关键词：焊接技术；激光焊接；发展趋势
1 引言
焊接技术是一门非常重要的基础工艺学科，它的发展离不开现代科学技术的支持。焊接技术虽然起步时间并不长，但是它的发展速度是不容小觑的。在近些年，随着新材料、新能源的不断出现，焊接技术如雨后春笋般飞速发展。新技术的采用给焊接技术的发展奠定了良好的基础，加强了焊接技术的工艺能力，同时也使焊接技术的应用范围扩展至生活的方方面面。新技术、新思想已逐步渗透至入焊接，使焊接技术更上一层楼，发展的更迅猛。
2 我国焊接技术的发展现状
2.1 较长焊缝和厚板焊缝的焊接技术落后
在对钢板进行焊接的过程中，长焊缝和厚板的焊接是不可避免的。焊接技术水平的高低、焊接的效率以及焊接质量深深影响着产品的质量以及产品的成本。除此之外，厚板的对缝焊接、箱形零构件的整体焊接以及T型焊缝的焊接等的工作量是非常巨大的，对焊接技术要求十分严格。在焊接的过程中，焊缝第一层采用的是表面声波（SAW）焊接技术。这种方法产生的垃圾废渣不易清理。所以，焊缝的第一层通常采用表面声波（SAW）盖面和熔化极气体保护焊（GMAW）打底相互结合的工艺来进行处理。使用这种方法的一个缺憾是焊接效率提高受限。在T型焊接和厚板相互对接的焊接过程中通常采用的是碳弧气刨清根工艺技术。这种技术能够使焊缝进行全熔透的焊接，但是增加了加工成本，也对焊接工艺人员的身体和焊缝质量造成影响。
2.2 焊接技术自动化水平不高
一个国家要想发展强盛，必须依托于工业现代化、加工自动化。只有这样生产的产品才能节约加工成本，给社会创造出更多的福利。通过调查显示国外的焊接自动化水平已经达到80%，而我国的焊接自动化水平最多只占30%。绝大多数的焊接依旧是采用手工焊接来实现的。这就不可避免的拉开了我国与国外技术上的差距。随着焊接件向重型化、大型化、复杂化的发展趋势，手工焊接一定会成为发展生产的绊脚石。若想取得工业的迅速发展，自动化的焊接发展方向是必然的选择。
2.3 焊接构件易产生冷热裂纹
冷裂纹指的是焊缝在冷却的过程中，如果温度下降到马氏体转变温度范围以下，焊缝就会在焊接后立即出现。这种焊缝通常也叫做延迟裂纹。这种冷焊缝形成的必要条件是：焊缝接头处存在扩散氢、具备淬硬组织、拉伸应力较大并且密集。而热焊缝是在高温状态下产生的，又称之为结晶裂纹或高温裂纹。这些裂缝容易出现在裂缝的内部，也易出现热影响区。热裂纹的形状主要有横向裂纹、弧坑裂纹、纵向裂纹、根部裂纹等等。热裂纹是由力学和冶金制造过程中的因素一起作用才产生的。它形成的主要原因是由于焊接池中的低熔点共晶和杂质共存致使晶体偏析。这样裂纹的强度就非常低，极易产生裂纹。
2.4 焊接人员的专业技术水平不足
焊缝技术直接影响产品的质量以及整体钢结构的业务流程。钢结构产品被应用到了几乎所有领域，了解焊接的相关技术是对技术操作人员的基本规定。要求操作人员熟练掌握自身业务水平是对其的最起码的要求。而我国的焊接技术人员对业务水平了解的太少，与对行业需求存在非常大的距离。
3 我国焊接技术的发展前景
为了积极促进我国焊接技术的发展，使其满足我国市场发展的需求，通过分析我国焊接技术的发展现状，能够推断出我国焊接技术主要会从以下几个发展方向进行。
3.1 磁控焊接技术
磁控焊接技术属于新兴的焊接技术。它主要是通过磁场来实现焊接。它的投入成本非常低、装置也比较简单、耗能非常少、效益比较好。通过常年对磁控焊接技术的研究发现了磁控对电弧焊电弧状态的影响。外加磁场对焊接母材的熔化与焊缝的成形有非常大的影响。利用电磁搅拌技术能够改变金属结晶过程中的热量传递过程，进而使结晶方向发生变化。通过组织的细化作用，能够使焊缝的一些力学特点提升的更加明显。除此之外还能降低焊接过程中缺陷的敏感性。鉴于磁控焊接技术的优点，这必定是其中的发展方向之一。
3.2 低温焊接技术
由于我国地理环境的特殊位置，冬季寒冷时节持续时间相对较长，这就考验着低温环境下焊接技术的性能。近些年来，各个相关学术组织都在积极的解决应对冬季低温焊接的问题以及施工的临界温度的取值问题。
例如我国在冬季完成了“鸟巢”万吨级以上的刚结构件的焊接工作。冬季进行焊接作业时影响焊接的因素主要有操作员的工艺水平、焊机的效率、材料的性能、焊法的熟练程度以及环境的作用。仅仅考虑这些因素中的某一项或某两项是不全面的，是无法做出正确评价的。综合考虑这些因素的影响，“鸟巢”在低温作业环境下取得了显著成果，并以此确定了低温焊接的临界温度为150°C。低温焊接能够缩短工期，为企业带来巨大的经济效益。由“鸟巢”焊接任务中获得的低温焊接经验技术必将应用于实践。
3.3 建立合理的焊工资格认证体系
现代钢结构件的焊接过程具有工程量复杂、焊接对象多样化、施工环境多变、市场竞争白炽化等特点。进行焊接作业时涉及到焊接工艺的编写、工程技术参数的评定、焊接件的检修等多种情况。除此之外，焊接过程的焊接点比较多、焊接面比较广、战线比较长。因此，这就对焊接人员的技术提出了严格的要求。使其发挥聪明才智和自主创造性向管理人员提出了巨大的挑战。培养焊接技术方面的专业性应用人才具有重要的现实意义。这就要求社会机构各方面建立完善的焊工资格认证体系。认真的培养焊工人才，同时加强焊工的资格认证对我国的焊工人才培养是一个正确的人才培养模式。同时这也是社会发展的必然趋势。这种制度的建立在一定程度上能够促进焊接技术的迅速发展、提高焊接工艺的整体水平。
3.4 电子焊接技术将被激光焊接取代
激光束经过聚焦后，激光焦点处的能量密度高达10～100W/cm并且加热的范围甚至小于1mm。如果将此技术应用于焊接方面，那将会给焊接工业带来巨大的变革。一方面可以提高焊接的速度，另一方面还可以减小接头处的变形以及减小应力集中。激光焊接术达到的焊接精度比较高，是比较理想的焊接技术。激光焊接的一个显著特点是可以进行长距离的焊接，因为激光具有直线传播的特点。除此之外与电子束相比较而言，激光束的优势显而易见。第一，激光焊接不需要真空环境，节约了设备上的成本投入；第二，激光束不会产生X射线，对人体不会造成伤害，不需要专门的防护用具；第三，激光焊接的生产效率比较高。因此，激光束在不久的将来应该会取代电子束成为焊接主流技术。
4 结束语
我国焊接技术水平同国外发达国家相比差距仍然比较巨大。这就要求我国焊接技术人员积极探索、总结经验，积极加强焊接技术的学习与创新。一方面要提高焊接的质量，另一方面更要加强焊接自动化水平技术的提高。只有这样我国的焊接技术才能领超世界强国，排于前列。在新时期我们要坦然面对我们自身的不足，寻找自身的发展特点和方向。我们要积极沿着磁控焊接、高温焊接等先进焊接工艺的目标发展。争取焊接技术的更大进步，为我国的现代化建设贡献无穷的力量。
二氧化碳焊接技术发展与金属结构制造状况密不可分。上世纪50年代初期,二氧化碳气保焊技术一经开发,就应用于金属结构制造,并伴随着焊接结构设计、制造技术水平的不断提高,逐渐成为金属结构焊接的主要方法。其高效、优质、自动化的技术特点,具有良好的应用条件,并且极大地推动了金属结构焊接技术的发展,在焊接技术发展史上书写了辉煌的一页。
2、二氧化碳气保焊技术的主要特点
通过多年研究与应用实践,二氧化碳气保焊技术的主要特点概述为以下几点:
2.1 生产效率高
