的的基础上上，采用用了E55515-2- (R3317)焊条焊接接及根部部充氩保保护、焊焊后立即即进行热热处理新新焊接工工艺，保保证了主主蒸汽管管道焊口口的焊接接质量。2.1.1 焊焊前分析析由于钢中中加入的的铬、钼钼、钒等等合金元元素质量量分数较较高，增增大了钢钢的淬硬硬倾向，使焊接接热影响响区的硬硬度提高高，容易易产生冷冷裂纹。从从硬度分分布来看看，钢中焊接接接头经经长期高高温工作作后，许许多情况况下都是是在软化化区发生生断裂现现象，即即峰值温温度处于于7800附近，焊焊

45、前的原原始温度度硬度较较高，焊焊后弱化化程度增增大。在在长期高高温工作作时，蠕蠕变变形形将集中中在软化化区，最最后导致致断裂。由由于合金金质量分分数的增增加，产产生热裂裂纹的倾倾向也增增大。由由于钢中中合金质质量分数数较高，如如果根部部得不到到良好的的保护，钢钢中所含含的铬被被氧化烧烧损，使使焊缝根根部抗氧氧化能力力降低，其其持久强强度降低低，且可可能产生生微裂纹纹，所以以焊接焊焊缝根部部时宜采采取充氩氩保护。2.1.2 焊焊接新工工艺(1) 焊前准准备： 为了防防止产生生裂纹，我我们选择择合金含含量稍低低的R3317电电焊条进进行焊接接。从表表2.11可以看看出，其其热强系系数比使使用R33

46、37电电焊条焊焊接接头头的热强强系数大大，软化化区弱化化程度减减小，由由于合金金含量稍稍低，淬淬硬现象象降低。焊焊接所用用焊丝为为TIGG-311，焊条条为R3317、E55515-2-NNb3337)。(2) 焊接参参数的选选择：为为了防止止产生粗粗大组织织及减小小软化区区的软化化程度，应应选用合合理的焊焊接线能能量。采采用多层层多道焊焊、焊条条摆动宽宽度不大大于焊条条直径55倍、单单层厚度度不大于于所用焊焊条直径径加2 mm、盖盖面采用用退火的的焊道，可可以有效效防止最最后一层层淬硬，防防止产生生冷裂纹纹，应选选择焊接接参数为为：电流流12551990 AA，电压压2028 V，焊焊接速度

47、度20.2442.99mm/minn，氩气气流量88122 L/minn。表2.11 使用用两种焊焊条焊接接的焊接接接头持持久强度度和热强强系数Tab.2.11 Thhe uuse of twoo kiindss off weeldiing rodd weeldiing joiint strrenggth andd thhermmal strrenggth coeeffiicieent焊条材料持久强度度/Nmm-2接头热强系数焊接温度度/焊缝接头母材R3377540550095998788848811270.755R3177540550092998758879811080.800(3) 焊前预

48、预热及热热处理焊前预热热：焊前前预热可可以减小小焊缝与与焊件间间的温度度梯度，减减小冷却却速度，减减缓避免免生成马马氏体组组织，减减小开裂裂的危险险性，减减小内外外壁温差差，减小小热应力力，可以以有效地地防止产产生冷裂裂纹。预预热温度度为30003350，恒温温30 minn，升温温速度为为1722/hh。珠光光体耐热热钢焊缝缝金属的的含碳量量和金属属元素含含碳量较较高，有有可能使使母材热热影响区区先于焊焊缝发生生相变，氢氢原子就就从热影影响区向向焊缝扩扩散，使使焊缝中中氢原子子处于过过饱和，当当焊缝冷冷却后转转变为马马氏体组组织时，产产生冷裂裂纹。焊后热处处理：焊焊后立即即进行高高温回火火热

49、处理理，可有有效防止止产生冷冷裂纹，消消除近缝缝区硬化化现象，并并可以使使氢溢出出，降低低氢致延延迟裂纹纹的敏感感性。焊焊后热处处理参数数包括升降降温速度度1722/hh；72207750恒温11.5hh；升温温4.22h；降降温2.44hh。(4) 新旧焊焊接工艺艺焊接接接头性能能分析为了评价价新焊接接工艺焊焊接接头头的质量量，依据据火力力发电厂厂锅炉压压力容器器焊接工工艺评定定规程(SD334089)的规定定，对采采用R3317与与R3337焊条条焊接的的焊接接接头性能能进行对对比，对对比结果果如下： 试验验数据说说明，采采用比母母材低的的焊接材材料焊接接珠光体体耐热钢钢中(抗抗拉强度度保

