鋼鐵材料的焊接技術進步

摘 要：現階段，焊接技術不僅強調效率與質量，而且要追求環保。然而，焊接質量水平的保障是非常困難的，為了在一定程度上確保質量，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。在先進數據庫技術以及模擬技術的進步發展之下，手工操作焊接工作已經大大減少了，再加上新工藝與新材料的出現，使高水平焊接逐漸成為可能。本文就鋼鐵材料的焊接技術進步展開詳細論述。

關鍵詞：鋼鐵材料；焊接技術；進步

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

人類生存隨著物質材料的發展以及應用，經歷了石器時代、銅器時代以及鐵器時代，現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結構以及工具器械的重要物質，在實際生產生活中發揮著重要作用。因此，我們必須要高度重視鋼鐵材料在焊接技術上的發展，從根本上實現鋼鐵材料的更好應用。

1 鋼鐵工業發展對焊接技術的影響

在鋼鐵工業不斷進步發展的前提下，精煉凈化技術、晶粒細化技術、組織調控技術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化，給焊接工作帶來了諸多啟示[1]。具體體現在以下幾個方面：第一，新技術的應用，在一定程度上改善了鋼鐵材料的焊接性能，在鋼材碳當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得到了改善；鋼鐵材料中的硫元素以及磷元素等雜質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，從而為結構所具有的安全性提供了保障。然而焊接結構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工作提出更高要求。因此，現階段，怎樣保持焊縫純凈、使焊縫力學的母材以及性能相近等都成為焊材研發的重點問題。

2 鋼鐵材料焊接技術進步的具體表現

2.1 焊縫組織調控技術

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。當合金含量相對較少的時候會生成相應的針狀鐵素體，而當合金含量比較多的時候不不會出現鐵素體了，將會出現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，其主要取決于相應的熱輸入、接頭形式、道間溫度以及接頭尺寸等。從專業化角度出發，接頭尺寸將會影響到焊接技術中焊縫冷卻條件，還會對熔合比造成影響，使焊接技術的焊縫化學成分以及組織發生變化。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。當接頭或者是坡口形式已經固定的條件下，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

根據相關研究結果顯示，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。從專業化角度出發，在焊條電弧焊以及埋弧焊當中焊縫的氧含量相對來說偏高，大部分在0.03%之上[4]。當進行氣體保護焊的時候，相應的保護氣體成分以及焊縫含氧量之間存在密切聯系，對氣體進行有效控制之后可以更好地控制焊縫含氧量。數據表明，當抗拉強度已經達到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的含量會日益下降，從而提升焊縫韌性。還有相關研究人員發現，焊縫當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。現階段，鈦硼復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組織。而如果往焊縫當中過渡微量硼元素，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重要的作用。

2.3 焊縫金屬晶粒細化

鑄造狀態焊縫以及軋制狀態鋼材相比較，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具體范圍，然后改變柱狀晶尺寸以及形態，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中加入一定量的合金元素，進而起到相應的變質處理作用，進一步細化結晶組織。從另一方面入手，可以采用規范化的多道焊技術，從而使柱狀晶區發生重結晶，減少柱狀晶區比例。在應用多道焊接技術的時候，后續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 結語

總而言之，近年來，鋼鐵材料的焊接性能發生了較大變化，焊接技術也得到了進步發展。具體來說，鋼鐵材料焊接技術的進步主要表現在焊縫組織調控技術與焊接熔池凈化技術應用以及焊縫金屬晶粒細化上。相信隨著焊接技術的進步，我國的鋼鐵工業將會獲得更健康的發展。

參考文獻：

[1]李曉延，武傳松，李午申.中國焊接制造領域學科發展研究[J].機械工程學報，2012（06）：19-31.

[2]宋天虎.關于焊接技術與產業發展的粗淺思考[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.中國電站用鋼技術現狀和未來發展[J].鋼鐵，2011（03）：1-5.

[5]王國棟.我國熱軋板帶技術的進步和發展趨勢——紀念《軋鋼》雜志創刊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管理。