二氧化碳气保焊能够实现较大的焊接电流,采用Ø:1.2mm实心焊丝,焊接电流最大可达到350A,Ø:1.6mm药芯焊丝的焊接电流可达到500A,电流密度通常为100-300A/mm 2,电弧热量集中、焊丝熔化速度快、熔敷系数高,而且保持连续焊接,从而提高焊接生产效率,二氧化碳气保焊可比手工电弧焊提高工作效率1-5倍。
2.2 焊接质量好
二氧化碳气保焊的自动化程度高,电弧自身调节作用强,焊接过程中电弧稳定性好,人为干扰因素少。电弧可持续燃烧,整条接头少,金属组织致密,焊接质量稳定。同时二氧化碳气保焊电弧气氛氧化性强,对焊件表面油,锈敏感性低,焊缝金属扩散氢含量低,大大提高了焊接头力学性能和抗裂性能。
2.3 二氧化碳气保焊技术改良了焊接接头形式
二氧化碳气保焊技术改良了焊接接头形式和焊接坡口形式。二氧化碳气保焊接的焊接熔深较大,在T形接头形式设计时,当熔深增大时,在保证焊缝金属承载面积保持不变时,焊脚尺寸往往可以减少。在对按接头设计时,二氧化碳气保焊与手工电弧焊相比,焊接坡口角度一般可以减少5°-10°,当采用单边V形坡口对接焊时,坡口角度为45°,采用锥形喷嘴,就可以使根部焊透,并使焊缝熔合很好,从而有效地减少填充金属量,减少焊接作业时间和焊接材料消耗。
2.4 能源利用率高
二氧化碳气保焊的电弧密度高,电弧能量大多有效地用于焊接材料熔化及母材金属的熔合,获得每千克熔敷金属的耗电量较低,Ø:1.2mm-Ø:1.6mm实心焊丝约为1.8-2.0为kWh/kg;Ø:1.2mm-Ø:2,4mm药芯焊丝为2.1-2.4KWh/kg,能源利用率高,因此,二氧化碳气保焊推广应用有利于节省能源,可比手工电弧焊节电50%-60%,从而减少了能源浪费。
2.5 焊接规范参数调节范围大
二氧化碳气保焊同一规格尺寸的焊丝可采用焊接规范参数变化范围较大,如Ø1.2mm实心焊丝,其焊接电流调节范围可以为60-350A,从而使二氧化碳焊接设备、材料具备较好的适应金属结构产品的变化能力,减少了储备焊接材料规格和重量,有利干焊接质量控制和管理。
3、二氧化碳气保焊技术应用状况
二氧化碳气保焊技术在大型金属结构制造企业中广泛使用,在中、小型企业中局部使用,制造的金属结构种类大大增加。
随着机械行业骨干企业焊接技术改造,二氧化碳气保焊技术在大型金属结构制造中广泛采用。如:太原重型机械(集团)有限公司、第一重型机械有限公司、大连重工集团有限公司等企业,二氧化碳气保焊完成的焊接金属结构已占其重量的50%-80%,在大型金属结构企业中发挥着不可替代的骨干作用。
在中、小型企业中推广应用与所在地区、所处行业、产品结构特点等因素有较大关系,在焊接技术较为发达的地区、焊接结构较多的企业、技术含量较高的产品,二氧化碳气保焊推广使用情况较好。虽然中、小企业中应用情况差别较大,但通过多年宣传、引导,二氧化碳气保焊技术已逐渐成为企业技术改造中主要选择的焊接技术装备。
3.1 二氧化碳气保焊设备应用状况
在二氧化碳气保焊技术推广的起步阶段,主要由国外进口焊接设备或引进国外技术设备生产,引进焊机有松下电器公司、日本大坂变压器、美国米勒公司等品牌机型;国内主要有天津电焊机厂、唐山电子设备厂、牡丹江无线电六厂、上海电焊机厂、四平电焊机厂等企业,焊机额定电流大多500A。因为国内企业生产的焊机功能和生产规模与国外厂商有一定的差距,所以大型企业在技术改造中大部分选用价格较高、功能好的进口设备。
在二氧化碳气保焊技术推广的发展阶段,经过焊接设备制造厂商的合资或独资开发,额定电流350A、500A的二氧化碳气保焊半自动焊机,基本实现国内组装制造,其中北京时代集团公司、天津电焊机厂、唐山松下产业机器有限公司等一批企业生产的主要机型,都具有较好使用功能和可靠性,并陆续在金属结构企业中成为主要选择的二氧化碳气保焊机型,占有一定数量和市场份额,从而改变了大批量进口设备的状况。
目前也有一些金属结构企业使用一批二氧化碳气保焊专业设备及焊接机器人工作站,但总体规模和应用数量比较小。这既与金属结构企业中成为主要选择的二氧化碳气保焊机型,占有一定数量和市场份额,从而改变了大批量进口设备的状况。
目前也有一些金属结构企业使用一批二氧化碳气保焊专业设备及焊接机器人工作站,但总体规模和应用数量比较小。这既与金属结构产品的生产规模及加工精度有直接联系,也与专用设备设计、制造水平有关。二氧化碳气保焊专用设备多用于金属零件形状简单、规格相近,生产批量较大的金属结构产品生产线,如汽车、摩托等产品零件的焊接。
3.2 二氧化碳气保焊焊接材料的应用状况
80年代初至80年代中期,我国针对当时Q235、16Mn等主要结构钢生产的490MPa级二氧化碳气保焊实心焊丝,在引进设备、引进技术、开发试制的努力中,已实现部分自给,但是处于供不应求状态,而且药芯焊丝基本处于开发研制、试生产状态,大部分二氧化碳气保焊焊按材料主要依靠从欧美、日本等国家进口。国产焊接材料与进口焊接材料相比在工艺性能、力学性能方面存在着一定差距。
目前我国二氧化碳气保焊实心焊丝已经形成一定生产规模,产量和质量也有很大提高。针对Q235、Q345及16Mn等结构钢的二氧化碳气保焊焊丝,能够满足金属结构制造的要求,使用最多的实心焊丝主要有ER49-l(H08Mn2SiA)及ER50-6等牌号,规格主要有Ø1.2mm、Ø:1.6mm两种,国内生产状态处于供大于求的状况,但国内备焊丝生产厂家的质量也有较大差别,特别是在焊丝化学成分稳定性、焊丝表面镀铜质量、焊丝刚度等主要参数方面仍有明显差异,焊丝质量优良的厂家有天津电焊条厂、上海电力电焊条厂、四川大西洋电焊条厂等厂家。
3.3 金属结构行业二氧化碳气保焊技术推广的人才状况
关键词：激光焊接技术；研究现状；未来制造业
中图分类号：TG456 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）06-0011-02
21世纪是现代科技高速发展的时代，而激光技术作为目前时展中人们所最为瞩目的可击之一，其不仅仅是应用于现代军事领域，同样随着激光技术的日益娴熟以及其本身的制造工艺和应用工艺的普遍化，未来能够在更多的行业得到广泛应用，其中就包括传统制造业。由于传统焊接本身更多是依赖于焊接人员自身的工作经验以及对于焊接目标的目测实现焊接，其往往精度存在一定的偏差性，很难实现高精度项目的作业，而激光焊接无疑能够有效解决这一难题，利用激光技术准确对现有的目标进行准确的焊接，从而大大提升了焊接的准确性和有效性。未来随着工业现代化的迅猛发展，激光焊接技术有着广阔的应用空间。鉴于此，本文主要通过对激光焊接技术的内涵以及分类出发，就目前国内外激光焊接技术研究现状进行综合性、系统性的分析，并由此结合未来制造业发展需求以及激光焊接的特点，对其未来的应用以及发展进行展望。
1 激光焊接技术的内涵及分类
激光焊接顾名思义就是传统焊接技术与现代激光科技的结合，其主要是利用利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法，利用激光本身的高度聚焦，在短时间内形成强烈的脉冲，从而对材料进行加工和切割。相对于传统焊接而言，其本身精度更高，更加的灵敏，焊接小了也更高，因而适用于在材料的微小区域进行焊接。激光焊接技术借助于特定的戒指的往复振荡，将其转化为高辐射能量，并且对这一辐射能量进行聚焦，由此超过材料的燃点，最终实现不同材料之间的粘连。
