鋼鐵材料焊接及接合技術(shù)開(kāi)發(fā)動(dòng)向

李春虎

摘要：人類生存隨著物質(zhì)材料的發(fā)展以及應(yīng)用，經(jīng)歷了石器時(shí)代、銅器時(shí)代以及鐵器時(shí)代，現(xiàn)在是鐵器時(shí)代和多維材料時(shí)代相互交叉的時(shí)代，而鋼鐵材料作為人類生產(chǎn)結(jié)構(gòu)以及工具器械的重要物質(zhì)，在實(shí)際生產(chǎn)生活中發(fā)揮著重要作用。因此，我們必須要高度重視鋼鐵材料在焊接技術(shù)上的發(fā)展，從根本上實(shí)現(xiàn)鋼鐵材料的更好應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鋼鐵材料;焊接技術(shù);進(jìn)步

中圖分類號(hào)：TG142，TG42，TG44

引言

物質(zhì)材料的極大豐富人們生活的基本需求得到了最大限度的滿足。人類從進(jìn)步發(fā)展的石器時(shí)代就到了鋼鐵時(shí)代，鋼鐵材料在人們生產(chǎn)與生活過(guò)程中的運(yùn)用也十分廣泛，對(duì)人們生活質(zhì)量的影響非常大，所以技術(shù)工作人員必須重視鋼鐵材料在焊接技術(shù)上開(kāi)發(fā)與完善，最大限度滿足人們的實(shí)際需要。

1、鋼鐵材料焊接技術(shù)進(jìn)步的具體表現(xiàn)

1.1焊縫組織調(diào)控技術(shù)

針對(duì)低合金鋼，為了在實(shí)際工作中得到更高韌性以及強(qiáng)度，其最好的焊縫組織就是低碳馬氏體、針狀鐵素體以及下貝氏體。當(dāng)合金含量相對(duì)較少的時(shí)候會(huì)生成相應(yīng)的針狀鐵素體，而當(dāng)合金含量比較多的時(shí)候不不會(huì)出現(xiàn)鐵素體了，將會(huì)出現(xiàn)貝氏體或者是馬氏體，有的時(shí)候還會(huì)生成殘余奧氏體[2]。這種情況下，我們認(rèn)為生成板條狀馬氏體以及下貝氏體最為適宜，應(yīng)避免生成上貝氏體與孿晶馬氏體。從組織生成條件上來(lái)看，主要包括兩方面的因素，第一種是合金成分，尤其是主要元素含量;第二種在于冷卻速度，其主要取決于相應(yīng)的熱輸入、接頭形式、道間溫度以及接頭尺寸等。從專業(yè)化角度出發(fā)，接頭尺寸將會(huì)影響到焊接技術(shù)中焊縫冷卻條件，還會(huì)對(duì)熔合比造成影響，使焊接技術(shù)的焊縫化學(xué)成分以及組織發(fā)生變化。比如角焊縫冷卻速度能夠是同樣板厚對(duì)接焊縫的大約1.5倍。因此，我們可以認(rèn)為角焊縫與對(duì)接焊縫比較，前者的強(qiáng)度偏高，且塑性以及韌性偏低。當(dāng)接頭或者是坡口形式已經(jīng)固定的條件下，可以采用小截面形式的多層多道焊，從而提升焊縫金屬實(shí)際韌性[3]。針對(duì)固溶強(qiáng)化類型的焊縫金屬，其多層以及多道焊是非常有利的，然而針對(duì)沉淀強(qiáng)化類型的焊縫金屬來(lái)說(shuō)，因存在第二相析出，所以多層多道焊相對(duì)來(lái)說(shuō)并不一定有利，必須要進(jìn)行具體情況具體分析。

1.2熔池凈化

實(shí)踐結(jié)果表明，在鋼鐵焊接過(guò)程中，其焊縫含氧量與材料韌性有極大聯(lián)系，韌性與含氧量成反比關(guān)系，含氧量越少，則韌性越好。當(dāng)含氧量在0.02%以下時(shí)，鋼鐵材料的韌性得到明顯提升。若從專業(yè)角度對(duì)其進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用埋弧焊和電弧焊兩種方式進(jìn)行焊接時(shí)，焊縫中所含氧量明顯偏高，通常不小于0.03%。采取氣體保護(hù)焊接方式時(shí)，所使用的保護(hù)性氣體會(huì)對(duì)焊縫產(chǎn)生影響，改變其含氧量，因此可以通過(guò)控制保護(hù)氣體實(shí)現(xiàn)含氧量控制。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在-50℃氣溫條件下，應(yīng)用1000Ma抗拉強(qiáng)度的焊縫金屬，其沖擊能力可以達(dá)到100J甚至更多。另外，在堿度逐漸提升的條件下，焊縫中所含有的硫、氧等成分會(huì)不斷減少，使焊縫中雜質(zhì)降低、韌性得到有效提升。鋼鐵焊縫中微量氧的存在能夠?qū)ζ漤g性產(chǎn)生良好促進(jìn)作用。微量氧會(huì)在焊縫中形成具有彌散特性的夾雜物，在焊接過(guò)程中為針狀鐵素體的形成提供基礎(chǔ)，成為該物質(zhì)的核心，從而形成更多能夠促進(jìn)其韌性提高的成分結(jié)構(gòu)，使韌性的進(jìn)一步提升成為可能。我國(guó)目前所使用的提升材料韌性的措施主要為鈦硼復(fù)合方式，這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)材料的韌化，使其韌性提高。在應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)對(duì)焊縫中鈦成分的過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)措施應(yīng)用合理性的提升，對(duì)焊縫中雜質(zhì)氮以及氧成分的脫離具有較好作用，能夠使核心在韌性提升中的效用得到有效提高。該措施對(duì)焊縫組織細(xì)化有一定積極效果。如果在焊接中應(yīng)用微量硼成分向焊縫內(nèi)部過(guò)渡，可以使粗大鐵素體結(jié)構(gòu)組織的形成速度得到明顯降低，最終達(dá)到提高韌性、促進(jìn)焊接質(zhì)量提升的目的。

