鋼鐵材料的焊接技術(shù)進步

摘 要：現(xiàn)階段，焊接技術(shù)不僅強調(diào)效率與質(zhì)量，而且要追求環(huán)保。然而，焊接質(zhì)量水平的保障是非常困難的，為了在一定程度上確保質(zhì)量，要求各個廠家都要有效提升焊接的自動化程度，進一步減少手工操作程度。在先進數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及模擬技術(shù)的進步發(fā)展之下，手工操作焊接工作已經(jīng)大大減少了，再加上新工藝與新材料的出現(xiàn)，使高水平焊接逐漸成為可能。本文就鋼鐵材料的焊接技術(shù)進步展開詳細論述。

關(guān)鍵詞：鋼鐵材料；焊接技術(shù)；進步

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.005

人類生存隨著物質(zhì)材料的發(fā)展以及應(yīng)用，經(jīng)歷了石器時代、銅器時代以及鐵器時代，現(xiàn)在是鐵器時代和多維材料時代相互交叉的時代，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，從根本上實現(xiàn)鋼鐵材料的更好應(yīng)用。

1 鋼鐵工業(yè)發(fā)展對焊接技術(shù)的影響

在鋼鐵工業(yè)不斷進步發(fā)展的前提下，精煉凈化技術(shù)、晶粒細化技術(shù)、組織調(diào)控技術(shù)以及微合金化等所引起的鋼鐵品種日益增加與鋼鐵性能日益優(yōu)化，給焊接工作帶來了諸多啟示[1]。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，新技術(shù)的應(yīng)用，在一定程度上改善了鋼鐵材料的焊接性能，在鋼材碳當(dāng)量不斷降低的背景下，鋼鐵材料所具有的抗冷裂紋能力已經(jīng)得到了改善；鋼鐵材料中的硫元素以及磷元素等雜質(zhì)在凈化水平上的提升，提升了鋼鐵材料的抗層狀撕裂、抗熱裂紋以及抗再熱裂紋能力，有效改善了鋼鐵材料的抗腐蝕性能以及抗蠕變脆性能。第二，鋼鐵材料的力學(xué)性能有了大幅度提升，尤其是韌性，可以在高強度條件下維持較好的韌性，從而為結(jié)構(gòu)所具有的安全性提供了保障。然而焊接結(jié)構(gòu)的進步卻中拉大了焊縫以及母材間的差距，將會對焊接材料研發(fā)工作提出更高要求。因此，現(xiàn)階段，怎樣保持焊縫純凈、使焊縫力學(xué)的母材以及性能相近等都成為焊材研發(fā)的重點問題。

2 鋼鐵材料焊接技術(shù)進步的具體表現(xiàn)

2.1 焊縫組織調(diào)控技術(shù)

針對低合金鋼，為了在實際工作中得到更高韌性以及強度，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)合金含量相對較少的時候會生成相應(yīng)的針狀鐵素體，而當(dāng)合金含量比較多的時候不不會出現(xiàn)鐵素體了，將會出現(xiàn)貝氏體或者是馬氏體，有的時候還會生成殘余奧氏體[2]。這種情況下，我們認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)，接頭尺寸將會影響到焊接技術(shù)中焊縫冷卻條件，還會對熔合比造成影響，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接焊縫的大約1.5倍。因此，我們可以認為角焊縫與對接焊縫比較，前者的強度偏高，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際韌性[3]。針對固溶強化類型的焊縫金屬，其多層以及多道焊是非常有利的，然而針對沉淀強化類型的焊縫金屬來說，因存在第二相析出，所以多層多道焊相對來說并不一定有利，必須要進行具體情況具體分析。

2.2 焊接熔池凈化技術(shù)

根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果顯示，焊縫氧含量越低的時候，其韌性就會越高，尤其是氧含量小于0.02%的時候，可以有效改善其韌性。從專業(yè)化角度出發(fā)，在焊條電弧焊以及埋弧焊當(dāng)中焊縫的氧含量相對來說偏高，大部分在0.03%之上[4]。當(dāng)進行氣體保護焊的時候，相應(yīng)的保護氣體成分以及焊縫含氧量之間存在密切聯(lián)系，對氣體進行有效控制之后可以更好地控制焊縫含氧量。數(shù)據(jù)表明，當(dāng)抗拉強度已經(jīng)達到1000MPa的TIG焊焊縫金屬，一般情況在-50攝氏度條件下的沖擊功能能夠達到100J之上[5]。此外，在堿度不斷提高的情況下，焊縫中氧以及硫等雜質(zhì)的含量會日益下降，從而提升焊縫韌性。還有相關(guān)研究人員發(fā)現(xiàn)，焊縫當(dāng)中的微量氧具有積極作用，能夠形成一定的彌散夾雜物，并成為針狀鐵素體的核心，使其存在更多可以提升鋼鐵材料韌性的組織?，F(xiàn)階段，鈦硼復(fù)合韌化屬于可行性相對較高的提升韌性的方法之一，在焊縫中合理過渡一定量鈦，不僅能夠脫氧還可以脫氮，新相生核核心作用顯著，可以在一定程度上細化焊縫的相關(guān)組織。而如果往焊縫當(dāng)中過渡微量硼元素，則能夠有效抑制先共析鐵素體等粗大組織的快速形成，進而對焊縫韌性的改善起到至關(guān)重要的作用。

2.3 焊縫金屬晶粒細化

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形成相應(yīng)的柱狀晶組織，因此細化焊縫必須要從柱狀晶的細化入手。具體來說，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，降低焊接的實際電流情況。在實際工作中，我們還可以往熔池當(dāng)中加入一定量的合金元素，進而起到相應(yīng)的變質(zhì)處理作用，進一步細化結(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)的時候，后續(xù)焊道需要對先焊焊道中沒有熔化的實施熱處理，使組織細化。

3 結(jié)語

總而言之，近年來，鋼鐵材料的焊接性能發(fā)生了較大變化，焊接技術(shù)也得到了進步發(fā)展。具體來說，鋼鐵材料焊接技術(shù)的進步主要表現(xiàn)在焊縫組織調(diào)控技術(shù)與焊接熔池凈化技術(shù)應(yīng)用以及焊縫金屬晶粒細化上。相信隨著焊接技術(shù)的進步，我國的鋼鐵工業(yè)將會獲得更健康的發(fā)展。

參考文獻：

[1]李曉延，武傳松，李午申.中國焊接制造領(lǐng)域?qū)W科發(fā)展研究[J].機械工程學(xué)報，2012（06）：19-31.

[2]宋天虎.關(guān)于焊接技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的粗淺思考[J].焊接，2012（07）：8-13.

[3]李午申，邸新杰，唐伯鋼等.中國鋼材焊接性及焊接材料的進展[J].焊接，2013（03）：1-7+69.

[4]劉正東，程世長，唐廣波等.中國電站用鋼技術(shù)現(xiàn)狀和未來發(fā)展[J].鋼鐵，2011（03）：1-5.

[5]王國棟.我國熱軋板帶技術(shù)的進步和發(fā)展趨勢——紀(jì)念《軋鋼》雜志創(chuàng)刊30周年[J].軋鋼，2014（04）：1-8.

作者簡介：張緒鵬（1984-），男，山東五蓮人，本科，助理工程師，研究方向：機械加工與焊接及生產(chǎn)管理。