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Abstract: Welding of metallic materials, commonly known as weldability, is access to quality ease of welded joints under certain welding conditions, also is metal material adaptability in the welding process. Welding of metallic materials is mainly determined by the organization and properties of welded joints. This article focuses on the welding technology of the carbon steel, low alloy steel, stainless steel, cast iron and other metal materials.

關鍵詞：金屬；材料；焊接

Key words: metal；material；welding

中圖分類號：TG44 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2010）33-0266-01

1碳鋼的焊接技術

碳素鋼的焊接性主要決定于其含碳量，碳素鋼中低碳鋼含碳量和合金元素低，強度不高，塑性好，具有優良的焊接性，幾乎司以用各種工藝方法進行焊接，不需采用特殊工藝措施即可獲得優質焊接接頭。低碳鋼焊接通常不需要焊前預熱，只是在環境溫度較低或結構剛性過大時，才考慮預熱措施。對于沸騰鋼，硫、磷雜質含量較高且分布不均勻，焊接時裂紋傾向較大；厚板焊接時還有層狀撕裂傾向。因此，重要結構應選用鎮靜鋼焊接。

中碳鋼的焊接，由于中碳的質量分數在0.25%~0.45%之間，與低碳鋼相比，其強度較高，淬硬傾向較嚴重，焊接性比較差必須仔細確定焊接規范并減緩焊后冷卻速度，必要時，需進行焊前預熱，預熱溫度約為150~250℃。對厚度大的結構，其預熱溫度還可提高一些。

高碳鋼的焊接，由于高碳的質量分數在0.6%，焊后其熱影響區易于出現淬硬組織，在焊接應力或焊接殘余應力作用下產生裂紋，故其焊接性很差。焊接結構不應采用高碳鋼制造。這類鋼的焊接大多是補學修理一些損壞件。必要時必須采用較高的預熱溫度，小電流、慢焊速焊接，并保持焊后緩慢冷卻。

2低合金結構鋼的焊接技術

低碳鋼的焊接，由于碳質量分數不大于0.25%，有良好的塑性，沒有淬硬傾向，焊接性良好。低合金結構鋼的焊接性主要取決于其化學成分及強度等級。含碳量及含合金元素量少的低合金鋼的焊接性較好。強度等級愈高，合金元素愈多，則焊接性愈差。常用的低強度等級的低合金結構鋼，其焊接規范也與低碳鋼相當。隨著碳當量數的增加，焊接時易出現淬硬組織，產生裂紋，且鋼的強度級別越高，冷裂傾向越大。因此，焊前需要預熱。

焊接低合金結構鋼的常用方法有焊條電弧焊、埋弧焊和CO2保護焊等。鎢極電弧焊可用于要求全焊透的管形工件的打底焊。焊接厚板工件如厚壁壓力容器，可采用電渣焊。

3不銹鋼的焊接技術

不銹鋼按空冷后室溫組織不同分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼等。其中以奧氏體不銹鋼應用最廣。

焊接結構制造中應用最多的是18-8型（如O Crl 8 Ni9）奧氏體不銹鋼，雖然Cr、Ni含量較高，但C含量低，焊接性良好，焊接時一般不需要采取特殊的工藝措施。生產中常采用焊條電弧焊和鎢極氬弧焊，也可以采用埋弧焊、等離子弧焊。焊條、焊絲、焊劑的選用應保證焊縫金屬與母材成分類型相同。焊接時采用小電流、快速不擺動焊，焊后加大冷速，接觸腐蝕介質的表面應最后施焊。

鐵素體不銹鋼焊接時熱影響區中的鐵素體晶粒易過熱粗化，使焊接接頭的塑性、韌性急劇下降甚至開裂。因此，焊前預熱溫度應在150℃以下，并采用小電流、快速焊等工藝，以降低晶粒粗大傾向。

馬氏體不銹鋼焊接時，在空冷條件下焊縫就可轉變為馬氏體組織，焊后淬硬傾向大，易出現冷裂紋。如果碳含量較高，淬硬傾向和冷裂紋現象更嚴重。因此，焊前預熱溫度為200～400℃，焊后要進行熱處理。如果不能實施預熱或熱處理，應選用奧氏體不銹鋼焊條。鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼焊接的常用方法是氬弧焊和焊條電弧焊。

4鑄鐵的焊補技術

4.1 鑄鐵的焊接性鑄鐵含碳量高，塑性差，組織不均勻，焊接性很差，在焊接時，一般容易出現以下問題：焊后易產生白口組織；焊后易出現裂紋；焊后易產生氣孔。因此,在生產中,鑄鐵是不作為焊接材料的.一般只用來焊補鑄鐵件的鑄造缺陷以及局部破壞的鑄鐵件。鑄鐵的焊補一般采用氣焊或焊條電弧焊。

鑄件焊補常分為熱焊法和冷焊法兩種。①熱焊法：焊前將工件整體或局部加熱達600～700℃高溫，并在焊接過程中保持該預熱溫度，焊后緩慢冷卻。這種方法可使焊件受熱均勻，冷卻速度慢，防止產生白口組織及裂紋。若采用氣焊方法，則更易于獲得滿意的焊接質量，焊后焊接處能進行切削加工。但生產率低，勞動強度大，耗能較多，所以，熱焊法一般多用于小型及焊后需加工的復雜和重要鑄件。②冷焊法：焊前不預熱或進行較低溫度的預熱(

4.2 鋁及鋁合金的焊接性鋁特別容易氧化生成熔點很高的氧化鋁，在焊接時常夾雜于金屬液態，使焊縫產生夾渣的缺陷?？梢姡X及鋁合金的焊接性較差。焊接時需要采取一些特殊的措施。焊接鋁及鋁合金常用的方法有氬弧焊、氣焊、釬焊和電阻焊。目前，氬弧焊最理想。這是由于氬弧焊保護效果好，能自動去除氧化膜，焊縫質量好。

4.3 銅及銅合金的焊接性和鋁一樣，焊接時，在凝固過程中，來不及逸出的氫殘存在焊縫中形成氣孔。可見，銅及銅合金的焊接性較差，焊接時也需采取一些特殊措施。焊接銅和銅合金常用的方法有氬弧焊、氣焊、電弧焊、釬焊等。采用氬弧焊能更好地保護銅液不被氧化和不溶于氣體，焊縫質量較好。

5結束語

金屬材料的焊接性實質上是其物理、化學性能和力學性能在焊接過程中的綜合反映，而且還與焊接工藝水平的發展有密切的關系。本文闡述了碳鋼的焊接技術，不銹鋼的焊接技術，低合鋼金結構鋼的焊接技術，鑄鐵的焊補技術和非鐵金屬的焊接技術等問題。

參考文獻：

[1]沈其文.材料成形工藝[M].武漢：華中科技大學出版社，2001.

