鋼鐵材料焊接及接合技術開發動向

鄭婷婷

（新疆八一鋼鐵股份有限公司制造管理部，新疆 烏魯木齊 830022）

在鋼鐵產品的生產過程中，對金屬的焊接與接合是非常關鍵的一到生產工序。因此，推動新的鋼鐵材料焊接與結合技術的研究開發是非常重要的。我們可以同過引進結合開發的形式不斷提高企業焊接、接合技術水平，提高產品的安全性，達到節約生產成本的目的。在焊接與結合技術的開發中我們要將高效率，高精度，清潔環保節能作為技術開發的著重點。下面本文就對當前鋼鐵材料焊接與結合的新技術的開發應用進行分析。

1 金屬系的焊接、接合

1.1 電子束焊法

我們一般將金屬系新材料分為以超合金為主的熔融不損害強化機理材料，以及以復合材料為主的熔融在根本上損害強化機理材料。在鋼鐵材料焊接與接合的工作中。如果我們針對哈斯特洛伊鎳基耐蝕耐熱合金X、X等超合金進行焊接時，可以采用電子束焊法，除了上文所說的超合金材料，電子束焊法同樣也適用于因沃斯帕洛倍鐐合金與尤迪梅特700，IN-738LC.A-286,燒結合金等。除此之外，本文還針對鋼鐵材料焊接中焊接裂紋的敏感性進行了分析，并探討了氣孔的生成原因，金屬材料的抗腐蝕性、抗蠕變，抗疲勞性能等等。電子束焊法除了適用于各種鋼鐵以及金屬系材料的焊接與接合，同時也適用于氣體渦輪機的焊接工作，在火箭發動機的焊接工作中也受到了廣泛的應用。

1.2 激光焊接法

激光焊接相比于電子束焊法，更實用與各種剛精度高性能的焊接工作環境，能夠在大氣中進行焊接工作。激光焊接法的有點在于更容易控制，實現各種高精度的焊接工作，同時能夠支持高性能運轉。機關焊接法能夠充分地應用在氣體渦輪的焊接工作中。在上世紀末，隨著燃料電池在汽車上應用逐漸廣泛，為了將燃料電池焊接在小汽車上，出現了兩種焊接手法，分別是固相擴散焊接與液相擴散焊接。在實際的焊接工作中，激光焊接技術能夠有效地消除點焊壓痕，同時降低外板波紋狀變形，最后達到優化車輛外觀的目的。在產品的生產中，為了提高焊縫強度，我們可以使用線狀焊接來代替點接合的方法，通過借助高速激光焊接降低產品的生產周期。在實際的焊接工作中，激光焊接技術能夠有效地消除點焊壓痕，同時降低外板波紋狀變形，實現產品的外觀優化。在對金屬系復合材料進行接合時激光焊接法是最合適的手法，在工作中可能會需要嵌入金屬。

1.3 HIP散擴散焊技術

隨著對新技術開發的進步，以美國、歐盟等西方國家為首針對新材料的研發以及焊接技術的開發研究活動非?；钴S，固相擴散焊主要運用在燒結合金的焊接工作中，同時也適用于對尤迪梅特700等顆粒彌散強化合金的接合工作。HIP擴散焊技術正在日益廣泛的運用中收到了行業內部人士的關注。液相擴散焊相比于擴散焊技術，不需要高精度的研磨加工就能夠達到同母材相似機械性能與抗腐蝕性能，并且因為優秀的性能，作為精密面接合技術在行業內充分地嶄露頭角。當前對這一技術的研究方向主要有熔融反應過程研究、等溫凝固以及均質化的過程研究等。除了上文所說的應用領域，HIP散擴散焊技術與結合技術同樣能夠在其他超合金的焊接中使用。同時，HIP散擴散焊技術的備溫拉伸性能優秀，蠕變斷裂性能優秀，也被廣泛的使用于噴氣發動機的定子葉片接合中，它不僅是定子葉片結合的優秀方法，同時也是修理渦輪葉片的最主要，最優方法。

1.4 金屬間化合物的焊接、接合

向Ni3Al內添加一定量的B,加強其延性，同時結合耐熱性結構材料的研究促進金屬間化合物的焊接、接合技術的研究進步。在對這些技術領域研究過程當中，以美國為主的發達國家，針對 Ni3Al 在電子束焊時熱影響區的焊接裂紋問題進行了重點研究，在實驗過程中試圖采取添加適量B或Hf的方法，避免Ni3Al在電子束焊時熱影響區的焊接裂紋的產生。在另一方面，在研究中，還通過采取降低焊接與冷卻速度的方法，視同借此來達到降低殘余應力，從而避免裂紋產生的目的。同時，美國在研究過程中也隊 Ti-14Al-21Nb合金的TIG焊接裂紋問題進行了分析。在研究中，工作人員發現：冷卻速度越高，裂紋出現的幾率越高，其敏感程度越高。不過如果我們繼續提高冷卻速度時，α2的析岀也歲之間小，裂紋敏感性也逐漸降低。而為了解決TiAl在EBW焊接時出現的低溫裂紋問題，我們可以通將其預熱300℃以上，同時降低冷卻速度，達到防治出現焊接裂的現象。

1.5 陶瓷接合

陶瓷的接合冰粉單純的陶瓷之間的接合，同時還包括其與金屬的接合。對于陶瓷與金屬接合的研究主要體現在陶瓷接合的粘結性以及兩者的反應種類、生成物等等方面。陶瓷接合過程中的反應生成層成長很快，針對接合界面的 陶瓷和金屬接合的基本研究 課題有粘結性、反應種類、反應生成物等。我們在以陶瓷為主要結構材料時，與鋼鐵金屬材料接合的接頭特性，是目前我們在陶瓷接合技術研究中的最主要的課題。舉個例子來說，在Si3N4與M。接合的 接頭拉伸強度達到最大后，反應層厚度也會隨之増加，進而使得整體的強度的迅速降低。