从现代激光焊接的发展现状以及特点来看，其主要分为两类，一是激光深焊接，其主要是通过将大功率激光束直接投射到材料表面，利用热能与光能的转化，从而使得材料在持续照射下软化直至融化；另一类是是热传导焊接技术，与激光深焊接的主要差异在于材料表层的热量通过热传导方式继续向材料内部传送，最终实现使焊接材料合二为一。
上述两种激光焊接其主要是利用了不同能量之间的转换从而实现了对于不同材料的粘连，即实现了焊接。由于激光焊接本身精度更高，更加容易对能量进行聚焦，因而更加容易控制，且能够实现较远距离的焊接，因此其本身的应用更多的是在现代高新技术行业，例如电子器件以及仪表器件等对于焊接精度要求较高的行业，借助于其独特的优点，目前已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。而未来随着现代科学技术的发展以及不断进步，对于激光焊接的应用以及发展也变得更加的多元化，从而形成更多的分类，例如双光束复合焊、激光-MIG复合焊、激光-电弧复合焊等等，他们的出现无疑能够进一步拓宽激光焊接技术的应用领域，提升整体传统制造业的焊接效率和精准度。
2 当前激光焊接技术的研究现状
2.1 国外对其研究现状
由于国外激光技术以及制造业较为发达，因此他们早在上世纪八十年代就已经逐步开始研究以及分析如何将现代激光技术应用在传统制造业中。以欧盟、美国等西方国家和亚洲的日本为例，他们借助于自身发达的科学技术实力以及良好的制造业基础，在政府合理的引导以及财政支持下，激光焊接技术发展非常快速，特别是进入新世纪以后，已经在许多的制造业和其他行业中能够看到激光焊接结束的应用，包括电子工业、造船工业、汽车工业等等，都能够看到现代激光焊接技术的应用。并且，他们为了能够对整个技术进行合理的应用，已经初步形成了焊接技术的行业标准，从而使得其能够在一个合理可控的范围内得到应用。与此同时，为了进一步提升焊接效率，使得激光焊接技术能够更好地应用于现代大型生产，特别是大型制造业以及建筑业，西方发达国家近年来在积极研究如何提升激光焊接的效率，通过大功率激光器的研究，进一步推动和实现大功率激光焊接技术的实现，由此真正将其应用到大型制造业、建筑业甚至是军事领域，进行潜艇以及军舰的制造。
2.2 国内对其研究现状
相对于国外成熟的技术而言，我国指导改革开放之后在开始逐步接触和了解激光技术，而直到上世纪九十年代末才开始逐渐将激光技术与传统焊接应用相结合。目前，激光焊接技术研究在国内走在前列的当属哈尔滨焊接研究所。近年来，其除了进一步拓宽和研发新的激光焊接种类以及设备之外，也在积极模仿以及参照国外研究的最新动向，不断寻求大功率激光焊接技术的突破与发展。而最新的研究成果显示，他们成功克服了国内大型构件的焊接难题，这无疑标志着我国在激光焊接技术领域的重大突破，也为未来大型工程重大应用奠定了基础。
除此之外，目前国内的激光焊接技术研究还集中在激光热丝焊、异种金属焊等领域，他们都是现代激光焊接技术研究的最新课题。而国外在相关研究领域已经取得了突破，特别是德国已经初步掌握了异种金属焊的技巧和方式，而未来我国要想真正熟练的应用以及掌握激光焊接技术，将其应用到更多的领域以及行业内，无疑就必须要攻破上述课题，要进一步完善以及优化激光焊接技术。
总体而言，虽然国内的激光焊接技术与国外目前的研究以及发展进度存在一定的差距，但是随着研究的不断深入，这一差距正在被逐步缩短，未来其必然会被广泛应用于实际生产和生活中。
3 激光焊接技术的发展趋势
激光焊接作为现代科技与传统技术的结合体，其相对于传统焊接技术而言，尤其独特之处并且本身的应用领域以及应用层面更加广泛，可以极大的提升焊接的效率和精度。其功率密度高、能量释放快，从而更好的提高了工作效率，同时其本身的聚焦点更小，无疑使得缝合的材料之间的黏连度更好，不会造成材料的损伤和变形，所以焊接之后也无需进行后续处理。由此，其本身主要是应用于高新技术领域，而未来随着人们对于这一技术的了解以及掌握的不断深入，必然可以应用于更多的行业以及领域。
可以说激光焊接技术的出现，实现了传统焊接技术所无法应用领域，其能够简单的实现不同材质、金属与非金属等多种焊接需求，并且因为激光本身的穿透性和折射性，使得其能够依据光速本身的运行轨迹，实现360度范围内的随意焦，而这无疑是传统焊接技术发展下所无法想象的。除此之外，因为激光焊接能够在短时间内释放大量热量实现快速焊接，因而其对于环境要求更低，能够在一般室温条件下进行，而无需再在真空环境或是气体保护状态下。
经过几十年的发展，人们对于激光技术的了解以及认知程度最高，其也从最初的军事领域逐步扩展到现代民用领域，而激光焊接技术的出现进一步拓展了激光技术的应用范围。未来激光焊接技术不仅仅能够用于汽车、钢铁、仪器制造等领域，其必然还可以在军事、医学等等更多的领域得到应用，特别是在医学领域，借助于其本身的高热量、高融合、卫生等特点，更好的在神经医学、生殖医学等临床诊治中应用。而其本身的精度优势也会在更多的精密仪器制造业中得到应用，从而不断造福人类以及社会的发展。
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关键词：现代机械；机械产品；焊接工艺
中图分类号：TK226 文献标识码： A
引言
随着时代的不断进步，科技的日新月异，人们对于能源的意识也越来越高，由此就使得高效焊接工艺出现在人们的生活中。但是，目前，在我国高效焊接工艺的应用并不广泛，这就导致我国的焊接水平不如发达的国家，因此加强对高效焊接工艺推广非常有必要。同时，越来越重视高效焊接工艺研究，以高效焊接工艺研究现状为主题为大家展开论述。随着新中国的成立我国也逐步成长起来国民经济和人们的生活水平也逐步提高成为了一个发展中的大国但是在这样的情况下，我国的焊接量达不到我们需要的水平造成这种现象的原因就是高效焊接工艺应用的范围不够广，并且在一定程度上限制了我国的发展为了改变这种现状我们应该加强对高效焊接工艺的研究。
一、我国焊接工艺的现状
就目前我国焊接工艺现状来说，其设备和技术力量经过不断地发展，已经发展成为一个设备较为齐全、技术力量较为完善的工艺体系。我国的焊接工艺在焊接设备和材料及技术上有了很大发展，部分产品以接近国际先进水平。尤其是我国的焊接技术，已经将材料学、力学、热处理学、自动控制学、电子学、检验学等学科整合起来，形成一门综合性的学科。焊接技术作为现代的主导制造工艺技术已逐渐参与到产品的主寿命过程中，也就是说，焊接技术参与到设计开发、工艺制定、制造生产、运行分析、维护循环等各个层次中。焊接技术集合原材料、结构设计、焊接工艺、焊机设备及工艺装备、焊接过程中的环节处理与监督等技术过程，由单一的加工工艺逐渐发展为综合性的工程技术。下面进行具体分析。
1、全国范围内逆变式焊机技术的推广应用