50、证值值大于等等于5440MPPa)的的焊接接接头，各各种性能能优于采采用与母母材相匹匹配的焊焊接材料料焊接的的珠光体体耐热钢钢的焊接接接头； 采用用新的焊焊接工艺艺焊接珠珠光体耐耐热钢，可可以有效效防止产产生热影影响区软软化，并并能防止止产生裂裂纹； 采用用新的焊焊接工艺艺，可防防止根部部的氧化化、产生生微裂纹纹； 采用用合理的的焊前预预热和焊焊后热处处理可以以有效防防止裂纹纹的产生生； 主蒸蒸汽管道道焊口光光谱分析析符合图图标材质质要求，硬硬度检验验全部符符合规程程规定，经经1000超声声波检验验合格。所以主蒸蒸汽管道道焊口采采用新的的焊接工工艺焊接接后，确确保了主主蒸汽管管道的焊焊接质量量

51、3。2.2 奥氏体体不锈钢钢的焊接接奥氏体不不锈钢由由于不发发生相变变，对氢氢脆不敏敏感，接接头有良良好的塑塑性和韧韧性，因因此焊接接性较好好。2.2.1 奥奥氏体不不锈钢的的焊接缺缺陷及措措施(1)焊焊接接头头的晶间间腐蚀在腐蚀蚀介质作作用下，起起源于金金属表面面沿晶界界深入到到金属内内部的腐腐蚀就是是晶间腐腐蚀。晶晶间腐蚀蚀是一种种局部性性的腐蚀蚀，它会会导致晶晶粒间的的结合力力丧失，材材料强度度几乎消消失，是是一种必必须重视视的危险险的腐蚀蚀现象。如如图2.1所示示。图2.11焊接件件的晶间间腐蚀Fig.2.11 Weeld intterccrysstalllinne ccorrrosi

52、ion 产生生原因：奥氏体体钢在固固溶状态态下碳以以过饱和和的形式式溶解于于固溶体体，加热热时过饱饱和的碳碳以碳化化铬的形形式沿晶晶界析出出。碳化化铬的析析出消耗耗了大量量的铬，因因而使晶晶界附近近铬的含含量降到到低于钝钝化所需需要的最最低量（112%），形形成贫铬铬层。贫贫铬层的的电极电电位比晶晶粒内低低得多。当当金属与与腐蚀介介质接触触时，就就形成了了微电池池。电极极电位低低的晶界界成为阳阳极，被被腐蚀溶溶解形成成晶间腐腐蚀。防止措措施：降降低母材材和焊缝缝中的含含碳量，将将钢中的的碳降低低到小于于或等于于其室温温时在相中的的溶解度度，这样样在加热热时就不不会有或或很少有有碳化铬铬析出，从

53、从而从根根本上避避免贫铬铬层的形形成；在在钢中加加入稳定定的碳化化物形成成元素，改改变碳化化物的类类型，如如向钢中中加入与与碳亲和和力大于于铬的钛钛、铌、钽钽等，这这些元素素将优先先与碳结结合而避避免形成成碳化铬铬，从而而避免了了碳化铬铬的产生生；焊后后进行固固溶处理理，固溶溶处理可可使已经经析出的的碳化铬铬重新溶溶于奥氏氏体中，但但对大型型复杂零零部件则则有一定定的困难难。且在在加热时时会反复复形成碳碳化铬；改变焊焊缝的组组织状态态，使焊焊缝由单单一的相改变变为+双相。当当焊缝中中存在一一定数量量的初析析铁素体体相时，可可以打乱乱粗大的的柱状树树枝晶，使使面积较较小而直直的晶界界变为曲曲折的

54、晶晶界，破破坏了腐腐蚀通道道。(2) 焊接接接头的热热裂纹产生原原因：奥奥氏体不不锈钢对对热裂纹纹比较敏敏感，主主要是由由冶金因因素决定定的，即即由钢的的化学成成分、组组织与性性能决定定的。由由于奥氏氏体钢是是单相组组织，焊焊缝从凝凝固冷却却到室温温不发生生相变，很很容易形形成方向向性很强强的粗大大柱状晶晶组织，为为低熔点点物质的的偏析与与集中创创造了条条件；且且奥氏体体钢中合合金元素素的品种种多，数数量大，不不仅硫、磷磷等杂质质会与铁铁形成低低熔点共共晶，合合金元素素之间或或与杂质质之间作作用也会会形成低低熔点化化合物或或共晶；奥氏体体钢的热热物理性性能对裂裂纹敏感感性亦有有着直接接的影响响

55、防止措措施：严严格控制制有害杂杂质，主主要是硫硫、磷的的数量；调整焊缝缝金属为为双相组组织，因因为纯奥奥氏体组组织的焊焊缝很容容易产生生结晶裂裂纹；合合理进行行合金化化；工艺艺上，为为了降低低热裂倾倾向，应应尽可能能减少熔熔池过热热和接头头的残余余应力。2.2.2 奥奥氏体不不锈钢焊焊接新工工艺(1) 原焊接接工艺出出现的问问题原工艺艺采用与与焊接低低碳钢(如Q2335钢、220钢)相似的的焊接规规范，仅仅焊接电电流略小小10%200%。相相似的焊焊接规范范，打底底层采用用“一点点击穿断断弧法”的的操作手手法，单单面焊双双面成形形。其余余各层焊焊条横向向摆动，焊焊波均匀匀，外观观成形良良好，表