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【關鍵詞】鋁/銅；異種材料焊接；研究現狀

一、鋁/銅熔化焊

在鋁/銅異種材料焊接類型中，鋁/銅熔化焊是目前應用較為常見的一種，主要包括MIG焊、TIG焊、埋弧焊、激光焊氣焊以及電子束焊等方法。由于銅和鋁的熔點相差較大，在其熔化焊過程中，通常難以將其焊接在一起，因為經常會出現鋁熔化了而銅還處于固態，從而不同程度地加大了焊接難度。此外，由于Al極容易被氧化，生成致密的氧化層，阻礙了銅和鋁的進一步反應，加上Al氧化膜中含有一定量的吸附水和結晶水，容易在焊縫中產生氣孔等缺陷。因此，在采用鋁/銅熔化焊時，焊接過程極易產生脆性的CuAl3相，從而降低了焊縫之間的粘合度，這就需要相關人員在焊接時，必須充分考慮焊接方法和工藝以及鋁與銅在熔點等物理性能上的差異，通過控制焊接溫度與焊接時間來控制焊縫金屬中銅的含量，并防止鋁、銅氧化，以降低形成金屬間化合物對接頭強度和塑性的影響。

二、鋁/銅摩擦焊

一般情況下，摩擦焊可以根據焊接溫度分為低溫摩擦焊和高溫摩擦焊這兩種類型。低溫摩擦焊的加熱溫度在460～480℃范圍內，才溫度低于鋁/銅共晶溫度548℃，從而不僅能夠有效地防止脆性金屬間化合物的生成，還能夠保障焊接過程中接口處的塑性達標；而高溫摩擦焊的焊接溫度可達到660℃，接近Al的熔點，焊接速度明顯加快，然而，由于溫度高，在焊接時必須采取封閉加壓方式措施來防止鋁接頭處產生變形流失以及銅和鋁銅件受壓失穩，同時，在此溫度階段有利于脆性Al，Cu間化合物和氧化物的生成，應施加頂鍛壓力擠出脆性物質，確保焊接質量。對于尺寸較大、薄壁且承受一定載荷的鋁/銅焊接件焊接時，難以保證尺寸精度，因為鋁的剛性差、強度低，并且在焊接過程中容易發生扭折、變形甚至斷裂等。

三、鋁/銅壓焊

由于銅與鋁都屬于面心立方結構的金屬，具有良好的塑性和延展性，因此，采用壓焊方法來進行鋁/銅異種材料的焊接可得到質量優異的鋁/銅接頭。同時，壓焊過程中由于采用銅-鋁過渡接頭，可避開銅與鋁熔焊存在的問題，將異種金屬的焊接轉變為銅與銅、鋁與鋁之間的同種金屬焊接。壓焊工藝簡單，易于操作，能夠得到質量良好的焊接接頭，比熔焊更具優勢。壓焊主要包括冷壓焊和熱壓這兩種，其中冷壓焊是在室溫下進行的，而熱壓焊是在高于室溫100～300℃的溫度范圍內進行的。采用冷壓焊方法焊接時，在壓力作用下將Al表面的氧化物或其他污染物破碎并排除，鋁與銅的結合面不產生與熔化和凝固相關的焊接缺陷，也不發生熔化。采用熱壓焊時，一般在焊前不要求對接頭處進行清潔，同時要求焊接加熱溫度低于鋁/銅的共晶點，鋁、銅母材不熔化，在壓力和溫度的作用下，接頭中形成Al-Cu機械混合帶，增大壓力改善微觀組織，可細化化合物，提高接頭強度。

四、鋁/銅釬焊

由于鋁/銅釬焊具有變形小、周期短操作方便、設備簡單、生產成本低及加熱溫度低等特點，決定了其成為未來鋁/銅異種材料焊接技術的研究熱點。同時，由于鋁/銅焊難以去除鋁氧化膜必須使用腐蝕性焊劑，釬焊助焊劑殘留物吸濕后形成的電解質，形成了強烈的腐蝕性，鋁/銅電極之間的電位差大，容易造成腐蝕。此外，CuAl2的電極電位高于鋁的電極電位，容易發生晶間腐蝕，鋁、銅原子的擴散，易脆易熔鋁低，析出的CuAl2熔點在關節共晶的形成，導致接頭強度較低。為了阻止鋁、銅原子直接接觸形成脆性化合物，同時，為了避免強腐蝕性磁通必須在鋁表面涂有一層金屬，銅釬焊引起的腐蝕問題，因此，腐蝕性或無腐蝕性的焊劑可用于改善關節的強度和耐腐蝕性。此外，對于鍍層金屬可供選擇的有Mo、Ti、Ni等，鋁/銅釬焊主要涉及到電阻釬焊、直接釬焊、擴散釬焊、超聲波釬焊等方法。

綜上所述，目前，鋁/銅異種材料焊接技術尚處于發展階段，各方面性能有待進行更深層次的探討，接頭質量有待于進一步提高。由于這種技術還不能同時滿足高抗腐蝕性、高強度、低成本和工藝簡捷等要求，因此現有鋁銅的壓力焊、熔化焊和釬焊等工藝還有待于進步完善。在進行鋁/銅異種材料焊接時，必須綜合采用如擴散焊、摩擦焊及冷壓焊等焊接方法，切實地提高焊接接頭的質量，以便更好地滿足當今工業發展需求。

參 考 文 獻

[1]陳延輝，汪寧，王生希．電器開關行業中鋁銅焊接研究的可行性分析[J]．電氣制造．2008（8）

[2]潘雄．到2020年我國有9種礦產資源嚴重短缺[J]．功能材料信息．2008（2）

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1.1 深水用管線鋼的概況與發展趨勢

海底管道在國外發展很快，自1954年美國在墨西哥灣覆設世界第一條海底管道以來，北海、黑海、地中海、巴西等海洋油氣田被相繼發現和開發，全世界海底管道工程得到蓬勃發展。目前世界最長的海底管道是挪威至英國的朗格勒得北海管道，總長度1 200 km，管徑1 016 mm，壁厚34.1 mm，材質X70，最大工作壓力25 MPa，最大水深1 000 m。目前世界最深海底管道是美國墨西哥灣東部灣的獨立管道，水深為2 454 m，其管徑為610 mm，壁厚34.3 mm，材質X65，最大工作壓力25 MPa。目前世界深水管道的典型水深為2 500 m，正面臨3 000 m及以上深度的挑戰。

中國擁有300萬平方千米的海洋面積，油氣資源儲量豐富，僅南海海域探明的油氣儲量達到220億桶當量，是墨西哥灣的兩倍。政府開始加大海洋油氣資源的開發力度，在“十二五”發展綱要中，明確提出要重點扶持海洋裝備制造產業，并出臺了一系列扶持政策。與此相適應的南海荔灣3-1項目已于2009年啟動，預計2014年竣工投產，總投資規模100億美元。該氣田水深為1 410 m（最深），海底管道分深水和淺水兩段，鋼管均已完成供貨任務，其中淺水段265 km由珠江鋼管有限公司和國內其他兩家管廠共同完成供貨，而深水段150 km由珠江鋼管公司獨家完成供貨，這也是國內制管企業第一次提供1 500 m深海用海底管線。深海段管徑為559 mm，壁厚22～27 mm（彎管用母管壁厚31.8 mm），材質X65，最大工作壓力29.4 MPa，年運行時間350天，使用年限50年。

