焊接工艺标准

近日，由中国材料与试验标准化委员会综合标准标准化领域委员会(CSTM/FC99)归口承担的《焊接接头成分原位统计分布表征微束X射线荧光光谱法》团体标准(立项号:CSTMLX 9900 01102——2022)已完成征求意见稿，按照《中关村材料试验技术联盟团体标准管理办法》的有关规定，现公开广泛征求意见。焊接接头是指两个或两个以上零件要用焊接组合的接点。或指两个或两个以上零件用焊接方法连接的接头，包括焊材、焊缝、熔合区和热影响区。熔合区化学成分不均匀，组织粗大,往往是粗大的过热组织或粗大的淬硬组织，其性能常常是焊接接头中最差的。热影响区(HAZ)是在焊接热循环作用下，焊缝两侧处于固态的母材发生明显的组织和性能变化的区域。低碳钢的热影响区可分为过热区、正火区和部分相变区。其中，过热区是最高加热温度1100°C以上的区域，晶粒粗大，甚至产生过热组织。过热区的塑性和韧性明显下降，是热影响区中机械性能最差的部位。熔合区和热影响区中的过热区是焊接接头中机械性能最差的薄弱部位，其中，Nb、Ti. Al、Mg、 Ni、 Mo等元素成分对焊接接头性能影响较大。但在实际焊接接头中，熔合区和焊接热影响区HAZ只是一个较小范围的局部区域，一般宽度只有几个毫米。又由于HAZ的显微组织存在梯度性，可分为组织特征极不相同的许多很小的区域，使得经历某一特定热循环的每个区域更小。现有焊接接头成分测试主要依据GB/T 223《钢铁及合金化学分析方法系列标准》、GB/T 20125《低合金钢多元素含量的测定电感耦合等离子体发射光谱法》、GB/T 4336《碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析》，湿法/化学法、火花光谱等测试方法不能满足焊接接头对熔合区和热影响区成分分析研究需要。微束X射线荧光分析(MXRF)中的微-毫区分析是XRF分析技术发展的一个新领域。该技术逐渐成为微小原始样品或大样品微小区域中元素含量及其分布研究的-种重要手段,适合焊接接头对熔合区和热影响区成分分析研究需要。本标准规定了采用能量色散微束X射线荧光光谱法对船板钢焊接接头母材、焊材、熔融区的化学成分进行原位统计分布表征的原理、仪器与辅助设备、检测条件、标样选择、操作步骤、数据处理及检测报告。适用于船板钢焊接接头中Ni、Ti、Mn、Nb、Mo、Fe、Cr、Cu等元素的原位统计分布分析，其他材料焊接接头可参考使用。微束X射线荧光光谱法测定大尺寸焊接接头相关标准，可在船舶、汽车、石油、航空、航天等领域，为焊接接头的成分测试提供标准支撑，助力焊接工艺质量提升。

翁开尔是析塔清洁度仪独家代理商，欢迎致电咨询析塔清洁度仪在合金焊接上的技术应用。汽车轻量化成为使命，汽车制造商越发对轻质材料情有独钟，以寻求降低能耗和最小化腐蚀风险。汽车设施从钢转向铝材，这些铝材组件是需要焊接冲压或机加工的。然而，将钢焊接技术应用于铝焊接时，事情就不是那么简单了。虽然铝焊接本身是最主要的任务，但必须满足一个前提条件——保证焊接铝材表面的清洁度。对于从钢焊接工艺过渡到铝焊接工艺的设施，焊接前的表面处理是必须考虑的因素。不单单对于汽车制造而言，对精密工具制造、造船、轨道交通、航天航空、大型机械制造等行业的焊接准备中都会清洁钢和铝表面。这也意味着过去从不需要零件清洗机的工厂将不得不将零件清洗系统集成到他们的制造过程中，在焊接前确保零件表面足够干净，以此确保焊接良品率。┃ 铝与钢焊接焊接钢和铝之间的根本区别在于铝具有更高的电阻和熔化温度。熔池中较高的温度会产生足够的热能来增加氢的溶解度和扩散率。