逆变式焊机具有很多优点，其不仅节约能源、节省材料，还具有自动智能化、多功能等特点。大功率逆变技术受到关注，其中1000A埋弧和630A手工弧焊应用广泛，离子切割工艺已经得到成熟应用。逆变式二氧化碳焊机技术逐渐走向成熟，其中的脉冲、交流方波焊接设备为实现高档焊接的结构要求，引入波形控制、一元化调节等技术的同时，增加了功率（不得超过630A），使其焊接效果更好。
2、波控、智能、自动及半自动焊接技术初步发展
焊接电流在传感器、数据库、数字化控制的调节下可使其精细化、智能化，通过神经网络控制能将焊接技术精密化、科学化。目前，我国科学研究领域已经达到或接近国际的先进水平，但是，在实际的推广应用上，还没有实现同步，与国际的应用水平还存在较大差距。
3、焊接设备的制造能力及水平整体提高
目前，我国成套、专用的焊接设备的制造能力及水平随着用户要求的提高而得到迅速发展。其中专用设备的基础件和配套件的选择上要求严格，通用产品基本上到达或接近国际水平。
二、提高焊接熔敷率新工艺
1、T.LM.E.焊接工艺
2、添加金属粉TIG/MIG工艺
焊接这项技术在很早以前就开始出现，并随着时间的推移，人们开始会一点一点将其完善，逐渐提高焊接的效率。焊接的时候加入一些金属粉，能够提高焊接效率。是一种非常适用的高效焊接工艺，也是人们智慧的结晶。因此，这种焊接工艺最重要的部分就是金属粉，其的大小直接决定我们焊接的水平。但是，在很早以前，人们并没有认识到这个问题。使用的金属粉都比较的随意，有什么就使用什么。之后人们才发现金属粉比较大，从而使得有时发生焊丝切断的现象，也真正明白了金属粉大小的重要性。同时，随着科技的日益发展，人们为了这种焊接工艺的效率变得更高，开始不断想方设法将金属粉的大小改变，其主要是让其变得非常的小。为了使得焊接工艺变得更加完美，我们可以再加一些合金化元素，促进熔池冶金反应的进行，有效改进焊接的问题。
三、我国焊接工艺未来发展方向
1、合理配置焊接材料产品结构、拓宽焊接应用领域
我国焊接工艺还处于手工电弧焊比重较大阶段，调整焊接材料产品结构的前提是广泛推广逆变式二氧化碳焊机技术。推广逆变式二氧化碳焊机技术能提高能源利用率，节省焊接材料，是焊接技术向自动化、智能化方向发展。推广逆变式二氧化碳焊机技术的同时，还要规范气体保护焊丝的品种规格，满足质量要求，实现其顺利发展。随着焊接技术的发展，其应用也深入到各个领域当中，未来会有更多的领域将应用到焊接工艺。一方面，机械工业领域中的大型或中大型结构将采用以焊代铆、以焊代锻的焊接工艺。焊接工艺也将为适应航天环境、海洋环境、低温及高温环境而研发设计特殊装备、技术及材料。其中，离子焊接及固态焊接工艺中的激光焊、电子束焊等特殊焊接工艺技术及设备将有广阔的发展空间。另一方面，小型或微型的主要应用与维修工作的精密焊接机的发展前景也很广阔，其价格低廉、实用性强，将随着汽车工业中对通用电阻焊设备及专业电阻焊设备的需求的增加而得到快速发展。 2、焊接工艺自动化、智能化、科技化全面发展
我国焊接工艺自动化、智能化应用水平还不是很高，近十几年来没有取得较大突破，与国际先进的焊接工艺相比还存在较大差距。为实现焊接工艺的科技全面发展，使之成为融合各个知识学科为一体的综合学科，保证焊接工艺质量的同时提高劳动率，改善劳动环境，将焊接工艺从依靠人工技术转化到依靠设备技术上，适应时代的发展。首先，开发先进设备，完善焊机功能。焊接技术的发展需要建立在焊接设备的研发上，焊接设备应综合电气、机械、电力电子技术、计算机技术、自控技术、数字化控制技术等多门技术知识，将具有焊接参数自动检测、焊接工艺自动调整和操作、焊后检查等功能的焊接设备引入到当今市场中。将焊接设备从电磁控制时代转化到电子控制时代。其次，将电子逆变技术广泛推广，实现彻底取代传统焊接技术的新局面。逆变技术在手工焊及电阻焊设备中具有应用价值，其具有效率高、节约能源与材料、易于实现焊接自动化等优点。而且逆变技术能通过提高焊接电源的动态响应来大大提高焊接设备的性能。针对目前电力电子技术和大功率半导体的发展应用，逆变技术将在未来市场占据主导地位，逐渐替代传统焊接工艺。最后，高效、自动化、智能化电焊设备广泛应用。我国当前的成套、专用焊接设备生产应用已经趋于成熟，高效、半自动化的电焊设备逐渐受到人们的关注。气体保护焊、次级整流电阻焊、电子束/激光焊接技术、电阻焊质量监控技术、焊接传感及检测技术以及相应的设备都取得了较大的发展。以前的焊机的结构设计主要追求简单实用、安全可靠，其设计目的均为减少重量、降低成本。未来的焊机结构设计除考虑上述因素外，还要考虑其自动跟踪、检测调整、分析焊接质量和质量监督系统。除此之外，随着单片机、弧焊机、成套焊接设备的群控技术的发展，电子计算机和焊接机器人将在焊接工艺中得到广泛应用，以实现焊接工艺智能化、科技化的全面发展。
关键词：油气 长输 管道 施工 技术
中图分类号：TE83 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）03-0299-01
一、长输管道钢管管材的现状与发展
我国在20世纪60年代开始，研制并生产了铁素体一珠光体管线钢。到20世纪与21世纪之交时，我国进入了大规模修建输气管道时代，这些高压输气管道在输送压力、输送量、管道用钢、管道安全等技术指标方面，必须与当代国际先进水平保持同步。在大规模建设西气东输管道工程时，我国凭借国内科研与生产的力量，自行研制了针状铁素体管线钢。这种钢是现代化高压输气管道的专用管线钢种。目前，多用于X70-X80的强度等级。西气东输管道就是采用X70级的针状铁素体管线钢。在西气东输管道支干线上也在进行X80级的针状铁素体管线钢进行工业化的使用。目前，国内已开始试验X100-X120钢级的管线钢。几种常见的钢管比较：
螺旋埋弧焊管曾是我国管道建设主要用的钢管，在我国的管道工业发展中曾得以大量使用。其优点和缺点比较明显，从国际管道工业发展上看，螺旋焊管有淘汰的趋势。
直缝埋弧焊管的主要成型方法为UOE成型法（U成型、O成型、E扩径）、JCOE成型法（J钢板压成J型、再依次压成C型和O型、后进行扩径），我国均有引进。UOE焊管投资较大，而JCOE焊管投资与产量较小，质量没有区别。在焊管市场上，仍然被认为质量最好、可靠性最高的钢管。我国的长输管道在重要的地区如河流穿越段、大落差地段、经过地震区和活动断层地带的管道，难于抢修与维修的地段，越来越多地采用此种钢管。
二、管道的防腐结构的现状与发展
长输管道建设伊始，管道防腐就受到了高度重视。20世纪初，管道就采用以石油沥青为主的防腐材料。20世纪90年代，国际上采用的聚乙烯结构防腐层与环氧粉末、煤焦油瓷漆等的数量基本差不多，世纪之交时，三层PE结构与环氧粉末占据了主导地位。在今后一个阶段内，PE三层结构将被更加广泛地使用。目前，国内长输管道建设的防腐结构，以三层PE结构为主，采用环氧粉末防腐结构。
我国的内减阻涂层技术是20世纪末期开始进行大规模研制的，主要是用于管道在输送气体的过程中，达到降低磨阻、增加管输量，降低管道运行综合成本的目的。其主要工艺是在清理干净的管道内表面，通过钢管的旋转，将环氧涂料通过高压无气的喷枪喷涂在钢管的内表面，使钢管内表面形成高质量、连续光滑的有效涂层。管道内涂敷作业线主要由预热系统、内除锈系统、内喷涂系统、涂层固化系统组成。