56、表面检验验合格率率达95%以上。 因奥奥氏体组组织对氢氢气、氧氧气、氮氮气气体体原子的的溶解度度稍高于于普通低低合金钢钢组织。焊焊缝气孔孔倾向小小，X光光射线检检验底片片级别均均在级以上上，内部部质量检检验合格格率达1100%。板状、管管状试件件的弯曲曲检验，面面弯、背背弯试样样均措焊焊缝中心心开裂甚甚至折断断，复试试试样也也同样开开裂，弯弯曲检验验全部不不合格。检查断断口形貌貌，呈组组织疏检检、晶粒粒粗大的的过烧组组织。在在位于焊焊条接头头部位，存存在形状状如黄豆豆粒的夹夹杂物灰灰黑点。管板角角焊缝的的金相宏宏观断面面检查，也也发现有有夹杂物物状黑点点，且组组织晶粒粒粗大，杂杂质密集集，断面

57、面灰黑，金金相检查查不合格格。(2) 改进后后的焊接接新工艺艺工艺改进进思路从从两方面面考虑： 一是是采取措措施尽量量缩短焊焊缝金属属及热影影响区的的高温停停留时间间；二是是改变焊焊缝金属属结晶形形态，减减少区域域偏析和和弧坑缩缩孔。选用小小直径焊焊条，小小电流和和小线能能量的焊焊接规范范参数。如如扳状平平焊打底底层用直直径为2.55mm的的焊条焊接电电流I为为7080AA；其余余层次用用直径为为3.22mm焊焊条，II为12201125AA，焊接接线能量量控制在在1OKKJ/CCM以下下。打底层层采用“一点(或两点点)击穿穿断弧焊焊” 的操操作手法法，平均均燃熄弧弧的频率率在800900次/

58、mmin。“断弧焊”类似于无基值电流的脉冲焊法，平均热输入量小，熔池凝固快，减少过热区域和晶粒长大倾向。且单面焊双面成形难度大。采用“断弧焊”法较为容易控制熔池成型。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，断口无宏观缺陷。当更换换焊条前前，填满满弧坑，并并将电弧弧引向坡坡口边侧侧，熄弧弧于坡口口面上。对对于出现现的弧坑坑缩孔和和夹杂物物富集区区，可用用角向磨磨光机去去除，将将弧坑磨磨成缓坡坡形，确确定无缺缺陷后，再再燃弧接接着焊接。打乱结结晶方向向，使每每条焊道道的结晶晶中心偏偏离焊缝缝中心，避避免了焊焊道中心心杂质偏偏析物的的区域聚聚集。操操作上焊焊条不

59、摆摆动，窄窄焊道，快快焊速，多多层多道道焊。每每道焊缝缝金属柱柱状结晶晶细化，优优于宽焊焊层单道道焊缝。每焊完完一层(或一道道)焊道道，立即即将试件件置于水水中冷却却，逐层逐道水淬淬，缩短短焊接接接头的高高温停留留时间，减减少过热热组织和和晶粒粗粗化倾向向并缩短奥奥氏体不不锈钢在在55008550的敏化化温度区区间，提提高其耐耐晶间腐腐蚀性能能。采用新工工艺后，焊焊接工艺艺评定合合格。焊焊缝受拉拉面无任任何纵、横横裂纹出出现，全全部试件件均无需需复试，弯弯曲合格格率一次次性1000，金相宏观观断面无无缺陷4。2.3 铝及铝铝合金的的焊接铝及其合合金具有有优异的的物理特特性和力力学性能能，其密密

60、度低、比比强度高高、热导导率高、电电导率高高、耐蚀蚀能力强强，已广广泛应用用于机械械、电力力、化工工、轻工工、航空空、航天天、铁道道、舰船船、车辆辆等工业业内的焊焊接结构构产品上上。2.3.1 铝铝及铝合合金焊接接缺陷(1) 焊接裂裂纹焊接裂纹纹分为两两类，一一类是产产生在焊焊缝金属属内的焊焊接裂纹纹称为焊焊缝金属属结晶裂裂纹或凝凝固裂纹纹；另一一类是产产生在近近缝区母母材晶界界上或多多层焊时时，邻近近正在施施焊焊缝缝的前层层焊缝上上的焊接接裂纹称称为近缝缝区母材材液化裂裂纹或前前层焊缝缝金属液液化裂纹纹。铝及铝合合金材料料焊接性性优劣的的重要标标志之一一是合金金对焊接接时生成成焊接裂裂纹的倾倾向性。热热处理强强化铝合合金All-Sii-Mgg、Al-Cu-Mg、Al-Zn-Mg