“焊接材料及焊接冶金研究的发展动态”的概念、定义、翻译、参考文献-科学参考

发达国家焊接结构用钢量约占钢产量的50%以上。传统焊接冶金及焊接材料的研究与发展是与各国焊接结构的用钢量紧密相连的。以钢材为中心的“重、厚、长、大”型的焊接时代正在进入焊接各种非铁金属以至非金属时代。中国焊接材料在质量和品种方面仍面临严峻的形势：焊条生产总量仍占焊接材料的90%之多，自动焊丝只占8．2%(其中埋弧焊占5%，气保焊仅占3．2%)。

在烧结焊剂方面，发达国家的使用量已达80%，碱度0．4～3．1，并形成了系列。由于烧结焊剂的发展，大大促进了窄间隙埋弧焊技术的发展，如厚达560mm的压力容器锻件焊接接头，增殖反应堆中厚达530mm的不锈钢中心支持板的双面对接焊接头都已采用烧结焊剂。中国1986年消耗的焊剂用量约为1．5万吨，其中，烧结焊剂不到400t。1989年已占12．5%。在气保焊丝方面品种单一，强度等仍不配套，一直是一个突出的矛盾。如应用最广的H08Mn2SiA气保焊丝，实际上是沿袭前苏联50年代的标准，与美、日、德等国同类焊丝相比，含锰量偏高，Mn和Si成分范围不合理，没有等级，钢厂冶炼易出废品。由于Mn含量偏高，还使拉拔较难。此外，急需研制和生产自保护及堆焊用药芯焊丝。关于焊丝钢的冶炼质量，杂质及夹杂物控制不严，如目前中国焊丝的硫磷含量实际水平为0．025%左右(国外大都在0．015%左右)，焊丝中氢、氮和氧含量仍未列为检验项目，一般均较高，某些焊丝(如H08A、H08MnA及H10Mn2A等)的埋弧焊焊缝韧性低于同类进口焊丝的水平。

要改进熔炼焊丝的工艺和使用性能，特别要进一步降低熔炼焊剂焊成的焊缝金属的含氧量，提高韧性水平、改善脱渣性等都是重要的发展途径。但是根本的出路仍在于大力推广烧结焊剂，加强烧结焊剂系列化及新焊剂的开发工作，如开发各种级别的高强钢、耐蚀钢、耐候钢、耐热钢、低温用钢、镍基合金、高速及窄间隙埋弧焊用的烧结焊剂等。同时为提供配套焊丝和焊剂焊成的对接接头性能指标，应加强焊丝与焊剂生产厂之间的横向联合、相互制定切实可行的产品技术条件，编制焊剂和焊丝配套的使用说明书，以使焊丝和焊剂配套提供给用户。

在焊条方面，今后的主要任务仍是应以发展高效铁粉焊条、水下焊条、低温焊条、底层焊条、立向下焊条、重力焊条和碱性低氢交直流两用焊条、低尘低毒和超低氢焊条为主，同时扩大耐热钢、耐候钢、高强高韧钢及超低碳不锈钢焊条的品种，特别值得提出的是应大力发展各种钢基、铁基、镍基、钴基、铜基、碳化钨和铬的硼化物等型号的耐磨、耐蚀堆焊焊条。此外，中国目前80%以上焊条仍为钛型和钛钙型焊条。钎料作为一种重要的焊接材料今后仍应得到高速发展，如低银和无银钎料、无镉钎料、低锡钎料、膏状钎料、非晶态钎料以及陶瓷和复合材料钎料等，都是发展军品、民品或高技术产品所不可缺少的关键材料。

从世界范围来看，以传统产业特别是制造和材料业的发展而发展起来的以钢材为中心的焊接科学和技术已达到完善的地步。而随着产业结构的变化，逐渐进入到焊接各种非铁金属乃至非金属的时代，使以焊接钢材为基础发展起来的焊接冶金学和焊接性的研究出现了基础危机。但目前在中国还不具备发生产业结构转变的条件，即使在传统产业中焊接技术的应用与发达国家相比还存在相当大的差距。中国在今后10～20年里，仍将会面临以钢材为主要焊接对象，以“重、厚、长、大”型结构为主要产品对象的形势。但是世界范围内科技的进步，不能不影响到中国今后焊接冶金学和焊接性的研究方向。一方面对于结构用金属及合金而言，象热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂、气孔、H₂、N₂和O₂气体夹杂，造成脆化、粗晶区脆化以及工作环境导致的损失等在焊接过程中和焊接以后的焊接冶金问题仍会出现，必须继续研究和解决这些问题。另一方面又必须面对世界焊接技术发展的新形势对焊接冶金学、焊接性研究提出新的课题。

1．微量元素或第2相颗粒对焊接热影响区性能的影响。由于能源工业发展的需要，要求发展一种能在寒冷条件下不预热或少预热并以大线能量焊接钢材而不发生氢致裂纹，且在焊缝和热影响区(HAZ)有较好的低温韧性的长线油气输送管及压力容器用钢。为此近10年来钢铁界致力于发展用微量元素形成颗粒相来细化焊缝和HAZ晶粒，抑制先共析铁素体在晶界发展，促使晶内生成针状铁素体等来提高焊缝及HAZ的抗裂性及低温韧性。