1.3焊縫金屬晶粒細(xì)化

鑄造狀態(tài)焊縫以及軋制狀態(tài)鋼材相比較，兩者是存在較大差異的，前者焊縫金屬在凝固之后會(huì)形成相應(yīng)的柱狀晶組織，因此細(xì)化焊縫必須要從柱狀晶的細(xì)化入手。具體來(lái)說(shuō)，一方面要最大限度減少柱狀晶區(qū)具體范圍，然后改變柱狀晶尺寸以及形態(tài)，采用較低熱輸入方式，降低焊接的實(shí)際電流情況。在實(shí)際工作中，我們還可以往熔池當(dāng)中加入一定量的合金元素，進(jìn)而起到相應(yīng)的變質(zhì)處理作用，進(jìn)一步細(xì)化結(jié)晶組織。從另一方面入手，可以采用規(guī)范化的多道焊技術(shù)，從而使柱狀晶區(qū)發(fā)生重結(jié)晶，減少柱狀晶區(qū)比例。在應(yīng)用多道焊接技術(shù)的時(shí)候，后續(xù)焊道需要對(duì)先焊焊道中沒(méi)有熔化的實(shí)施熱處理，使組織細(xì)化。

2、鋼鐵材料焊接及接合技術(shù)開(kāi)發(fā)動(dòng)向

2.1造船領(lǐng)域

有關(guān)于大型集裝箱船開(kāi)發(fā)中為確保安全性的焊接設(shè)計(jì)和施工技術(shù)、用于集裝箱船電弧焊焊絲、混合串聯(lián)磁焊在造船領(lǐng)域的應(yīng)用等方面的研究。另外，最近還介紹了單面埋弧焊技術(shù)、大線能量埋弧焊新型裝置及技術(shù)。此外，還有在船舶領(lǐng)域中采用爆炸焊技術(shù)的異種材料接合的相關(guān)研究。

2.2激光焊接

匯集了激光焊接、加工的最新技術(shù)，介紹了超高功率輸出激光焊接、采用熱焊絲·激光焊接的厚鋼板立焊技術(shù)相關(guān)內(nèi)容。另外還有關(guān)于激光·電弧混合焊接方面的研究，并介紹了激光·電弧混合焊接在構(gòu)建船體過(guò)程中的應(yīng)用案例，以及對(duì)使用激光·電弧混合焊接的非負(fù)荷傳導(dǎo)HT780接頭疲勞強(qiáng)度的控制因素和作業(yè)管理等進(jìn)行了研究。

2.3薄板相關(guān)的焊接技術(shù)

有關(guān)于汽車領(lǐng)域焊接技術(shù)的進(jìn)展及前景的介紹，對(duì)汽車車身用焊接技術(shù)、提高汽車車身用超高強(qiáng)鋼板焊接部位可靠性、對(duì)單側(cè)多點(diǎn)焊接中熔核形成行為的影響因素、電阻點(diǎn)焊接頭的強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法等方面進(jìn)行了研究。圍繞用于行走部分、底盤(pán)的焊接，研究了焊接技術(shù)及焊接材料、焊接作業(yè)方法等，介紹了提高用于汽車行走部分的超高強(qiáng)鋼板焊接部位疲勞強(qiáng)度和薄板搭接角焊縫的激光電弧混合焊接技術(shù)。

2.4鋼板與其他材料間的多材料接合

有汽車領(lǐng)域多材料化和異種材料接合技術(shù)的相關(guān)介紹，研究了單點(diǎn)電弧焊法、雙點(diǎn)焊法的相關(guān)內(nèi)容。除了與一般性異種金屬接合方法的種類進(jìn)行比較外，還以汽車領(lǐng)域?yàn)橹行膮R集了對(duì)于異種材料接合的總體研究和技術(shù)，報(bào)告了連接技術(shù)、利用摩擦的異種材料接合、采用FSSW的異種材料接合、應(yīng)用FSW·電阻點(diǎn)焊的金屬-CFRP接合、采用激光的塑料與金屬的直接接合性及其腐蝕特性、爆炸壓接、沖擊壓接、采用銅制插件的鍍鋅鋼板與鋁合金板的摩擦錨接等。

結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)工業(yè)發(fā)展，對(duì)鋼鐵需求量不斷提升，在人們環(huán)保意識(shí)提升的促進(jìn)下，有必要尋求更加先進(jìn)的焊接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)焊接工作的節(jié)能環(huán)保，促進(jìn)其焊接質(zhì)量提升。焊縫組織問(wèn)題以及材料中雜質(zhì)的存在是影響焊接質(zhì)量以及阻礙焊縫韌性提升的主要問(wèn)題，應(yīng)用有效措施對(duì)焊縫組織進(jìn)行控制，并應(yīng)用熔池凈化技術(shù)使鋼材中雜質(zhì)減少，針對(duì)焊接中產(chǎn)生的粗大金屬晶粒進(jìn)行細(xì)化，以上焊接技術(shù)的應(yīng)用都給鋼鐵焊接質(zhì)量的提升提供的良好條件，對(duì)焊接中環(huán)境污染物質(zhì)的排放起到了極好的控制作用。因此要不斷促進(jìn)焊接技術(shù)提升，為我國(guó)鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)現(xiàn)提供有力支持。

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