淺談材料的焊接性對焊接質量及焊接成本的影響

摘 要：材料焊接性是影響焊接成本與焊接質量的重要因素。本文通過實例，分析材料焊接性對焊接成本與焊接質量的影響，旨在提高人們對材料焊接性的認識，提升焊接成本與焊接質量整體控制能力。

關鍵詞：材料焊接性；焊接成本；焊接質量

中圖分類號：TG406 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 24-0000-01

從常規材料焊接管理中可發現，影響材料焊接成本與焊接質量的因素有很多，但若單方面從焊接流程進行考慮，就會發現，材料焊接性是影響焊接的根本因素。本文經過研究發現，金屬材料（重點為鋼鐵材料）的焊接性關鍵體現在母材上，母材的韌度、耐磨性與防腐性是影響焊接性的重要因素，因此在焊接成本與焊接質量控制中，要將工作重點轉移到（金屬材料）母材資料分析中。

一、材料焊接質量與焊接性

在材料焊接質量與焊接性分析中，要對焊接質量進行全方位分析，進而焊接接頭性能、焊接質量等進行分析。

（一）焊接質量

傳統理論下的焊接質量是指低碳鋼焊縫的質量，因此在焊縫處理中，必須要對其中各個影響因素進行分析。隨著金屬材料種類增多，高強鋼、合金鋼等一系列金屬開始被歸納到焊接結構中，傳統的焊縫質量控制無法滿足焊接整體質量控制的要求，熱影響區質量逐漸成為影響焊接質量的新因素[1]。因此，本文分析的焊接質量包括熔合線、熱影響區與焊縫金屬等一系列內容，重點分析熱影響區與母材化學成分之間的關系。

（二）焊接接頭性能與組織形態

焊接接頭所影響的金屬屬性與母材之間存在明顯不同，造成兩者差異的根本原因為焊接接頭所影響的金屬屬性化學成分與母材之間存在差異。以融化極電弧焊為例，該焊縫金屬主要由焊條、焊絲等填充金屬與被焊部位母材重新組成，其重新冶煉過程與重新融化過程明顯區別與傳統材料形式。經過分析可發現，它的金相組織與化學成分與母材不同，熱影響區是焊接作用影響下的高溫區與母材材料金相組織發生改變的重疊區域，由于多個金屬點距焊接點的距離不同，其所接受的最高溫度也存在差異，導致各點金屬組織形態之間出現不同。從不同焊接條件（如母材材料特點、距焊接點的位置等）進行分析，將熱影響區分為融合去、過熱區、變相重結晶區與不完全重結晶區[2]。

不同區組織在形態、特點上出現差異，導致性能上的不同，主要表現為過熱區的實際沖擊韌性指標下降。部分敏感性較強的鋼種，在接近焊接點時，雖然組織未發生變化，但其質地發生了變化，接頭韌性降低。

（三）材料焊接性對焊接質量的影響

材料焊接性對焊接質量影響十分明顯，從焊接結果來看，焊接性性能高低是顯示金屬材料焊接加工難易程度重要指標，若焊接材料焊接性無法滿足焊接流程的實際要求，就會導致材料出現損壞。以Q235鋼為例[3]，在常規生產中，對普通的低碳鋼焊條進行焊接就能得到優質接頭，無需施加特殊的焊接工藝；但如果以同一種焊條與焊接方法進行焊接鑄鐵，會導致材料出現剝離、裂紋等嚴重的焊接問題，若采用相關的保護措施阻止剝離、裂紋的產生，也會導致熔合線附近材質變脆，無法進行下一階段生產。導致這一現象的根本原因是鑄鐵焊接性遠低于Q235鋼，因此難以獲得優質焊接接頭，更無法有效控制整體焊接質量。又如15MnVNq鋼（九江長江大橋鋼梁的主要組成部分），通過試驗材料力學試驗發現，該鋼的抗低溫脆斷能力較高，且各項性能指標滿足大橋鋼梁設計的基本要求，但在焊接性研究中卻發現，該鋼接頭沖擊韌性出現明顯波動（主要表現為韌性降低），并相繼采取預熱、加工等措施，雖然整體焊縫外觀得到提高，但其熱影響區沖擊韌性仍明顯低于母材，無法滿足大橋焊接的基本質量要求。由此可發現，單方面從焊接工藝與焊接材料上進行改進對提高接頭沖擊韌性的影響是有限的，無法從根本上解決問題。后證明，經過優化，15MnVNq鋼板的焊接性明顯提高，重點表現為接頭熱影響區沖擊韌性大幅度提高，各階段焊接接頭性能進一步改善，能滿足大橋焊接的基本需求。該案例充分說明，材料焊接性影響材料焊接質量，并將影響最終作用在成本上。

二、材料焊接成本與焊接性

材料焊接性不但影響焊接質量，也影響焊接成本。受現代焊接材料與焊接技術發展的影響，傳統生產中部分難焊金屬或不能焊接的金屬，在特定焊接條件也可進行焊接，但這種焊接會導致焊接總成本上升。仍以鑄鐵為例，在前文分析中可發現，用低碳鋼焊條進行鑄鐵焊接難以獲得合格的接頭，但如果依靠不銹鋼焊條（或鑄鐵焊條）進行焊接的話，獲得高質量焊接接頭的概率會明顯增加，但從市場角度考慮的話，不銹鋼焊條與鑄鐵焊條的價格要高出普通低碳鋼焊條2-3倍以上。又如，我國研制的橋梁鋼14MnNbq與15MnVNq，在焊接過程中，14MnNbq焊接性優于15MnVNq，因此可發現，除了材料所涉及到的材料影響焊接效果與焊接成本外，其焊接工藝不同，焊接效果與焊接成本也不同[4]。以板厚為25-32mm的鋼板對接埋弧焊為例，在焊接14MnNbq鋼時，需要對材料進行80-120e的預熱；然而在焊接15MnVNq是，需要預熱160-180e，預熱溫度升高代表人力資源投入、物力資源投入與能源整體消耗的增加。因此在條件允許情況下，應采用焊接性較好的材料，可有效降低總焊接成本。

三、結束語

從上文分析中可發現，在鋼結構焊接中，要對材料的焊接點、母材等因素進行分析，并結合所選材料的物理性能與機械性能進行分析，才能進一步提高焊接質量與焊接成本控制能力。本文經過分析發現，在材料焊接中具有以下幾方面特點：

（1）影響焊接質量的因素是多方面的，除傳統的母材與焊接技術外，還要充分考慮熱影響區對焊接質量的影響，在特殊情況下，熱影響區會成為影響焊接質量的關鍵。

（2）選擇高質量（焊接性能好）材料在簡化焊接流程的同時可敬意降低焊接總成本。

（3）材料焊接性是影響焊接質量的關鍵。

參考文獻：

[1]鄭繼水.談幾種金屬材料的焊接[J].價值工程，2013（13）：266-267.

[2]韓亞玲.金屬的焊接性及焊接材料[A].第十五次全國焊接學術會議論文集[C]，2011（07）：2-8.

[3]費翔.關于灰鑄鐵的焊接性的探討[J].價值工程，2014（01）：41-42.

[4]沈其文.材料成形工藝[M].武漢：華中科技大學出版社，2011：23-25.

[作者簡介]何正春（1987.01-），男，安徽蕪湖人，技術員，研究方向：起重機械。