随着长输管道技术进步与发展，管道防腐技术也在进步与发展，新的防腐工艺及新材料也在不断被研究出来。我们有理由相信，对于长输管道的防腐技术，将随着长输管道的发展，有更广阔的发展空间。
三、管道施工装备及施工技术的现状与发展
目前，我国长输管道施工主要装备已达到了国际先进水平，从线路测量、管道组装与焊接、管沟开挖、管道下沟、盾构、顶管、定向钻穿越等均具备了专业化的施工机具。可以满足管道施工的全部需要。
现将主要施工装备及施工技术介绍如下。
管道焊接 ：管道焊接作为管道施工的重要一环，其现场焊接的高效率和安全可靠性在每条管道的建设中都占着举足轻重的作用。从国内20世纪50年代第一条长输管道建设开始，至今已有半个世纪，国内管道现场焊接施工大致经历了手工电弧焊上向焊、手工电弧焊下向焊、半自动焊和自动焊等四个发展过程。
手工电弧焊下向焊是90年代初国内长输管道普遍采用的一种焊接工艺方法，突出优点是大电流、高焊速、根焊速度可达20-50cm/min，焊接效率高。目前，手工电弧焊下向焊主要用于焊接位置较为困难的地段和焊接设备难以进入的地段。
半自动焊是电焊工手持半自动焊枪施焊，由送丝机构连续送丝的一种焊接方式。由于在焊接中送丝连续，节省了更换焊条的时间等辅助工作时间，熔敷速度高，同时减少了焊接接头，减少了焊接收弧、引弧产生的焊接缺陷，提高了焊接合格率，是长输管道主要的焊接方式。
自动焊是借助于机械和电气的方法使整个焊接过程实现自动化，人工主要从事监控作业。国内从西气东输工程开始，进行了自动焊的大面积应用。在新疆、戈壁无人区等适宜于开展自动焊的地区，创造了机组日焊接150道口的不菲业绩。
在埋地管道的施工中，遇到穿越河流、公路、铁路与障碍物时，常规的开挖方法存在许多问题，“非开挖”敷设地下管道是当今国际管道工程推行了一种先进施工方法，在国内得到了广泛使用。
我国近年来在长输管道的建设中大量采用盾构穿越技术，已有多条大型河流进行了盾构穿越。目前采用的盾构法穿越施工采用的主要设备是泥水加压平衡盾构机。
定向钻用于敷设管道项目取得巨大成果。最长的穿越是在吴凇江的穿越，一次穿越长度为1150m、直径为1016mm。管道定向穿越施工技术是一项由多学科、多技术、不同设备集成运用于一体的系统工程，在施工过程中任何一个环节出问题，都可能导致整个工程的失败，造成巨大的损失。由于定向穿越施工应用十分广泛，使得定向钻技术得到了长足的进步与发展。
四、管道的检测
目前，我国的长输管道环焊缝无损检测技术主要采用了射线管道爬行器技术和管道环焊缝全自动超声波（AUT）技术。这些无损检测技术与国外检测技术保持了同步，特别是管道环焊缝全自动超声波（AUT）技术，是近年来国际上新采用的管道检测技术。
管道爬行器技术：射线管道爬行器是一种专业性很强的专用设备，生产和研制的国家不多，在这方面国内与世界最先进水平之间的差距也不是很大。其技术特点是：X射线产生装置，具有高压自动稳压能力，电动机的无触点驱动，自动定位曝光，遥控定时时间调整功能的实现，自动救护。
AUT检测技术：与传统的手工超声波探伤相比较，相控阵的优势是：检测速度快，缺陷定位准确，检测灵敏度高，检测结果直观，可实时显示，是无损检测发展的趋势。是实现全自动焊接过程中焊接参数稳定的控制手段。
五、建立“数字管道”体系的管理模式
基于计算机技术、遥感技术、地理信息系统和全球定位技术建立数字化长输管道是近年来我国从事长输管道设计、施工、管理的技术人员一直在探索的一项管理活动。通俗地讲，就是用数字的方法将管道本身属性、管道周围环境及其变化及管道沿线环境的时空变化对管道建设和运营的影响、产生的后果装入电脑中，实现网络的流通，并使之最大限度地为管道的前期论证、设计、建设、安全运营、可靠性评价、维护、培训以及管道技术的持续发展服务。
关键词:变质铸铁 电弧焊技术 铸造模具
中图分类号:TG47 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(c)-0099-01
所谓铸铁是碳的质量分数大于2.11%,以铁、碳、硅为之要元素的多元合金。铸铁具有较低的熔点,优良的铸造性能,良好的耐磨性和减振性以及低的缺口敏感性,但铸铁的焊接性差。由于铸铁良好的性能,简单的生产工艺,低廉的成本,所以大量用于汽车制造领域。
那么,何谓变质铸铁呢？变质铸铁就是指铸铁通过反复加热及各种化学溶剂和油脂的长期浸蚀,使铸铁组织内部成分发生变化,铁的含量减少,杂质增多使铸铁的金相组织产生复杂的变化,并且随着碳含量的增加,它的焊接性能大大降低。变质铸铁的焊接技术,多年来一直是铸造行业待以解决的难点问题,尤其是铸造模具工装长期在加热状态下使用,进一步如快了模具自身材质的变异,同时也大大地增加了模具维修保养的难度。怎样才能解决好上述问题,通过不断地学习和实践,初步获得了一些可行的成功经验,现就关于变质铸铁的焊接技术的应用加以阐述。
1 变质铸铁电弧焊技术
铸造行业常用的铸铁,主要是以藺?并加入一定量的碳、硅、锰等元素,但碳对合金性能影响较大,所以通常把铸铁看成是金属铁与非金属碳所组成的合金体。我们知道铸铁中的碳元素通常是以化合状态或游离状态的形式存在,由于铸铁模具经过长期加热和油浸就会产生质的变异。空气中的氧在高温的作用下渗入铸铁内部,造成铁、锰、硅等元素氧化而生成氧化物,或者高温使渗碳体分解产生碳游离,形成为变质铸铁。由于铸铁自身的焊接性能就差,产生变异后的铸铁的焊接性能就更差,主要表现在焊接过程中飞溅大、成形不好、咬肉、气孔和焊后裂纹、易产生白口、增加切削加工难度,这些缺陷直接影响模具质量,降低了模具的使用寿命。为了解决这一难题,通过对焊接材料的选择、焊件的焊前处理以及焊接手法的运用,工艺参数的检测,切削加工性能的对比,反反复复地进行了上百次的探讨和实现,发现采用Z308纯镍焊芯的铸铁焊条,效果最理想。例如:我们在解决2401011-K5H后桥桥腿芯盒砂芯假壳问题。需要把体积为50×30×35的搭子加高加宽,采用普通铸铁焊条焊接时,不但没加高加宽,反而因飞溅、咬肉产生下沉现象。后来,经过焊前打磨清理,加大打磨深度去掉表面化变氧化变质层,并对有油质浸入的焊接部位用强火焰洪烤,去油质。热处理,以保证铸铁对温度的要求。采用Z308纯镍焊芯的铸铁焊条进行焊接,在焊接过程中为了防止因受热不抣引起裂纹和变形,采用了间断焊接法,并且在初焊时电流稍大,加大溶深,然后减小电流焊一层换一个搭予,适时冷却,往复堆焊,同时用锤击焊道法减少应力,焊后用石锦被覆盖缓冷,后经加工处理,完全符合工艺技术要求,变质铸铁电弧焊接技术适用于因长期加热和油浸的变质铸铁模具工装的焊接工作。
2 变质铸铁的铜焊接技术