1.2 深海管線鋼管的特點

海底管道與陸地管道有很大差異，海底管道除了考慮管道正常運行中承受的工作載荷外，還需考慮管道鋪設過程中承受的拉伸屈曲應力和鋪設完成后的殘余應力，以及運行過程中環境載荷對管道的影響，如外水壓力、風、海浪、暗流、地震等對管道造成的平移和振動。為滿足應變設計需求，使鋼管獲得最大的臨界應變屈曲能力，要求鋼管具有足夠小的D/t（即徑厚比），因此小直徑和大壁厚是深海管線鋼管的主要特點。海水深度與管徑的關系如表1所示。由表1可以看出，隨水深的增加，要求的徑厚比減小。

為適應海底管道的安裝要求和服役條件，海底管線在成分設計和性能方面要求更為嚴格。主要特點有：①具有高的形變強化指數和均勻延伸率；②低的屈強比；③優良的縱向拉伸性能；④低的鑄坯中心偏析，良好的厚度方向性能，低的斷口分離和層狀撕裂的幾率；⑤優異的夏比沖擊、落錘撕裂和CTOD性能；⑥優異的 焊接性；⑦嚴格的尺寸偏差和精度控制。為保證鋼管具有上述性能，其化學成分設計特點是：低的碳含量、低的碳當量、低的硫磷含量，其軋制工藝為TMCP。荔灣3-1項目國產鋼板的典型化學成分如表2所示，力學性能如表3所示。

從化學成分和力學性能結果看，國產鋼板鋼質純凈，性能優良，斷裂韌性優異，完全可滿足深海管線的使用性能。

1.3 深海X65鋼管的焊接材料及其焊接

深海管線在前期的試制過程中，采用國內現有的焊接材料有針對性地進行了大量的焊接X65厚壁板的試驗研究，結果不能令人滿意。表現在：①焊縫中心熔合線的夏比沖擊吸收能量偏低，甚至不能夠滿足標準要求，更不能滿足應大于標準規定的二倍的內控標準；②現有焊接材料強度偏低，焊接接頭的橫向拉伸試驗斷在焊縫的情況時有發生，不符合標準的要求。因此有必要開發一種性能更高、更穩定的新型焊絲，絕對保證焊縫接頭具有足夠的低溫沖擊韌性和斷裂韌性以及足夠的焊縫抗拉強度，為此珠江鋼管與猴王焊材進行了共同開發，并取得成功。

南海荔灣深海鋼管的焊接要求如下：

（1）焊接接頭的低溫韌性：試驗溫度為-20 ℃，試樣尺寸為10 mm×10 mm×55 mm時，焊縫中心、FL，FL+2，FL+5的單個最小值≥38 J，平均值≥45 J。內控標準加倍，即：最小值≥80 J，平均值≥90 J。

（2）焊縫的低溫斷裂韌性：試驗溫度為-10 ℃時，CTOD值≥0.2 mm。

（3）焊接接頭橫向抗拉強度：Rm ≥535 MPa，且不允許斷在焊縫中心，即要求焊縫的抗拉強度必須大于母材的抗拉強度。從前面數據看出，X65母材的抗拉強度一般在600～620 MPa，為保證接頭斷于母材，焊材熔敷金屬的抗拉強度應在630～660 MPa之間（即匹配系數為1.05～1.10為佳）。

1.3.1 焊絲成分設計思路

目前在制管行業主要使用二種合金化思路的高強高韌性焊絲，效果都比較好，已應用了10多年。一種是以H08C為代表的Mn-Mo-Ti-B合金化方式，另一種則是以H08D為代表的Mn-Ni-Ti-B合金化方式，這二種焊絲各有千秋，就熔敷金屬性能而言，H08C的強度更強，H08D的韌性則更高。新型焊絲成分設計立足于二者的優點，將采用Mn-Mo-Ni-Ti-B的新合金成分體系，適當提高Mn，Mo含量以提高抗拉強度，添加適量Ni元素以提高焊縫韌性，降低P，S含量，以穩定焊縫力學性能和改善焊縫的抗裂性能。其合金化元素作用如下：

（1）C：C含量對焊縫的強韌塑性及其組織均有較大的影響，不宜過高或過低。C含量過高，將會使焊縫的韌性和塑性迅速下降，甚至引起焊縫開裂，C含量過低，將影響焊縫強度，一般含量在0.04%～0.10%。

（2）Si：加入一定的Si可以使焊縫金屬鎮靜，加快熔池金屬的脫氧過程，保證焊縫的致密性，同時也可提高焊縫的強度。但過量的Si含量，容易形成硅酸鹽夾雜，還易出現硅裂。

（3）Mn：焊縫強韌化的有效元素。Mn可以細化晶粒，提高焊縫的低溫沖擊韌性，并有脫氧脫硫作用；另由于降碳會引起強度下降，所以加入Mn的同時會彌補所失去的強度。

（4）Mo： 焊縫中含有一定量的Mo元素有利于提高焊縫中針狀鐵素體的含量，減少先共析鐵素體，并有細化鐵素體晶粒的作用，提高焊縫的強韌性。

（5）Ni：有助于提高焊縫金屬的韌性，降低韌脆轉變溫度。此外，Ni還能有效地阻止Cu的熱脆性引起的網裂，并能有顯著提高鋼和焊縫的耐腐蝕性能。

（6）Ti：焊接時Ti可與N和O結合形成TiN或TiO質點作為晶核，在焊接加熱過程中阻止奧氏體晶粒的長大而細化焊縫奧氏體晶粒，同時又可在焊接冷卻過程中作為相變核心，形成晶內形核的針狀鐵素體，使焊縫的韌性提高。但若Ti過量，形成大量的TiC和TiN質點，將使韌性降低。

（7）B：加入微量的B，可明顯降低奧氏體晶界的界面能，抑制鐵素體從奧氏體晶界上形核，避免不利的魏氏鐵素體或網狀先共析鐵素體形成，因而可使焊縫最大限度地獲得韌性較高的晶內針狀鐵素體組織，提高焊縫的韌性。

（8）S，P：焊縫中的主要有害元素，顯著降低焊縫金屬的低溫沖擊韌性和塑性，這也是焊縫性能波動的重要原因。為了消除S對焊縫的熱脆和P對焊縫冷脆作用，焊絲鋼冶煉時應盡量降低S，P的含量，焊縫中S的含量應低于0.003%，P的含量應低于0.012%。

1.3.2 焊縫熔敷金屬性能

熔敷金屬試驗按GB/T12470—2003標準進行，焊絲牌號為MK65HGX-III，匹配的焊劑為SJ102G的氟堿性焊劑。檢驗結果見表4和表5。熔敷金屬性能滿足預期要求。