如果零件表面存在污染物，容易导致焊缝出现气孔或开裂。┃ 铝污染物的主要类型从大规模零售制造铝到达焊接工作室，铝会暴露在几种主要类型的污染物中。这些污染物如下： 油或者油脂 墨水 润滑脂 颗粒污垢许多东西在焊接前都会弄脏和污染铝，这种污染物的存在会对焊接质量产生严重的持久影响。这就是为什么在焊接前对铝件进行清洗的原因。如果铝件表面不够干净，在焊接的过程中，则容易出现烟灰，焊缝未熔合，不确定的电弧和附加电阻等现象。┃ 清洁表面对焊接的重要性在精细化制造要求下，清洁度一定意义上决定了焊接的质量。清洁的表面助于实现成功焊接：00001. 一致性：清洁焊接材料在制造实验室中提供了一定程度的一致性，并允许您将铝用作焊接性能的控制变量。00002. 无孔隙率：孔隙率是由碳氢化合物或氧化等污染物焊接到金属中引起的金属表面质量缺陷。如果金属变得有多孔，它会形成结构较差的接头，如果金属在焊接部位有足够的多孔，则该接头甚至可能因此而失效。但如果铝是干净的，焊缝就不会有隐藏的缺陷，接头应该能按预期工作。00003. 高强度：因为没有污染物，所以用纯铝进行的焊接比用受污染的铝或含有氧化铝的铝进行的焊接具有更高的抗拉强度。由于金属焊缝在建造后承担着建造项目的整体安全性和耐久性的责任，因此所使用的焊缝必须尽可能坚固，以防止意外的结构损坏。┃析塔清洁度仪是检测铝件表面清洁情况的重要仪器在焊接铝件前，往往需要对铝件进行脱脂去除水分和残留污染物，以及采用激光清洗或机械清洗氧化层。那么怎样的清洗程度铝件才算干净呢？德国析塔清洁度检测仪可以有效量化金属件表面清洁情况，更好的保证激光焊接质量，减少激光焊接缺陷。焊接气孔会降低坚固性和密封性，下图显示在激光焊接前使用析塔清洁度仪对工件表面进行清洁度检测,当工件表面清洁度高于65%，焊接气孔数量明显降低，当工件表面清洁度低于65%时，焊接气孔数量明显增加。 德国析塔SITA表面清洁度仪采用共焦法原理，通过光源发射出最佳波长的UV光检测金属表面的污染物，内置的传感器精准探测污染物引起的荧光强度，该荧光强度的大小取决于基材表面有机物残留情况，从而能精准量化检测金属表面清洁度。德国析塔SITA清洁度测试仪可以广泛运用在焊接接头质量、安全气囊点火装置的焊接组件等方面，工件表面污染物会影响焊接质量，焊接气孔会导致泄露，因此在焊接工艺前检测工件表面清洁度非常有必要，可以有效降低焊接次品率。

焊接也被称作熔接，通常是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。焊接工艺多用于制造业，主要用途就是把小的金属材料连接成大的（按图纸或需要的尺寸），或通过连接（焊接）做出所需要的几何体。诸如造船厂、飞机制造业、汽车制造、桥梁等都离不开焊接。热源能量的分布即热量的传播和分布很大程度上与这些参数相关，然而由于热量的分布是呈现梯度的，从而造成焊缝周围的材料会受到影响，即所谓的“热影响区”（HAZ）。热影响区的形成原理非常简单，在焊缝周围的材料受到了热源的影响，而温度低于材料的熔点，但其温度足以让周围材料的显微组织发生变化。显微组织的变化可导致机械性能的变化，如可能会出现硬度增加和屈服强度降低。同时由于显微组织的发生变化，热影响区更容易出现开裂和腐蚀情况，所以热影响区通常是构件最薄弱的结构点。因此，了解热影响区和减少焊接所产生的不良热效应是至关重要。焊缝和热影响区的典型尺寸通常为数百微米至几毫米。为了研究由于焊接过程引起的局部材料变化，仪器化压痕测试方法是首选，因为它们提供了合适的位移分辨率。