法蘭焊接的四種主要類型

　　法蘭焊接性是指金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性。主要指在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度;或材料在限定的施工條件下，焊接成按規(guī)定設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)先服役要求的能力。焊接性受材料，焊接方法，構(gòu)件類型及使用要求四個(gè)因素的影響。焊接性主要包括：使用焊接性、工藝焊接性、冶金焊接性和熱焊接性。通常，把材料在焊接時(shí)形成裂紋的傾向及焊接接頭處性能變壞的傾向，作為評(píng)價(jià)材料焊接性能的主要指標(biāo)。焊接性的好壞與材料的化學(xué)成分及采用的工藝有關(guān)。在常用鋼材的焊接中，對(duì)焊接性影響最大的是碳，故常把鋼中碳含量的多少作為判別鋼材焊接性的主要標(biāo)志，含碳量越高，其焊接性越差。一般來(lái)說(shuō)，低碳鋼的焊接性能優(yōu)良，高碳鋼的焊接性能較差;鑄鐵的焊接性能更差。合金元素對(duì)焊接性能也將產(chǎn)生一定的影響，所以合金鋼的焊接性比非合金鋼差。收縮率小的金屬焊接性比較好。焊接性好的金屬，焊接接頭不易產(chǎn)生裂紋、氣孔和夾渣缺陷，而且有較高的力學(xué)性能。

　　焊接性主要包括：使用焊接性、工藝焊接性、冶金焊接性和熱焊接性。

　　(1)工藝焊接性和使用焊接性

　　焊接性包括兩個(gè)含義：一是接合性能，就是一定的材料在給定的焊接工藝條件下對(duì)形成焊接缺陷的敏感性;二是使用性能，指一定的材料在規(guī)定的焊接工藝條件下所形成的焊接接頭適應(yīng)使用要求的能力。前者稱為工藝焊接性，涉及焊接制造工藝過(guò)程中的焊接缺陷問題，如裂紋、氣孔、夾雜、斷裂等;后者稱為使用焊接性，涉及焊接接頭的使用可靠性問題。

　　法蘭焊接過(guò)程是一個(gè)獨(dú)特的“小冶金”過(guò)程，在熔化焊的條件下，焊縫和熱影響區(qū)經(jīng)歷了復(fù)雜但有規(guī)律的焊接熱循環(huán)。從理論上分析，任何金屬或合金，只要在熔化后能夠互相形成固溶體或共晶，都可以經(jīng)過(guò)熔焊形成接頭。同種金屬或合金之間可以形成焊接接頭，一些異種金屬或合金之間也可以形成焊接接頭，但有時(shí)需要通過(guò)加中間過(guò)渡層的方式實(shí)現(xiàn)連接。上述幾種情況都可以看作是“具有一定焊接性”，差別在于有的工藝簡(jiǎn)單，有的工藝復(fù)雜;有的接頭質(zhì)量高、性能好，有的接頭質(zhì)量低、性能差。所以，焊接工藝簡(jiǎn)單而接頭質(zhì)量高、性能好的，就稱為焊接性好;反之，就稱為焊接性差。因此，必須聯(lián)系工藝條件和使用性能來(lái)分析焊接性問題，由此提出了“工藝焊接性”和“使用焊接性”的概念。

　　總之，工藝焊接性是指金屬或材料在一定的焊接工藝條件下，能否獲得優(yōu)質(zhì)致密、無(wú)缺陷和具有一定使用性能的焊接接頭的能力。使用焊接性是指焊接接頭或整體焊接結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)條件所規(guī)定的各種性能的程度，包括常規(guī)的力學(xué)性能(強(qiáng)度、塑性、韌性等)或特定工作條件下的使用性能，如低溫韌性、斷裂韌性、高溫蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度、疲勞性能以及耐蝕性、耐磨性等。

　　(2)冶金焊接性和熱焊接性

　　對(duì)于熔焊來(lái)說(shuō)，焊接過(guò)程一般包括冶金過(guò)程和熱過(guò)程這兩個(gè)必不可少的過(guò)程。在焊接接頭區(qū)域，冶金過(guò)程主要影響焊縫金屬的組織和性能，而熱過(guò)程主要影響熱影響區(qū)的組織和性能。由此提出了冶金焊接性和熱焊接性的概念。

　　①冶金焊接性

　　冶金焊接性是指熔焊高溫下的熔池金屬與氣相、熔渣等相之間發(fā)生化學(xué)冶金反應(yīng)所引起的焊接性變化。這些冶金過(guò)程包括：合金元素的氧化、還原、蒸發(fā)，從而影響焊縫的化學(xué)成分和組織性能;氧、氫、氮等的溶解、析出對(duì)生成氣孔或?qū)缚p性能的影響;在焊縫結(jié)晶及冷卻過(guò)程中，由于焊接熔池的化學(xué)成分、凝固結(jié)晶條件以及接頭區(qū)熱脹冷縮和拘束應(yīng)力等影響，有時(shí)產(chǎn)生熱裂紋或冷裂紋。

　　除材料本身化學(xué)成分和組織性能的影響之外，焊接材料、焊接方法、工藝參數(shù)、保護(hù)氣體等對(duì)冶金焊接性有重要的影響。除了在研制新材料時(shí)可以改善冶金焊接性之外，還可以通過(guò)選擇新焊接材料、新焊接工藝等途徑來(lái)改善冶金焊接性。

　　②熱焊接性

　　法蘭焊接加熱過(guò)程中要向接頭區(qū)域輸入很多熱量，對(duì)焊縫附近區(qū)域形成加熱和冷卻過(guò)程，這對(duì)靠近焊縫的熱影響區(qū)的組織性能有很大影響，從而引起熱影響區(qū)硬度、強(qiáng)度、韌性、耐蝕性等的變化。

　　與焊縫金屬不同，焊接時(shí)熱影響區(qū)的化學(xué)成分一般不會(huì)發(fā)生明顯的變化，而且不能通過(guò)改變焊接材料來(lái)進(jìn)行調(diào)整，即使有些元素可以由熔池向熔合區(qū)或熱影響區(qū)粗晶區(qū)擴(kuò)散，那也是很有限的。因此，母材本身的化學(xué)成分和物理性能對(duì)熱焊接性具有十分重要的意義。工業(yè)上大量應(yīng)用的金屬或合金，對(duì)焊接熱過(guò)程有反應(yīng)，會(huì)發(fā)生組織和性能的變化。即使是一些不發(fā)生相變的純鋁、純鎳、純鉬等，經(jīng)過(guò)焊接熱過(guò)程的影響，也會(huì)由于晶粒長(zhǎng)大或形變硬化消失而使其性能發(fā)生較大變化。

　　為了改善熱焊接性，除了選擇母材之外，還要正確選定焊接方法和熱輸入(如工藝參數(shù))。例如，在需要減少焊接熱輸入時(shí)，可以選用能量密度大、加熱時(shí)間短的電子束焊、等離子弧焊等方法，并采用熱輸入小的焊接參數(shù)以改善熱焊接性。此外，焊前預(yù)熱、緩冷、水冷、加冷卻墊板、焊后熱處理等工藝措施也都可以影響熱焊接性。