我们都知道铸铁与铜是两种不易结合的金属,铁在铜中的溶解度相当小,在1094℃时溶解度为4.0%;在700℃时溶解度为0.3%;在常温下溶解度小于1.3×10-50％。所以在焊接时,铁在铜中的含量超过其溶解度,铁以游离铁的形式存,使铁与铜不能形成连续的固溶体,产生焊缝,严重时导致断裂。因此,铸铁的铜焊接技术,掌握好异种金属焊接技能,两种材质膨胀系数的差异,是焊接过程中的关键所在,因为焊接温度过低容易产生二者脱离,出现起皮现象。在焊接过程中,要严格把握住技术要领,适时地调整焊接温度,防止降温变形。我们在利用已经报废的解放卡车柴油机缸体壳芯盒时,就是采用了氧乙炔铜焊接技术。这套模具已经报废,材质变质严重,内部组织疏松。在焊接前采用净化处理,打磨焊接部位。去除表面氧化层和杂贡,用高温烘烤的办法去除油质,为防止焊接过程中出现变形,采用芯盒整体加热到400℃,然后进行焊接,在焊接中,严格控制焊层温度,调整好焊把与焊件母体角度,注意观察焊件颜色的变化,适时地递送铜焊丝,在焊肉还在缓慢冷却时,用尖锤敲击表面消除应力,挤压气孔,细化组织,促进铜相铸铁组织的渗透,焊后缓冷避免风吹,冷却后经加工处理,达到工艺要求,符合生产技术要求。
3 变质铸铁渗透焊技术
所谓铸铁渗透焊就是通过对铸铁基材的焊补部位经过打磨处理后加热使其产生变异,脱碳、脱氧、去渣,达到可焊性能进行浸蚀性焊补的方法。
采用铸铁渗透焊,由于对其焊接表面进行加热处理,使其表面性能趋于稳定,使铸铁母体与焊材在平稳的状态下溶合为一体,避免了裂纹、咬肉等现象的发生。变质铸铁的渗透焊技术,就是有效地利用母体由于长期加热或油质使碳元素形成渗碳体,并且以游离的状态存在于母体中的特点。在焊接前容易进行脱理,使焊接表面状态平稳。由于渗透焊技术在整个工艺过程中,加热温度始终控制在一个临界温度的范围内,使焊接母体不发生溶化。因此,不会产生渗碳体,菜氏体等硬脆相。
我们在498发动机四缸体冷芯盒焊接维修时,由于这种冷芯盒体积大,生产过程中使用化学制剂多,尤其是促进制芯固化的氨,对冷芯盒母体产生铸铁组织变异影响极大,如果采用普通焊接技术,往往会出现重复作业现象的发生,采用渗透焊技术即可避免普通焊接技术的缺陷,又可提高工作效率和焊接质量。但是,在焊接完成后,保温缓冷是保证焊接质量的重要环节,对于焊接区来说,芯盒本体相当于一个大冷铁,由于它有很强的吸热性。因此,在焊接完成后．应对焊接区域进行适当的保温,减缓冷却速度,以避免出现硬相组织。
渗透焊技术工艺简单,操作方便,它是以氧乙炔气体作为热源,采用专用焊炬,在加热的同时能输送焊补材料多元合金粉末,这种枝术应用范围广,焊接质量可靠。
变质铸铁焊接技术的应用,对于铸造行业来说,越来越引起行业的重视,随着铸造行业的快速发展,铸造模具使用频率的增加,为了适应这种快节奏的发展速度,解决好模具维修质量是决定性因素,合理运用变质铸铁焊接技术,也是提高生产力发展水平的重要手段。
参考文献
1.1焊接技术人员队伍不断壮大
社会生产力和人们的生活水平的不断提高，各种依赖于电力的设备和器械被发明出来，并逐渐被运用到人们的工作和生活当中，为企业生产效率的提升和人们生活质量的提高作出了突出的贡献。锅炉作为电厂发电系统中的重要部分，对电厂发电的效率和质量有着重要的影响。锅炉焊接作业的质量对锅炉工作运行的稳定性、安全性、可靠性及使用寿命有着不可忽视的影响。由于电力在社会建设和经济发展过程中的作用的日臻突显，人们也越来越关注电厂锅炉设计和制造技术的发展。近些年来，在全国许多地区都建立起来了很多有关锅炉焊接工艺的培训学校，每年向锅炉焊接行业输送大量优秀人才，我国的锅炉焊接技术人员队伍正在不断壮大，给供电系统的发展注入了新鲜的血液。
1.2关键部件焊接技术不断提升
焊接工艺技术是机械制造工艺中操纵比较复杂、涉及因素比较多、对焊接的各个外在条件比较高的一种工艺技术。在人们不断提升的供电需求，以及快速发展的经济和科技的推动下，我国大部分电厂所使用的锅炉，在结构、材质、尺寸等方面已经发生了很大的变化，这就是使得焊接工艺所包含的内容越来越多、焊接操纵越来越复杂，对焊接技术工人的职业素养和思想道德品质的要求也越来越高。随着经济全球化的发展，各国之间在技术和人才方面的交流日臻频繁，许多新的焊接技术和设备在这些先进思想的碰撞下，被开发出来，并在不断的试验和实践过程中逐渐走向成熟，成为锅炉焊接领域的流行技术。在这股浪潮的推动下，我国电厂锅炉的焊接技术也取得了新的进展，特别是在一些关键部件的焊接工艺的研究上，取得了丰硕的成果。焊接质量和效率都较以往有了很大程度的提升，有力促进了电厂经济效益和环境效益的实现。
2锅炉焊接工艺分析
2.1埋弧自动焊接工艺的运用
现代电厂所使用的锅炉在结构、功能、材质等方面变得越来越复杂，为了满足锅炉不同部位的焊接需求，电厂在开展锅炉焊接工作时，采用的焊接工艺及评定标准也变得多种多样。埋弧自动焊接工艺是电厂锅炉焊接工作中所运用得比较多的焊接工艺。汽包是锅炉的重要组件，在锅炉工作过程中起着收集水、气以及水汽分离的作用。由于在日臻严峻的环境形势和资源状况的影响下，电厂在发电过程中额外注意资源利用效率和环境效益，因此，在锅炉汽包的升级和变革上，也投入了不少人力和资金。为了保障汽包安全、可靠的运行，保障其应有的能源利用效率和转化能力，许多电厂在锅炉汽包焊接过程中，采用了埋弧自动焊接工艺。对于厚度比较大的汽包，有些电厂还采用了更高级的双丝串联埋弧自动焊接工艺。这种工艺不仅能够保障焊口的质量和寿命，同时还省去了过去在利用普通缝焊进行焊接时，所必须进行的正火处理，从而节省了企业的焊接成本。另外，埋弧自动焊接工艺还能够适应不同线性的焊接需求，这也是其在锅炉焊接工作运用如此广泛的重要原因。
2.2手工电弧焊的运用
随着社会的发展和经济的进步，为了提升机械的质量和寿命，各种新型的焊接技术被开发出来，并运用到各机械的焊接工作当中。手工电弧焊是这些焊接技术工艺当中最原始的工艺之一，它以其操纵灵活、方便、价格低廉、容易制造等优点在早期的机械焊接作业当中得到了广泛的运用。但由于在利用手工电弧焊进行焊接作业时，所产生的火花和气体对操纵工人和周围环境有一定的损害，同时工作效率和焊接质量不高，因此，逐渐被其他焊接工艺所取代。尽管如此，在对电厂锅炉一些其他焊接技术难以施用的部位、或者是利用其他焊接技术进行焊接时，成本较高的部位进行焊接时，仍旧有很大的优势。
3焊接工艺的评定标准
3.1对焊口金相组织的检测
随着人们对自然科学研究的探索不断深入，人们对各种金属材料的微观结构及相关性能的认识也不断加深。金属的金相组织包含着金属材料种类和性能等方面的重要信息，对焊口组织进行金相组织检测，是评定焊接工艺性能和焊接质量好坏的重要依据。焊接技术人员可以通过焊口金相组织所反映出来的信息，对焊接工艺作适当的调整，从而提升锅炉的质量。
3.2对焊口外观的检测
锅炉焊接时的焊口外观不仅与焊接设备、材料有关，同时还与焊接工人的操作、焊接时的环境条件有很大的关系。同时，焊口的外观的各个尺寸、形状参数还能反应出焊口质量的好坏。因此，在每一个焊接焊接结束后，都要进行焊口外观的检测，以发掘焊接过程中存在的缺陷和可能引发的问题。另外，通过对焊口尺寸、形状、长度等参数的规定，还能让焊接工人在进行焊接工作时有个判别标准，利于焊工焊接工作的调整。一般而言，所用的焊材必须能够在规定焊口厚度的有效范围内，覆盖住母材，同时其厚度要均匀，形状要规整，不能有与其他非焊接部位粘接的现象出现。
3.3焊口的力学性能检测
在锅炉的制造和维修过程中，焊口部位必须拥有一定的力学性能，从而能够保障焊接处在锅炉今后的使用过程中裂纹、缺口的出现，提升锅炉使用的安全性、稳定性及使用寿命。对焊口的力学性能进行检测时，对于不同组件的不同部位，要依据其实际使用过程中所承受的力的形式和大小分别进行校核。对力学性能达不到要求的，要进行必要的补焊或重新焊接。