2．继续开展合金钢焊接热影响区力学冶金问题的研究。焊接热影响区的力学冶金即组织与性能的关系一直是焊接研究的重点，今后相当的一段时期内仍然是以焊接钢材为中心。因此，必然会出现大量焊接HAZ的力学冶金问题。如含0．15%碳以下的高强钢，焊接时易在HAZ中形成M-A组元。多数人认为MA组元使得HAZ韧性变坏，但有的研究表明并不如此。一般认为M-A组元的韧性介于低碳马氏体和上贝氏体组织之间。从力学冶金的角度研究这种组织的形成过程、机制、影响因素及其对性能的影响，在中国处于正在广泛使用高强度钢的情况下，即显得十分重要。

3．焊接裂纹问题。由于冶金技术的综合发展与提高，使钢材纯度得到极大的改善，合金元素和微量元素得到合理的使用，杂质与残留元素已进一步下降。此外，超低氢、高碱度焊接材料的大量出现以及各种裂纹机制的研究，使得以往经常出现的热裂纹、冷裂纹和氢致裂纹、层状撕裂、再热裂纹、失塑裂纹的几率等大大下降。但由于中国冶金工业的状况，在以下几方面仍应继续开展研究：(1)氢致裂纹启裂的实质性研究。目前学术界已在产生氢致裂纹基本因素，即马氏体氢组织、扩散氢含量与焊接拘束应力是产生氢致裂纹的三大要素方面取得了一致的意见。并由此提出了不少氢致裂纹敏感性经验公式与防止氢致裂纹预热温度经验公式等。为进一步深化研究，学术界有人提出应针对上述3种因素进行氢致启裂的实质性研究。(2)失塑裂纹形成机制。高合金奥氏体不锈钢焊接时往往由于晶界失塑产生裂纹。不少研究表明，在单相奥氏体焊缝凝固冷却到1200～800C温度范围内易产生这种裂纹，但也有一种含少量铁素体的奥氏体焊缝由于前道焊缝受后道焊缝的热作用而产生这种裂纹。研究还表明，失塑裂纹与晶界硫化物、氮化物、沉淀、晶界滑移、迁移、波状化、再结晶以及流变应力有关。对这种裂纹的形成机制有必要进一步研究。(3)焊缝成分对半熔化区液化裂纹的影响。焊接Al-Mg-Si高强合金时会由于组分液化而易在半熔化区产生液化裂纹。研究表明，焊缝成分会直接影响半熔化区的晶界液化，但到底与哪些杂质有关还不十分清楚。因此，在有些钢材选择相匹配的焊接材料时，应注意研究焊缝成分对半熔化区液化裂纹倾向外对力学性能的影响。

4．残留元素对焊接性的影响。长期以来，研究人员一直把注意力集中在S和P对钢材焊接性的影响，而绝少对As、Sn和Sb等残留元素对材料焊接性影响的研究。国外有资料表明，这些残留元素对抗H₂S的腐蚀有很大的危害作用。0．001MPa的H₂S压力下就有应力腐蚀的危害。中国的天然气井中，H₂S压力高达0．1～0．5MPa。因此，先进的石油用钢管与井口设备等标准要求P≤0．02%；S≤0．005%；Sn≤0．005%；Sb≤0．005%；As≤0．005%。国外3000m以内的浅井正采用焊管代替无缝钢管，油气输送管道已大量采用焊管。因此国内有必要开展上述残留元素在焊接中的行为及其影响的研究。

5．异种材料的焊接。在焊接异种材料时，由于材料合金元素和热膨胀系数差异较大，因而接头易产生裂纹。如奥氏体不锈钢与低合金钢的焊接由于合金元素的迁移而在迁移区产生剥离裂纹；又如金属与高温结构陶瓷的焊接则常会因热应力而开裂。由于异种复合材料能充分发挥不同材料的优势，因此开展异种材料的焊接研究课题是十分重要的。这方面的研究内容有：低合金钢母材与Ni-Cr奥氏体不锈钢堆焊层溶化区剥离裂纹机制的研究；高温结构陶瓷与金属焊接的界面扩散，反应与界面组织及其焊接机制的研究；工程陶瓷与金属焊接区应力分布及其对接头性能的影响；焊接工艺对工程陶瓷性能的影响。

6．焊接接头断裂韧性的研究。由于冲击韧性往往不能代表一些焊接结构在使用条件下的韧性水平，所以断裂韧性(如K_IC，J_IC及COD)的测试方法被成功地引入到焊接接头中来。但焊接接头在力学性能上是不均匀的。因此，近年来有不少人开始研究力学性能不均匀性对断裂的影响，其研究内容有：不均匀性对断裂力学参量即裂纹扩展推力影响的研究；不均匀性能对断裂韧性即扩展阻力影响的研究；不均匀性对焊接接头断裂的研究。

(钢铁研究总院许祖泽撰)

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