1.3.3 對接試板焊縫性能對比試驗

對接采用4絲焊，第1組4根絲全部為新型焊絲，第2組前2根為新型焊絲，后2根為H08DG焊絲。對接試板均為SMYS 450F/X65深海用鋼板，壁厚27 mm。試板對接性能結果如表6所示。第1組結果要優于第2組，但二組試驗結果均合格，且均有加大的富余。第2組的成本優勢明顯，故正式生產擬選用第2組匹配。

1.3.4 埋弧焊焊絲MK65HGX-Ⅲ的應用

以埋弧焊焊絲MK65HGX-Ⅲ為主和SJ102G焊劑匹配焊接了南海荔灣項目淺海段的鋼管6.5萬噸。其材質為X65（武鋼），管徑為φ762 mm，壁厚度為28.6和30.2 mm。

以同樣的焊接材料匹配焊接了南海荔灣項目深海段鋼管5萬噸，其材質為SMYS 450F（POSCO和南鋼），管徑為φ558.8 mm，管壁厚度分別為31，29，27，26，25.4，24和22.2 mm，深海段彎管250 t，其材質為SMYS 450F（南鋼），管徑為φ566 mm，壁厚為30.5 mm。

以上所有規格的焊接接頭實物質量的低溫沖擊韌性均大于標準規定的二倍以上。焊縫中心的CTOD值，淺海段和深海段先后進行了15次試驗，焊縫實物質量的CTOD值均滿足了標準的要求，而且富余量較大。焊接接頭的橫向拉伸試驗全部都斷在母材上，試驗證明埋弧焊的焊接接頭具有高強度、高韌性和高塑性的性能。圖1為部分鋼管焊縫性能數據分布圖。表7為鋼管焊縫CTOD試驗結果。

2 關于焊接材料標準的二點建議

2.1 關于S，P含量的問題

通過近10年的發展，中國的冶金和軋鋼技術有了長足的進步，國內重點鋼廠企業建立了現代化煉鋼流程和現代化TMCP軋鋼工藝。鐵水幾乎100%實現了預處理，80%實施了爐外精煉工藝，極大地提高了鋼材的純凈度，匹配現代TMCP軋制工藝，實現了當代板材高強度、高韌性和良好焊接性的統一。例如：現在普通的熱軋板雜質含量可控制S≤0.010%，P≤0.020%；普通低合金高強板可控制S≤0.005%，P≤0.015%；X80，X90管線鋼S≤0.001 5%，P≤0.010%；抗HIC鋼板S≤0.001%，P≤0.008%。然而現在的焊縫性能已經明顯落后于鋼板性能，焊縫性能不穩定，波動大，其主要原因之一，就是焊接材料中S，P偏高，焊接材料實物質量雖然可滿足現行焊接材料標準的最低要求，但已難滿足用戶實際生產需要。現行的焊絲標準S，P大都≤0.030%或≤0.035%，而焊劑更離譜，S≤0.06%，P≤0.08%，作為焊接材料使用單位完全無法接受。建議新修訂標準時應進行適當修正，以滿足和規范國內焊接材料市場。

2.2 關于ASME牌號焊接材料的問題

現行焊接材料國家標準和國際標準接軌力度較弱，基本在國內采購不到完全符合ASME標準的國產焊絲，低合金鋼焊絲表現尤為明顯，總是有個別元素對不上，致使公司接國外訂單時麻煩重重，評定工作量加多不少，因此建議在修訂標準時適當加以考慮。

3 結束語

（1）南海1 500 m深海管線的開發成功，開創了中國制造的SAWL焊管適用于深海管線的先河，這是國內企業向深海進軍的里程碑。

（2）開發高端產品，需要走聯合開發的路子，例如企業與企業聯合、企業與研究院（所）聯合。深海管線項目的成功開發，就是一個很好的范例。

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焊接材料是金屬材料（主要是鋼鐵材料）的“針線”，裝備制造業、尤其是造船工業離不開焊接材料。

當前我國處于工業化發展中期，伴隨著經濟建設的進程，我國城市化建設的步伐逐漸加快。焊接結構的廣泛應用，焊接用鋼的高強化、輕量化、高純潔凈化、細晶微合金化的發展，推動了焊接材料向高強、高韌、低硫磷、節能環保、高效自動化方向發展。

我國粗鋼及焊接材料產量連續多年居世界首位。近幾年我國粗鋼年產量占世界總產量1/3以上；焊接材料年產量約400萬噸左右，占世界總產量1/2以上。中國已是世界最大的焊接材料生產、銷售和使用基地，焊接材料產業在中國具有廣闊的發展前景。

隨著各類裝備制造業、基礎設施和重點工程品質要求的提升，鋼材的品質也在提升及品種更加完善，這對焊接材料的配套提出更高的技術要求，研制開發高效優質、節能減排的新型焊接材料勢在必行。

二、我國焊接材料產業產品結構現狀與調整

（一）我國焊接材料產業產品結構現狀

焊接材料包括電焊條、焊絲（包括實心焊絲與藥芯焊絲等）、埋弧自動焊用焊絲+焊劑等。其中電焊條主要是人工焊接，其它則可進行自動與半自動焊接。因此電焊條在全部焊接材料產量中所占的比重可以衡量一個國家焊接自動化的程度。手工焊條產品不僅焊接效率低下，而且能耗高、污染較大，容易引起較大的焊接變形等。雖然近年我國焊接自動化發展速度較快，但電焊條產量仍然占焊材總產量的比例仍近50%，而美國、歐洲和日本等發達國家和地區的電焊條產量已不足20%。我國各類電焊條中，低檔次的酸性碳鋼焊條仍占絕對優勢，比例高達90%，而我國企業普遍使用的高端高附加值的焊條產品目前還多是國外品牌。這種產業結構狀況必須盡快改變。

（二）我國焊接材料產業產品結構分析

1、手工焊條

我國手工焊條產量目前已占全球近70%，成為手工焊條生產大國。隨著國內自動化焊接技術的發展，雖普通碳鋼電焊條產品的需求已呈下降趨勢，但高性能和特種電焊條的品種、數量仍在增長。目前在低氫立向下焊條、抗回火脆性耐熱鋼焊條、尿素級不銹鋼焊條、大線能量高韌性低氫焊條、超級奧氏體不銹鋼焊條、高溫耐熱不銹鋼焊條等特種焊條領域，國外名牌生產企業仍具優勢。這恰恰是我國焊條產業產品結構的調整方向。

2、氣保焊用實心焊絲

我國氣保焊用實心焊絲近10年的產量持續增長，年平均增長率在30%以上，占全部焊材的比例由10%提高到30%，表明我國焊接機械化、自動化率在不斷提高。

與國外相比，我國存在實心焊絲品種少等問題，特別是耐熱鋼及多用途MIG焊絲等，故在許多生產領域我國只得進口此類焊絲。

國產實心焊絲品種不足，阻礙了一些重大工程采用氣保護焊實心焊絲的國產化進程。突出的問題在于我國實心焊絲生產企業多數為金屬制品的加工企業，由于自身不能生產焊絲盤元，所以焊絲品種受到上游鋼廠制約。因此，要想從根本上解決焊絲品種的多樣化及高純度優質焊絲的供應，焊絲生產企業需要進一步與鋼廠形成戰略合作關系，這是焊絲行業發展急需解決的問題。