4结语
关键词：焊丝钢；埋弧焊丝；气体保护焊丝；海工钢焊丝；大热输入焊丝
中图分类号：TG422
0 沙钢焊丝钢生产概况
装备方面，采用“100吨电炉/180吨转炉炼钢LF精炼真空处理小方坯连铸高线控轧斯泰尔摩缓冷”流程工艺路线，具备年产300万吨的多品种、多规格焊丝钢盘条的生产能力。技术方面，形成了“双渣脱磷”，“预脱硫”等高纯净钢生产技术、基于盘条表面氧化皮控制的加热和轧制技术、降低焊丝产品焊接飞溅的冶炼和轧制技术、用于提高盘条拉拔性能的组织控制的控冷技术等。
借助上述装备和技术优势，使得普通级别焊丝钢的表面质量和拉拔性能等多项指标较以前有显著提高；2012年各类焊丝钢新品产销均创历史新高，如气体保护焊丝钢盘条销售35万吨，埋弧焊丝钢盘条销售5万吨。在新品研发方面，形成了“实验室研发-现场生产-用户试用反馈”三位一体的新品研发体系。通过客户交流和市场调研摸清用户需求，通过实验室分析设计和工艺制定中试方案，根据反馈结果制定现场冶炼轧制工艺，再通过现场跟踪和用户使用跟踪查清产品性能，并通过用户反馈优化成分设计和生产工艺。截至目前，通过不懈努力，沙钢在焊丝钢产品开发方面取得了一系列重大成果。近年来成功研发管线钢配套埋弧焊丝、高强钢配套气体保护焊丝、船舶海工钢配套焊丝及大热输入专用焊丝等系列产品。为进一步满足用户和市场需求，主要瞄准不锈钢和高温合金等领域用特钢的高合金焊丝钢冶炼生产平台正在建设中，预计10月份可投入生产。
1 沙钢焊丝钢研发流程
图1为基于“实验室研究-现场生产-用户试用反馈”的焊丝钢研发流程，主要包括三个阶段：实验室研究、现场生产、用户使用反馈；三个阶段相互反馈，共同影响焊丝钢产品的研发效率和生产质量。对于普通级别焊丝钢，可采用“100吨电炉LFVD保护浇铸方坯”或“180吨转炉LFRH保护浇铸方坯”冶炼技术；但是针对纯净钢，在上述路线基础上，通过应用双渣除磷技术、合金包芯线除硫技术等可确保钢水P≤0.06‰，O， S和N≤0.03‰ [1]。
盘条表面质量控制方面：通过优化加热制度，减小Fe2SiO4层厚度的作用，有效减小氧化皮嵌入量；优化轧制工艺后提高吐丝温度，改善冷却水质量，增大除鳞水压，有效解决盘条表面红锈问题[2]。
提高拉拔性能方面：通过研究材料的CCT行为，采用Stelmor控冷设备缓冷轧后盘条，使盘条拉拔之前无需回火也不会造成拉拔断丝问题。
降低气体保护焊丝焊接飞溅方面：通过优化精炼渣成分，提高夹杂物吸附能力，延长软搅拌时间，促进大型夹杂物上浮，加强连铸氩气保护，防止增氮和二次氧化等措施，有效控制了Ca，S等杂质元素造成的焊接飞溅问题。
因此，通过这套“三位一体”的焊丝钢研发体系，不仅缩短研发生产流程，拓展焊丝钢品种，而且能有效地控制焊丝钢生产的各项质量指标。
2 沙钢高端焊丝钢新品研发
2.1 管线钢配套埋弧焊丝
2.1.1 X80/90/100配套埋弧焊丝
近年来，天然气、石油工业飞速发展，采用大直径、高压力提升单管输送能力是管道大型化发展的趋势。这就要求输送管线具有很高的强度和良好的低温韧性。于去年开工建设的我国“西气东输”工程中的“三线”用钢选用X80，淘汰了 “二线”中采用部分X70[3]；而在规划中的“四线”和“五线”工程中将采用新一代管线钢X90/100 [4-6]，这就需要配套的埋弧焊丝。
采用Mn-Ni-Mo-Cr合金设计，并通过合金元素控制焊缝淬性、相变温度、晶粒度、晶粒形态等进而控制显微组织；通过合金元素强化焊缝金属基体组织，以达到高强度和低温冲击韧性的搭配。
图2为采用新研制焊丝、采用四丝双面埋弧焊接后得到的焊管的典型焊缝微观组织。
从图2中可见，焊缝组织主要由针状铁素体、沿奥氏体晶界结晶的板条状贝氏体以及少量粒状贝氏体组成，其中的针状铁素体晶态大小不等，彼此咬合、互相交错分布，板条贝氏体的排列较为规则，但被不规则的针状铁素体和粒状贝氏体挤压分割，使其板条束较为细小，这也是焊缝具有较高强度，同时具有较好韧性的原因[7， 8]。
对X80/90/100配套埋弧焊丝的焊缝金属进行拉伸和冲击测试，力学性能结果如表1所示。由表1可知，X80/90/100配套焊丝经焊管试验的焊缝强度能够满足美国石油学会标准API—5L分别对各级别管线钢强度的要求，三种级别焊丝的焊缝金属-20 ℃冲击吸收能量分别在180 J， 150 J和120 J以上，满足API—5L对X80/90/100管线钢的低温韧度要求。
2.1.2 弯管管线钢配套焊丝
管道建设中需要直管（直缝管和螺旋管）和弯管相配合以完成连接部分，弯管是在直管的基础上经在线中频加热、热弯曲变形、淬火、高温回火等工序完成[9]。由于没有专门配套焊丝，弯管厂商普遍采用直管用焊丝，但常出现焊接金属低温冲击不合格，影响产品性能。
经研究发现，直缝管经加热、热弯曲变形后，焊缝组织易出现粒状贝氏体，而随后的淬火、回火未能有效地降低这种脆性组织的含量。弯管管线钢配套焊丝利用Mn， Ni和Mo等脆性矢量较小的元素，降低奥氏体γ铁素体α相变温度，使先共析铁素体、侧板条铁素体、珠光体和贝氏体转变温度区分离，在较宽的温度范围内获得针状铁素体，同时控制贝氏体的转变温度范围，因此可以有效控制弯管制作过程中的脆性组织含量，从而提高韧性。
图3示出了采用新开发焊丝制成的埋弧直缝管、以及热煨弯管的典型焊缝组织。弯管中保留了大部分韧性较好的铁素体，只有少量的脆性贝氏体组织。
原焊丝与弯管配套焊丝焊管试验的焊缝低温冲击韧性结果如表2所示。相比原焊丝，配套焊丝提高了直缝管的低温冲击韧性，并且使弯管焊缝-20 ℃冲击吸收能量由原焊丝的最低31 J提高到最低131 J，也说明采用新焊丝能有效控制脆性组织的转变，同时配套焊丝的-40 ℃焊缝冲击吸收能量也远优于标准要求。
2.1.3 低温管线钢配套焊丝
在中国境内建设的油气输送管道对钢管的冲击性能是满足-10 ℃或-20 ℃冲击吸收能量要求的；但在俄罗斯或北极圈附近建造的管道则会有-40 ℃冲击吸收能量要求，以确保钢管在严寒冻土地带的安全性能[10]。X80级别的管线钢K65（俄罗斯牌号）在俄罗斯的需求量大[11]，目前每年约出口5万吨K65管线钢，但以往由于没有配套焊丝，而只能采用原国内X80焊管所用焊丝，生产的焊管其焊缝金属的夏比冲击性能不能满足要求。
在系统调查焊缝化学成分、母材钢板化学成分和焊接工艺对焊缝组织和低温冲击韧性影响规律基础上，对原有焊丝成分进行了重新设计；通过优化Ni， Mo， Ti， B元素比例，以及C， Mn， Si和O含量比例控制，实现了焊缝金属低温冲击韧性提高。用户制管试验结果见表3，采用配套焊丝焊制的K65管线钢的焊缝-40 ℃冲击吸收能量单值最低180 J，均值196 J，远超标准要求，且韧脆转变温度低于-60 ℃，能够确保管道的安全。
2.2 高强高韧气体保护焊丝钢
2.2.1 船舶和海工钢配套气体保护焊丝