例如，安东帕微观组合测试仪（MCT3）可以获取焊缝或热影响区等等不同区域的硬度、弹性模量等力学性能。磨损量和摩擦性能可以很容易地通过摩擦磨损分析仪来测量，该分析仪测量摩擦系数并可用于估计磨损率。微观组合测试仪MCT3本文将展示焊缝及其邻近局部区域的机械性能的表征手段的实际例子，同时也将总结所用表征手段对于焊接工艺好坏的评定和意义。焊缝横截面的硬度分布情况图1： 焊缝及其热影响区的横截面的视图和相对应位置上的硬度变化情况如图1所示，使用Anton-Paar微观组合测试仪MCT3对采用弧焊工艺对球墨铸铁进行焊接后所产生的热影响区进行表征。简单来说，就是在焊缝截面上沿着从母材到焊缝的方向采用MCT3对材料进行压痕测试。压痕试验主要在两个位置上进行：焊缝区域横截面和焊缝顶面。使用的最大载荷为5 N，加载和卸载速率选择为30 N/min，在最大载荷下保载1 sec。具体是沿着从未受影响的母材穿过HAZ到焊芯进行压痕测试，单个压痕的间距为0.25 mm。压痕测试的大致位置和相应硬度分布如图1所示，结果清楚地表明了焊缝附近硬度的变化情况。靠近焊缝–在HAZ中–硬度在过渡区降低之前显著增加，在远离焊缝的未受影响母材中稳定在~3 GPa。在焊缝的上表面上发现了类似的结果（过渡区和热影响区的硬度增加），这证实了在横截面上获得的结果。该应用案例展示的是仪器化压痕测试方法对于测量焊接工艺产生的热影响区HAZ的材料性能变化的意义所在，用图1中所示的方法可以直观的获取相应位置的力学性能变化情况。从而，有助于科研人员及焊接工作者去估算HAZ的区域尺寸以及所检测出的焊缝及其周围局部区域的力学性能是否达标，更为如何优化焊接工艺参数提供一份助力。堆焊工艺下焊缝的摩擦学性能研究堆焊是将硬质金属焊接在母材上的一种工艺，旨在提高母材的耐磨性，是一个很广泛的焊接应用。它用于磨机锤、挤压螺钉、高性能轴承和土方设备。它也可用于压水反应堆的阀座和泵。与其他部件摩擦接触的此类堆焊焊缝的磨损和摩擦学性能对于实际应用至关重要。以下示例显示了对球墨铸铁进行的摩擦学试验，其中铸铁的堆焊层采用等离子转移电弧工艺焊接。图2： 热影响区和母材的摩擦系数变化情况由于焊接工艺也属于快速凝固的一种冷却方式，从而得到了3mm厚度的热影响区且发现该HAZ的微观结构中存在渗碳体结构，而且硬度明显高于铸铁。总共进行了两次摩擦试验：一次在母材上，另一次在焊接材料的热影响区内。在线性往复模式下均进行共5000次循环的摩擦学表征试验，而且在最大固定载荷为1 N情况下的最大线速度为1.6 cm/s，选取的摩擦副为直径为6 mm的100Cr6钢球。摩擦试验结果如图2所示：焊接层的热影响区（HAZ）的摩擦系数（~0.8）高于母材（~0.5）。图3： 采用表面轮廓仪测量并记录母材和热影响区的磨损轨迹轮廓图3展示的是运用表面轮廓仪采集并记录母材和热影响区在摩擦学试验后磨损轨迹的轮廓。通过比较图3的结果表明，热影响区的磨损远高于母材；母材的耐磨性高于热硬化区的耐磨性。图2和图3的表明，焊接工艺对焊接层热硬化区的摩擦系数和耐磨性产生了负面影响，尽管同一层的硬度有所增加。该问题的解决方案可以是改变焊接参数以提高热硬化区的耐磨性，或者减小其尺寸以最小化其对零件耐磨性的负面影响。总的来说，Anton-Paar自研自产的压痕仪和摩擦学表征仪器均能为焊接工艺的研究和生产提供非常大的助力，其新一代检测手段的开发对于焊接行业是非常有意义的。安东帕中国总部销售热线：+86 4008202259售后热线：+86 4008203230官网：www.anton-paar.cn在线商城：shop.anton-paar.cn