3、埋弧自動焊焊接材料

埋弧焊從20世紀50年展以來，作為最早獲得應用的機械化焊接方法，近年來取得了長足的技術進步。除焊機向自動化、數字化、智能化方向發展外，埋弧焊絲和焊劑也經歷了幾次更新換代的歷程。近年來，我國埋弧焊材產量在焊接材料總量中所占比例基本穩定在10%左右，這個比例與國外基本一致。

我國的埋弧焊絲生產，特別是高等級、高附加值埋弧焊絲的生產與上述氣保護實心焊絲一樣受到上游鋼廠制約，鋼廠較難做到與焊材同步發展。因此，埋弧焊絲的發展方向也是與鋼廠聯合，開發研制各種強度級別的低碳高韌高強鋼焊絲，或者是發展金屬粉芯埋弧焊絲。其配套焊劑的研發要從提高低溫沖擊韌性入手，細化晶粒，獲得針狀鐵素體組織，解決埋弧焊時大線能量造成的組織粗大問題。

特種不銹鋼配套焊劑、特種耐熱鋼配套焊劑（特種耐熱鋼廣泛應用于鍋爐壓力容器的焊接，目前國內缺乏高效優質的特種耐熱鋼配套埋弧焊劑）等需要盡快推向市場。

4、藥芯焊絲

比較而言，藥芯焊絲是焊接材料中的新秀。近10年來，中國的藥芯焊絲產業已取得突飛猛進的發展。2007年開始，中國的藥芯焊絲總產量居世界第一。

作為藥芯焊絲的核心技術――藥芯配方，我國目前的藥芯焊絲配方主要是通過兩個途徑獲得的：即一是在引進國外藥芯焊絲生產設備的同時引進其配方；二是對照國外公開專利進行研仿。這些或引進或研仿的藥芯焊絲配方都屬于上世紀80年代由日本人所發明的酸性鈦型渣系體系。這個渣系體系的藥芯焊絲的突出優點是全位置焊接性能優良而深受焊工歡迎。但存在抗裂性及抗氣孔性差等問題，故使得這個渣系藥芯焊絲的檔次較低，其應用面十分窄小，基本僅適合焊接船用B級鋼等。因此，藥芯焊絲在我國整個焊接材料中的所占的份額較少，如2008年藥芯焊絲在我國整個焊接材料中所占的份額僅為約9.1%，而同年日本藥芯焊絲產量占焊材總產量的36%―37%，韓國則占52%。因此，我國若要將藥芯焊絲的檔次提高，必須盡快擴大應用面并研發開拓新型渣系。

5、有色金屬焊接材料

進入21世紀，我國有色金屬產業迅速發展，生產和消費規模不斷擴大，已成為全球最大的有色金屬生產和消費國。我國鋁基焊材消費量居世界首位，銅及銅合金焊絲的產量已近萬噸，也居世界首位。

我國生產的鋁及鋁合金焊絲產量雖大，但質量上仍與國外產品有不少差距。表現為焊縫的力學性能及焊絲表面光潔度不及國外名牌產品。因此，對技術要求較高的焊接結構和有色金屬焊接材料仍依賴進口。而鎳及鎳合金焊材雖用量不大，但在防腐蝕、耐高溫方面發揮著重要作用，主要應用于核電、海上石油及天然氣開采和提煉裝置、鍋爐、化工、電廠、航空、汽車等行業。除應用于鑄鐵焊接的純鎳、鎳鐵等電焊條外，國內鎳及鎳合金焊材市場基本上由國外廠商控制。我國高技術鎳基焊材產品缺乏，多依賴進口。

有色金屬焊接材料的挑戰與機遇在于，在鋁及鋁合金焊絲方面，應注重焊絲外在質量和內在品質的提升，優化產品，減少進口，擴大出口。在鎳及鎳合金焊絲方面，應加快關鍵技術的掌握，盡快由國產替代進口。

6、堆焊焊接材料

堆焊焊接材料是用在金屬表面堆焊，以達到耐磨損、耐沖擊等的技術要求。

堆焊是表面工程中的一個重要分支，它可以在普通材質的基礎上制備出需要的耐磨或耐熱、耐腐蝕等特種性能的堆焊層，在節能、節材、保護環境方面展示了巨大的效益，在國家建設資源節約型、環境友好型社會以及發展循環經濟的進程中，堆焊技術有廣闊的發展前景。

進入21世紀，堆焊藥芯焊絲年產量已占國內堆焊材料總量的5%以上，年產達數萬噸，目前產銷量仍在快速增長，已形成規模產業。其應用主要集中在鋼廠軋輥、火電廠磨煤輥及磨盤、水泥廠水泥立磨及磨盤堆焊，以及大面積復層耐磨鋼板的堆焊制造等。

堆焊焊接材料的挑戰與機遇在于近年來高效、優質堆焊技術已成為堆焊領域重要的研究方向，以激光堆焊、電子束堆焊、聚焦光束表面堆焊等高能束堆焊技術為代表的新技術，成為國內學者的研究熱點，新的堆焊技術手段和過程控制智能化的發展，推動了堆焊技術向成形精確化發展。

綜上所述，以低端產品為主，產品品種偏少是我國焊接材料產品目前的結構特征。

三、焊接材料產業產品結構調整對下游制造業的重要意義

從以上對焊接材料產業不同領域的現狀分析可見，開發高端產品、豐富焊接材料品種已成為我國焊接材料產業產品結構的調整方向。這也是下游制造業對焊接材料產業的期待。以造船工程為例，船體不同部位往往選擇不同的強度級別等鋼種，有的部位甚至選擇不銹鋼或有色金屬，需要多品種焊接材料與之配套。由于我國焊接材料產業的品種不多，且以低端為主，故我國船廠目前還是大量進口國外高端焊接材料。目前我國正在興起現代造船模式，高效率焊接是其重要特征之一。尤其是優質、高效自動CO2氣保護焊工藝已廣泛用于各種大型船舶的建造。在T排形式的扶強材、縱骨與底板（板或甲板）角焊縫的焊接施工中，通常采用自動CO2角焊工藝；而在平對接位置的焊接施工中，采用雙電極平對接CO2自動焊工藝；在中合攏、大合攏階段則采用垂直氣電自動焊工藝等。這些先進的焊接工藝的重要特征是要求焊接材料適應自動化與適應大熱輸入量焊接等。顯然，我國傳統的以手工焊條焊接適應不了現代高質量的造船模式。