随着船舶和海工行业的迅猛发展，含有Ni， Cr和Mo等合金元素的高强低温钢得到了广泛应用；该类钢需要同时满足高强度、高韧性、抗层状撕裂及耐腐蚀性能。该类钢通常采用进口药芯气体保护焊丝进行焊接加工，不但价格昂贵，而且供货周期长，制约了行业的发展。因此，开发适用于海工钢焊接的实心气体保护焊丝，取代长期依赖的药芯焊丝，是国内海工钢配套焊接材料的发展趋势[12，13]。
在原有低级别海工钢配套焊丝钢盘条ER55/62-G基础上，系统研究了Ni， Cr和Mo等合金元素对焊缝金属的强度和低温冲击韧性的影响，研发了配套国内高强度海工钢EQ56/70的气体保护焊丝钢盘条ER69/76-G，该产品兼顾焊丝的制作加工性能（拉拔性能、酸洗时氧化皮脱落容易程度、盘条表面质量）以及焊接工艺性能（飞溅大小、焊缝成形质量、焊缝的耐腐蚀性能）。
采用新焊丝ER69/76-G进行海工钢板焊接试验，焊缝组织对比原焊丝如图4所示。
由图4可知，新焊丝的焊缝组织中晶界铁素体尺寸和数量相比明显减少，并未出现如ER55/62-G中的侧板条铁素体和魏氏体组织，也说明了调整后的合金元素对焊缝组织的细化作用[14]。
新焊丝的焊缝力学性能如表4所示，采用ER69/76-G焊制的焊缝强度能满足海工钢EQ56/70的标准要求，-20 ℃的低温冲击吸收能量大于80 J，反应了良好的低温韧性。
2.2.2 Cr-Mo系耐热钢配套焊丝
低合金Cr-Mo系耐热钢广泛应用于炼油化工、煤化工、化肥等石油化工行业设备的制造，常见的Cr-Mo系低合金耐热钢品种有1.25Cr0.5Mo， 2.25Cr1Mo和2.25Cr1MoV，国内已有一些企业具有该类钢板生产能力，但与之配套的焊丝却长期依赖于日本神钢、德国伯乐蒂森、法国SAF等少数国外品牌[15]。
近年来，国内已有厂家尝试开发了一些Cr-Mo系耐热钢配套焊丝；但产品普遍存在以下问题：其一是焊丝成分、力学性能不稳定；其二是焊丝钢盘条强度过高不易拉拔制丝。针对以上问题，沙钢进行了该类焊丝钢研制。由于此类设备服役温度高达500 ℃，为了保证焊缝的耐高温性能和抗回火脆性，配套焊丝严格控制成分，特别是P， Sb， Sn和As等杂质元素含量。同时，通过CCT行为研究确定盘条轧制及冷却过程的各个参数，包括吐丝温度、Stelmor缓冷速度和集卷温度等，使其具有较高的抗拉强度和断后伸长率，从而保证盘条在制丝过程中容易拉拔且不易断丝。
批量生产供货的盘条及加工成焊丝后，通过焊接得到的熔敷金属组织如图5所示。轧制盘条铁素体和贝氏体含量较多，少量珠光体，没有出现如原盘条中的马氏体，从而降低了强度。熔敷金属以密集的晶内针状铁素体为主，能保证较好的强韧度。
采用配套焊丝焊接Cr-Mo系耐热钢板，焊接接头经焊后热处理690 ℃×2 h后的焊缝性能如表5所示，在保证足够强度的基础上，焊缝的-25 ℃冲击吸收能量均值可达196 J，远超标准要求。
2.3 大热输入量焊接专用焊丝
为了提高结构建造效率，多丝埋弧焊、气电立焊和电渣焊等大热输入量焊接方法逐渐在建筑、造船和桥梁等大型钢结构领域得到应用。可抵抗大热输入焊接钢板的研发已得到了钢铁生产企业的重视[16-19]，但鲜有相关配套焊接工艺和材料（焊丝）的研发报道。沙钢在成功开发可抵抗大热输入量焊接的船板钢EH36/40-W150和建筑桥梁钢Q390/420DW[20，21]的基础上，还进行了配套焊接工艺和材料的研发。
2.3.1 电渣焊配套焊丝
电渣焊是一种垂直高效的焊接方法，其焊接热输入量可达300～800 kJ/cm，常用于建筑、桥梁结构的大长度立焊缝焊接以提高焊接效率[22，23]。与气体保护焊接方法相比较，电渣焊有以下特点：①熔池尺寸大；②熔池停留时间长；③焊缝稀释率大。这使得电渣焊接头冷却速度慢，焊缝和热影响区的组织容易粗化，进而使冲击韧性恶化。为克服上述缺点，电渣焊需专用焊丝以确保焊缝金属的冲击性能满足要求[24]。
通过分析电渣焊焊缝和热影响区冲击性能恶化的原因，调查组织与性能的关系，在系列试验和试生产的基础上，沙钢成功研发了电渣焊配套焊丝SG-S1（φ1.6 mm）。该焊丝严格控制微合金元素含量及适当的杂质元素含量，利用Mg，Ca等微合金元素生成细小、弥散、高熔点氧化物质点，Ti，B等微合金元素形成氮化物或硫化物，这些质点均对晶界具有钉扎作用，抑制焊缝晶界铁素体长大，同时又不影响晶内铁素体的形核能力，从而改善焊缝金属的强度和韧性；同时，焊缝金属在高温作用下向热影响区扩散Ti，B元素，由此生成的TiN，BN同样可以细化粗晶区晶粒，促进晶内铁素体的生成，从而改善强度和韧度[25]。
采用该焊丝进行电渣焊试验，板厚60 mm，热输入量为535 kJ/cm，焊接接头宏观金相及微观组织如图6所示，可见厚板通过电渣焊焊接一次成形质量较好，焊缝组织和热影响区晶粒尺寸控制较好，晶内分布密集的针状铁素体，能够保证良好的低温韧度。不同位置的低温冲击吸收能量结果如图7所示，虽然焊缝韧性相比热影响区略差，但均满足标准要求。
2.3.2 FCB埋弧焊用焊丝
单面焊双面成形工艺可一次获得双面成形焊缝，避免了因焊接背面焊缝所需的钢板翻身、清根与焊接工作，大大提高了焊接效率和自动化水平，埋弧焊焊剂铜衬垫（FCB）单面焊双面成形工艺在造船领域被广泛应用[26，27]。随着造船工业的技术发展，FCB法焊接已经在平面分段流水线作业中得到了广泛应用，但是仍存在焊接接头冲击韧性不稳定现象，尤其是在焊接热影响区的低温韧性恶化[28，29]。
采用夹杂物控制技术、并利用结晶钢生产平台技术、先进的控制轧制和控制冷却技术，开发出了高焊接性能的系列船板钢，实现了厚度规格在36 mm以下的钢板可单道次焊透，且焊接热影响区的-20 ℃冲击吸收能量稳定在200 J以上，焊缝金属的-20 ℃冲击吸收能量在100 J左右。
为进一步提高焊缝金属和焊接接头的整体力学性能，通过系统研究不同焊接输入量下化学元素Ti， B和Mg等元素对焊缝、热影响区组织的细化机制，开发了适用于船板钢FCB焊接的专用焊丝。
新焊丝充分考虑船厂常用焊剂中的元素向焊缝的过渡，严格控制Ni， Mo和Ti等合金元素含量，在原有埋弧焊丝基础上调整B， Si和Ca等含量，以增强焊缝及热影响区强韧匹配。
采用该焊丝对36 mm厚的DH36钢板进行的FCB三丝埋弧焊试验，不同位置的低温冲击试验结果见图8，各位置的低温冲击吸收能量相比标准要求均有较大的富余量。
3 结束语
作为国内领先的棒线材生产研发基地，沙钢具备焊丝钢生产的装备和技术优势，在装备方面有电炉和转炉流程生产工艺技术方案；在技术方面，形成了“双渣脱磷”和“预脱硫”等纯净钢生产技术、基于盘条表面氧化皮控制的加热和轧制技术、降低焊丝产品焊接飞溅的冶炼和轧制技术、用于提高盘条拉拔性能的组织控制的控冷技术等。
借助上述装备和技术优势，形成了“实验室研发—现场生产—用户试用反馈”三位一体的新品研发体系。在常规产品基础上，研发了X80/90/100管线用系列埋弧焊丝钢、550～960 MPa高强韧系列气体保护焊丝钢、Cr-Mo耐热焊丝钢及大热输入用焊丝钢等多个重点领域新品焊丝钢。并可根据用户需求，从焊接冶金、材料学以及冶炼轧制技术等多角度综合开展新品研制，从而为用户提供“钢材+焊材+焊接工艺”综合解决方案。
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