鋼鐵材料焊接及接合技術(shù)開發(fā)動向

李廣峰

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。

關(guān)鍵詞：鋼鐵材料;焊接技術(shù);進步

中圖分類號：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。人類從進步發(fā)展的石器時代就到了鋼鐵時代，鋼鐵材料在人們生產(chǎn)與生活過程中的運用也十分廣泛，對人們生活質(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)上開發(fā)與完善，最大限度滿足人們的實際需要。

1、鋼鐵材料焊接技術(shù)進步的具體表現(xiàn)

1.1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。

1.2熔池凈化

實踐結(jié)果表明，在鋼鐵焊接過程中，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，鋼鐵材料的韌性得到明顯提升。若從專業(yè)角度對其進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用埋弧焊和電弧焊兩種方式進行焊接時，焊縫中所含氧量明顯偏高，通常不小于0.03%。采取氣體保護焊接方式時，所使用的保護性氣體會對焊縫產(chǎn)生影響，改變其含氧量，因此可以通過控制保護氣體實現(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抗拉強度的焊縫金屬，其沖擊能力可以達到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)生良好促進作用。微量氧會在焊縫中形成具有彌散特性的夾雜物，在焊接過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其韌性提高的成分結(jié)構(gòu)，使韌性的進一步提升成為可能。我國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)用過程中，通過對焊縫中鈦成分的過渡，實現(xiàn)措施應(yīng)用合理性的提升，對焊縫中雜質(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。該措施對焊縫組織細化有一定積極效果。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，最終達到提高韌性、促進焊接質(zhì)量提升的目的。

1.3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。

2、鋼鐵材料焊接及接合技術(shù)開發(fā)動向

2.1造船領(lǐng)域

有關(guān)于大型集裝箱船開發(fā)中為確保安全性的焊接設(shè)計和施工技術(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)建船體過程中的應(yīng)用案例，以及對使用激光·電弧混合焊接的非負荷傳導(dǎo)HT780接頭疲勞強度的控制因素和作業(yè)管理等進行了研究。

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)的進展及前景的介紹，對汽車車身用焊接技術(shù)、提高汽車車身用超高強鋼板焊接部位可靠性、對單側(cè)多點焊接中熔核形成行為的影響因素、電阻點焊接頭的強度評價方法等方面進行了研究。圍繞用于行走部分、底盤的焊接，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鋼板焊接部位疲勞強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，研究了單點電弧焊法、雙點焊法的相關(guān)內(nèi)容。除了與一般性異種金屬接合方法的種類進行比較外，還以汽車領(lǐng)域為中心匯集了對于異種材料接合的總體研究和技術(shù)，報告了連接技術(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

隨著我國工業(yè)發(fā)展，對鋼鐵需求量不斷提升，在人們環(huán)保意識提升的促進下，有必要尋求更加先進的焊接技術(shù)，實現(xiàn)焊接工作的節(jié)能環(huán)保，促進其焊接質(zhì)量提升。焊縫組織問題以及材料中雜質(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題，應(yīng)用有效措施對焊縫組織進行控制，并應(yīng)用熔池凈化技術(shù)使鋼材中雜質(zhì)減少，針對焊接中產(chǎn)生的粗大金屬晶粒進行細化，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。因此要不斷促進焊接技術(shù)提升，為我國鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)現(xiàn)提供有力支持。

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