因此，焊接材料產業亟需產品結構調整，以適應下游制造業的發展。

四、實現我國焊接材料產業產品結構調整的關鍵

（一）冶金行業對焊接材料的多品種化有著至關重要的作用

目前我國焊接材料產品結構不合理的重要原因是產業與上游的鋼鐵等冶金業聯系不密切，導致焊接材料品種特別是實心焊絲（包括氣保護實心焊絲與埋弧焊絲）品種的發展不快，即我國強大的鋼鐵冶金業作為焊接材料產業發展的強大依托作用沒有發揮出來，而鄰近的日本，神戶熔接材料依托神戶制鋼、新日鐵熔接材料依托新日鐵制鋼均發展成為世界著名的焊接材料企業。目前我國大型焊接材料企業如天津金橋、天津大橋及四川大西洋等，其焊接材料產量很高，如天津金橋的焊接材料產量早已雄踞世界第一，但產品品種遠不及神戶制鋼、新日鐵熔接材料公司，且以低檔次為主。因此解決我國鋼鐵冶金企業與焊接材料產業的緊密聯合，是實現我國焊接材料產業產品結構調整的關鍵。

可喜的是，寶鋼集團的韶關鋼鐵決定在廣東發展焊接材料產業。這表明我國鋼鐵冶金業已經注意到我國焊接材料產業的現狀，開始涉足焊接材料產業。

（二）用產學研合作模式推動我國焊接材料產業產品結構調整

瞄準上述焊接材料各領域的挑戰與機遇，以產學研結合的模式，加快新產品的研發，推動我國焊接材料產業結構調整。

焊接材料新產品的研發要建立在材料的成分設計（如實心焊絲）或配方設計（如藥芯焊絲、手工焊條、埋弧焊劑及焊接襯墊等）創新的基礎之上。在這個過程中企業往往采取瞎子爬山的方式而忽視基礎研究，這樣容易導致所研發的產品雖然“成功”了，但往往不知何以成功，尤其是若產品發生質量問題時，往往很難對癥下藥及時解決。因此需要采取產學研結合的方式進行研發，可以讓高校偏重于基礎研究，企業偏重于工程研制。這樣就能做到知其然還知其所以然，在產品出現質量波動時，往往能對癥下藥及時解決問題，產品質量得到穩定控制。

縱觀國外成功的焊接材料企業，無不具有強大的技術服務能力。我國焊接材料企業這方面做得很不夠，制約了自身的發展。焊接材料產品不同于其它產品，弄得不好出大問題，甚至帶來顛覆性的災難。因此，如何服務用戶，特別是國家一些百年大計工程，需要焊接材料企業認真做好技術服務。那種只管賣而不管后果如何的銷售方式只會使企業的路越走越窄。

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關鍵詞：金屬材料；焊接成型；缺陷；控制

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.029

1 前言

焊接工藝作為一門現代工藝，在金屬材料的焊接成型中技術要求很高，其在我國出現的時間并不長，工藝技術也不完善。在金屬材料的焊接過程中經常會出現很多問題和缺陷，為了保證金屬焊接的質量水平，要在焊接過程中有針對性地做好缺陷的應對工作。本文在大量實驗的基礎上羅列了金屬材料焊接過程中經常出現的主要缺陷，并針對各種缺陷提出了對應的修正措施，以期引起焊接從業者的足夠重視，更好地提高我國金屬焊接工藝的技術水平。

2 金屬材料焊接成型中裂縫的成因及防治措施

一般而言，金屬材料焊接成型中的主要缺陷有多種類型，主要包括裂縫、未焊透、未熔合現象、夾渣、氣孔、咬邊、焊瘤及弧坑等。裂縫又可以分為熱裂縫和冷裂縫兩種，是金屬材料焊接中最常見的缺陷之一。

2.1 熱裂縫的成因和防治措施

熱裂紋是常見的裂紋形式，它是指金屬焊接過程中液體的金屬在凝結的過程中所產生的裂縫。熱裂縫一般發生在焊縫的中心，在焊接后隨即可以看到。

產生原因：熱裂縫的產生有很多方面的原因。在金屬焊接的過程中，除焊條和金屬外，還存在著很多熔點較低的雜質，由于其熔點較金屬低，凝固反應也在金屬之后，且這些雜質在凝固后強度和硬度都比較低，因而成為熱裂縫產生的根源。凝固后的雜質在受到外力作用的情況下，極易受到磨損和腐蝕，導致裂縫的產生。

防治措施：在金屬焊接的過程中，為了嚴格避免熱裂縫的產生，要采取相對應的技術手段和措施進行防范。在金屬的焊接過程中，要認真按照施工要求，遵照有關的技術規定，嚴格按照完善合理的工藝程序，此外還要優化焊接過程中的焊接環境等。焊接時要盡量避免雜質的產生，嚴格管控各種焊接參數，盡量避免焊接熱裂縫的產生，必要時采用多層的焊接技術，提高焊接質量水平。在焊接過程完成后，還要盡量避免外力的影響。

2.2 冷裂縫的成因和防治措施

冷裂縫是另一種常見的裂縫形式，它是指在金屬焊接過程完成后的冷卻過程中焊接交界處的熔合點出現的裂縫。冷裂縫產生的時間并不固定，一般是在焊接完成后4至6小時的冷凝之后，也有在焊接完成之后立刻出現的情況。

產生原因：冷裂縫的產生主要包括三個方面的原因，焊接過程中會產生一定的氫氣，若氫氣含量比重過高會導致裂縫的出現。此外，焊接母體的承受能力也與冷裂縫的產生息息相關，若其承受能力不足，則冷裂縫的產生幾率將大大提高。

防治措施：在金屬焊接過程中為防止冷裂縫的產生要采取相對應的技術手段和措施進行防范。為減少焊接過程中的氫氣含量，在焊接中要選擇合適的焊條，主要方法是使用含氫量低的焊條。此外，要加強對焊接所使用材料的控制，使用質量過硬的高質量材料，以防因材料質量低下引起裂縫。加強對周圍環境的管控，避免空氣中的濕度過大，以防材料在濕潤空氣中發生變質。在材料的保存過程中要保證其自身的潔凈，防止腐蝕現象的發生，采取一切可以采取的手段盡量降低氫氣的含量。要使用科學合理的焊接參數，在科學認證的基礎上，恰當選擇與實際情況相適應的焊接工藝參數，保證焊接工作的最佳效果。最后，要根據焊接要求對焊接介質進行有效的檢測，滿足焊接之后冷凝過程中的最低要求，減少焊接后外力的作用，遵循科學的焊接工序，以期取得較好的效果。

3 未焊透、未熔合現象的成因及防治措施

未焊透、未熔合是焊接過程中出現的另一種比較常見的焊接缺陷，由它亦會引起較多的次生缺陷，比如裂縫等。其產生原因和防治措施如下：

產生成因：焊接中未焊透、未熔合現象出現的原因主要有三點。第一，在焊接過程中，焊塊之間存在既有的縫隙，一般縫隙的產生是由于角度問題等。此外，焊接工藝的不完善是引起未焊透、未熔合現象的另一大原因，焊接塊過厚、焊接速度過快等都會引起焊接效果的降低。第二，焊接焊塊表面不干凈，存在雜質或者氧化物質，沒有對其進行相應的清理工作。第三，焊接技術人員技術能力不合格，由于水平有限，導致其對焊接溶液的把握能力比較差，未焊透、未熔合的現象就不可避免了。

防治措施：為解決焊接過程中未焊透、未熔合的現象，要有針對地對其進行防治。首先要盡量選用合適坡面角度的焊接塊，其次要妥善把握焊接工藝，對焊接的速度及外部環境都要進行合理的管控，對于焊接物表面的雜質一定要徹底清理，最后要選用技術過硬的焊接工人。

4 其他主要缺陷及其防治措施

焊接過程中的其他缺陷主要有夾渣、氣孔、咬邊、焊瘤及弧坑等，以下將根據這些問題產生的原因對其進行有針對性的分析。

首先是夾渣，夾渣是常見的焊接缺陷，其成因是焊接邊緣本身存在雜質，主要是熔渣，此外焊接速度過快亦會導致夾渣的產生。為防止夾渣，就要保證接口的潔凈，并注意焊接速度不能太快。針對氣孔問題，要選用合適的焊接電流流量，使用高質量的焊條和焊接材料，并注意控制焊接熔質中的氫氣含量；針對咬邊問題，同樣要注意焊接過程中切忌速度過快、電流過大；焊瘤及弧坑是由于焊接過程前后不均勻或者焊接溫度過高引起的，焊接中斷、再焊也是導致焊瘤和弧坑的直接原因。所以在焊接時要嚴格控制焊接溫度，不宜過高，并一次焊成，不重復作業，盡量杜絕焊瘤和弧坑問題。

5 結語

綜上所述，在金屬材料的焊接過程中，會經常遇到各種各樣的焊接缺陷。為了避免各種焊接問題的出現，我們有必要采取相應的措施，努力管控各種工藝技術環節，有效杜絕焊接缺陷的產生，提高焊接水平和質量，推動金屬材料焊接技術的不斷進步。

參考文獻：

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關鍵詞：鋁及鋁合金；焊接性能；材料分類

中圖分類號：G712 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2014）01-024-01

隨著近幾年我國城市化進程的不斷推進和社會化生產速度的加快，鋁及鋁合金在建筑、輪船、化工機械等方面的應用不斷擴大，同時，在高性能焊接方法的支持下，其焊接技術也得到了長遠的發展。其主要的焊接方法為TIG焊，具有保護效果好、質量高、電弧穩定等特點，適用于全方位焊接。但受到鋁及鋁合金自身特點的影響，焊接工藝存在著一定的困難，較容易產生焊接缺陷。因此，分析焊接性能和其材料分類十分必要。

一、鋁及鋁合金的材料分類

鋁及鋁合金主要分為兩大類，其一為變形鋁及鋁合金，主要以冶金半成品如棒、管、帶為主，兼顧有鍛件和擠壓型材。其二是鑄造類鋁合金，包括有零件和毛坯。具體來看，變形鋁及鋁合金又可以細分為只可變形強化不能進行熱處理的鋁及鋁合金和既能變性強化又能夠實行熱處理的鋁及鋁合金。

在我國的《變形鋁及鋁合金牌號表示法》中，四位字符體系牌號是屬于變形鋁及鋁合金的表示方法，其中第三和第四位代表著同組中不同的鋁合金或純鋁的純度。依據我國的《變形鋁及鋁合金狀態代號》來看，F為自由加工狀態，O為退火狀態，H為加工硬化狀態，W為固溶熱處理狀態，T為熱處理狀態。T代號后的第四位或第五六位數字代表著由不同的消除應力處理過的狀態。

二、鋁及鋁合金的焊接性能

焊接性能指的是金屬材料對焊接加工的適應性，也就是焊接后優質焊接接頭的獲取難易程度，受到鋁及鋁合金的物理和化學性能的影響，該基礎材料的焊接技術有著一定的難度，因此掌握鋁及鋁合金的特點十分必要。

第一，鋁及鋁合金具有高度的氧化性能。鋁與氧的結合力較強，常溫中鋁金屬的氧化作用就較為明顯，鋁合金中的某些合金元素也具有較強的氧化性。在焊接過程中，焊接的高溫直接作用到鋁及鋁合金中，導致該材料表面生成一層氧化膜，厚度在0.1-0.2 之間，其主要成分為氧化鋁。氧化鋁的熔點明顯高于鋁及鋁合金的660℃的熔點，達到2050℃，且具有較高的致密性，當氧化鋁形成后，鋁及鋁合金的正常焊接工作就可能受到干擾，導致焊接不透。

氧化鋁具有較高的密度，較難從熔池中浮出，從而導致焊縫夾渣，而氧化膜對水分的吸附力較高，焊縫中氣孔的可能性較大。受到氧化膜電子發射的影響，焊接過程中的電弧穩定性也相對有所下降。

針對這一情況，技術人員在焊接前需要對焊接區域的氧化膜進行清除，對處于液化狀態的金屬進行有效保護，減少金屬的進一步氧化，對熔池中可能生成的氧化膜進行破除。

第二，氣孔形成的可能性高。氣孔的形成多見于純鋁和防銹鋁的焊接過程中。其氣孔的主要形成因素為氫，原因為氮與液態鋁的溶合性差，而鋁中并不含有碳元素，因此，氣孔中氮氣孔和一氧化碳氣孔的的可能性為零。雖然鋁和氧有著較強的結合力，但其反應生成氧化鋁，也不會有氧氣孔出現的可能。

常溫中氫溶于固態鋁的可能性較小，而在高溫的作用下，氫與液態鋁的溶合度較高，原來液體中的氫被全部析出，形成氣泡并上浮、逸出。當部分氣泡未能成功逸出但已經長大時，氣孔便隨之誕生。鋁及鋁合金具有較低的比重，且導熱性較強，凝固速度快，氣泡的浮出速度受到影響，氣孔的生成幾率相對較大。

在焊接過程中，技術人員需要從減少氫進入液體金屬中的量和氣泡的充分逸出等方面進行考慮，減少氣孔的生成。

第三，鋁及鋁合金的熱裂紋的產生幾率較大。純鋁和非熱處理強化鋁合金較少產生熱裂紋，而熱處理鋁合金和高強度鋁合金的熱裂紋產生率較高。熱裂紋多出現在焊接金屬和近縫區部位，常被稱為結晶裂紋或液化裂紋，依據其部位不同而有所變化。

受到鋁熱膨脹系數大的影響，其焊接過程中的熱應力也相對較大，而鋁合金在高溫下具有較低的強度和可塑性，過大的內應力會導致熱裂紋的產生。若鋁合金中的雜質含量過大，其焊縫處的熱裂紋產生幾率也相對較大。

為減少熱裂紋，技術人員需要對鋁合金中雜質的含量做嚴格的控制，并及時調整焊絲的成分，采取合理的焊接工藝。

第四，合金元素蒸發和燒損的可能性較大。在焊接過程中，高溫對鋁合金中某些合金元素有著較大的影響，從而出現合金元素燒損或蒸發，導致鋁合金成分的改變，最終影響到鋁合金焊接接頭的性能。同時，在焊接過程中，鋁及鋁合金的的顏色變化并不明顯，技術人員較難對焊接工作進行操作，困難性較高。

正確的分析鋁及鋁合金的焊接性能并掌握科學的材料分類對于提高其焊接工藝十分有利。在焊接過程中，氣孔、焊接不透、溶合度低、金屬裂紋、咬邊、焊縫夾渣和夾鎢、穿孔等的出現都需要結合其原因做具體的分析，通過對癥下藥有效緩解焊接常見問題，提高焊接水平，減少不必要的基礎金屬的浪費。在社會發展速度不斷提高的今天，焊接操作不僅需要有基礎性的理論作指導還需要有較為熟練地操作技能，從而確保焊接技術的發展。

參考文獻：

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[2] 王新彥，姚建輝，李曉梅.錫青銅軸瓦的焊補[J].熱加工工藝，2010（09）.

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【關鍵詞】燒結;焊接;施加焊片;施加焊膏

一、 施加焊片

1 焊片成型方法

1.1 手工成型焊片

根據產品尺寸，如圖1所示的不規則焊片選用異型件低溫燒結中焊接材料的選擇與施加0.08 mm厚，可用手工成型，但耗時耗力，為提高精度及效率，試用新工藝成型方法成型焊片。

1.2 激光雕刻成型焊片

繪制燒結所需焊片圖形，進行氮氣保護激光雕刻成型。成型后焊片表面光亮，被氧化程度低，提高了可焊性;焊片成型形狀、尺寸誤差小，減少了多余焊料，從而減少焊錫飛濺;但焊片邊緣有微小毛刺，導致工裝夾具不能壓緊燒結件，造成燒結空洞。進一步選用化學腐蝕工藝成型焊片。

1.3 化學腐蝕成型焊片

由專業廠家按繪制圖形腐蝕成型焊片。焊片表面殘留腐蝕保護物，無光澤，影響其可焊性;焊片成型形狀、尺寸誤差小，焊片厚度略小于原有厚度0.08 μm，不影響焊料平鋪于整個待焊接表面，對燒結質量無影響;邊緣光滑，使夾具能夠夾緊待燒結件，避免形成空洞。經廠家提高焊片表面潔凈度處理，選定化學腐蝕工藝成型焊片。

2 焊片成型參數

首先使用與凹槽外形尺寸及圖形一致的焊片成型并燒結，燒結后焊錫飛濺較多，且轉角及邊緣處有焊錫漫流，且有焊錫漫流至基體其他凹槽內。燒結焊片放置于待燒結凹槽內，經反復試驗得知其外形尺寸及形狀對燒結質量起到至關重要的作用。經多次試驗及質量改進，最終摸索出適于燒結的焊片尺寸及外形設計原則，并適用于其他燒結方案。

2.1 面積參數設計

焊片寬窄各邊及底邊向內縮進0.1～0.2 mm，有定位銷處開口直徑加大，避免焊料順定位銷爬升。燒結后邊緣焊錫漫流減少。其他凹槽內焊錫漫

流減少。定位銷處無焊錫爬升。焊錫片縮進尺寸設計，可使焊錫片均勻平整地敷置于待燒結凹槽內，使待燒結鍍金軟板平整地與基體結合，燒結時有效減少空洞、漫流和飛濺。同時錫片縮進尺寸設計，減少了焊錫用量，尤其是容易漫流的邊緣處焊錫用量，顯著減少焊錫漫流及爬升。

2.2 導角參數設計

大面積轉角處進行r 1.0 mm內導角處理，小面積轉角處進行r 0.3 mm內導角處理。

燒結后轉角處焊錫漫流明顯減少。轉角處內導角使焊錫片放置時不會在轉角處產生鼓脹現象，同時減少焊錫用量，顯著提高燒結質量。最終確定焊片工藝參數見表1，可取得較好燒結效果。

2.3 施加焊片

裁減后的焊錫片兩面刷涂助焊劑，嵌入基體凹槽內，再嵌入被焊鍍金軟板，用金屬對象工裝壓緊，可取得較好燒結效果。助焊劑的引入不僅可在燒結中去氧化，同時其固有黏性可固定柔軟的焊片及被焊工件。

二、施加焊膏

使用表面貼裝電子裝聯工藝中鋼網漏印的方式施加焊膏，這種方式必須將焊料施加到一個平面上，由于基體本身為凹槽形式，不能漏印焊膏，因此將焊膏施加到被焊體棱邊上。被焊體棱邊前端細微正方形處必須燒結，即必須施加焊料，且燒結后整個燒結部位焊錫不能漫流，又要確保整體焊著率在95%以上，因此各部位既要均勻施加焊膏，又要有效控制焊膏量。焊膏中含有助焊劑等添加成分，在燒結過程中產生氣體是造成焊接空洞增多的主要原因之一。合適的鋼網開口設計不僅可以確保焊接質量，同時可有效減少空洞，除遵循常規鋼網設計原則外，此部位鋼網開口還應根據實際需求優化。

1 制作漏印工裝

被焊體不同于印制板，沒有定位孔可在漏印機內安裝定位，造成漏印困難，制作被焊體漏印定位工裝，四邊采用過盈配合，實現其定位，如圖2所示。漏印機適配鋼網厚度參照焊片厚度，同時兼顧被焊體細微正方形必須焊著，經反復試驗，選用0.12 mm的鋼網。

2 鋼網開口參數設計

被焊體棱邊為細長矩形，鋼網若采用與其尺寸、圖形一致的開口，設備漏印時壓緊蓋板與鋼網， 棱邊必然鼓脹出鋼網表面，刮刀滑動漏印焊料時，焊料被刮走。為確保被施加平面（全平面施加）不鼓脹出鋼網開口，鋼網開口采用棱邊縮進工藝改進參數。經反復試驗，確定鋼網開口中間棱邊按被焊體原有尺寸兩邊各縮0.35 mm，左右兩條棱邊既易被帶走焊膏，又不宜焊接，兩邊各縮進0.05 mm。細微正方形點開口改為原有方形尺寸的內切圓開口，如圖3所示。

經此參數設計，各棱邊可全部高精度漏印焊膏，細微正方形處焊料飽滿，即確保了漏印精度，又確保了焊料量，燒結效果良好。

最終確定施加錫鉛焊膏工藝參數見表2，可取得較好燒結效果。如圖4所示。

按上述原則選用及施加焊錫膏，配合后續合適的燒結工藝，可取得質量上乘的燒結效果。

參考文獻

[1]張世偉. 真空燒結在電子組裝中的應用技術.電子工藝技術，2011，32（3）：156-159.

[2]謝飛， 劉美鑰. 真空共晶技術的研究應用[J]. 電子工藝技術，2000，11（2）： 47