1.6 摩擦攪拌接合

摩擦攪拌接合法是TWI所研究出的一種固相結合方法，主要適用于針對于以鋁為主的低熔點的鋼鐵結束材料的結合工作中。相比于電弧焊接法，摩擦攪拌結合由于沒有熔融與凝固這一環節，因此能夠避免出現裂紋以及氣孔。同時在結合過程中由于材料的熱量較低，發生的變形程度也非常小，焊接的焊縫穩定，優秀，能夠有效地減少工期，達到節約生產成本的效果。

當前摩擦攪拌接合法主要應用于以鐵道車輛車體為主的各種鋁合金產品，一般主要適用于對于側墻板的焊接工作中。

1.7 摩擦攪拌點接合

摩擦攪拌點接合與摩擦攪拌接合采用的工具一致，但是摩擦攪拌點接合的接合工具是通過將材料壓如弓箭并進行攪拌的方式，相比于傳統電阻點電焊其接頭的強度更加優秀，并且能夠極大程度的減少熱變形情況，同時還能夠有效的降低耗電量與焊接煙塵。一些企業將摩擦攪拌點接合法運用在高速新干線的鋁合金清涼車體的生產過程中。由于新一代的超高速車體為了實現輕量化發展，就需要將車體薄壁化，因此傳統的電弧焊接與電阻點焊無法有限的滿足這一需求，我們就可以將摩擦攪拌點接合法運用到新一代車體的生產中。目前正在鋁合金構件上推廣 應用，而且，為了將摩擦攪拌點接合用于高強度鋼和不銹鋼，已開始進行長壽命接合工具的開發研究。

2 各種焊接的特點以及在生產中的應用

2.1 激光焊接

激光焊接法的有點在于更容易控制，實現各種高精度的焊接工作，同時能夠支持高性能運轉。機關焊接法能夠充分地應用在氣體渦輪的焊接工作中。其最主要的特點在于其高能密度與精密控制性,在汽車產品的生產中，激光焊接主要運用在等薄板的高速、低變形焊接工作中。一切汽車生產企業充分地利用激光焊接的特點來加強不銹鋼通勤車輛的車體外板和構架。在實際的焊接工作中，激光焊接技術能夠有效地消除點焊壓痕，同時降低外板波紋狀變形，最后達到優化車輛外觀的目的。在產品的生產中，為了提高焊縫強度，我們可以使用線狀焊接來代替點接合的方法，通過借助高速激光焊接降低產品的生產周期。在西日本鐵道公司和JR東日本的鐵道車體制造中，激光焊接技術受到了普遍的應用，今后也將在車輛制造中起到重要的作用。

2.2 新的電弧焊接

在船舶、橋梁等生產大型機械構件的重工業企業生產中，為了提高焊接效率，促進產品生產的自動化，一些重工業企業在生產中發展處了一多關節機器人為中心，借助自動化生產設備來提高焊接工藝的質量的生產工藝。

例如電弧焊接機器人“FA-10”，這個機器人主要運用在船用柴油機結構件的焊接工作中。在長時間的焊接工作中，我們能夠通過機器人來收集焊接工序,坡口線誤差修正的經驗和技巧。

同時，在不斷地研究過程中，研究人員提出的活性氣體保護弧焊法收到了行業內人士的廣泛關注，這一焊接法的原理是通過每把焊槍送出2根焊絲的形式，實現控制電弧的同時開展高速大熔敷焊接。這一焊接法能夠能夠有效地降低產品的變形力度，同時能夠滿足高精度的產品生產需求。能夠有效地滿足電機、摩托車等對于產品的變形程度以及零件的精度有著極高的要求以及生產標準的產品，活性氣體保護弧焊法的施工效率非常高，一些企業將其運用在各種厚板產品的生產應用中。

2.3 薄板的地變形焊接工藝

在生產以電機、摩托車為代表的薄板結構產品過程中，由于這些產品對于產品的變形程度以及零件的精度有著極高的要求以及生產標準，我們就需要施工高精度的焊接技術。一般我們主要使用新的電弧焊接法來生產這些低變形與高精度要求的產品生產中。在實際的生產過程中，我們主要使用活性氣體保護弧焊法，這種焊法能有有效的消除短路，同時由于焊絲的收縮力，我們能夠用其代替高電流產生的夾緊力。 活性氣體保護弧焊法的有點在于能極大程度而降低焊接的輸入熱,同時還能夠避免焊接物大量飛濺。在實際運用中，部分企業已經實現了對應的機器人組合，根據產品的要求不同確定施焊技術，同時加大對各種薄板產品的焊接與接合技術研究。

3 總結

在近些年來，我國對于新材料的研發下了很大的力度，誕生了各種金屬復合材料例如各種超合金、單向凝固合金材料、共晶合金等等。本文主要在這一環境下對于這些鋼鐵合金材料的焊接技術開發應用進行了探討分析。同時分別介紹了電子束焊法、激光焊接法、HIP散擴散焊技術、陶瓷接合、摩擦攪拌接合、摩擦攪拌點接合等各種傳統與心得鋼鐵材料產品的焊接與接合技術。同時針對一些新的焊接與結合技術的特點以及主要應用進行了分析。在鋼鐵產品的生產過程中，對金屬的焊接與接合是非常關鍵的一到生產工序。因此，推動新的鋼鐵材料焊接與結合技術的研究開發是非常重要的。在焊接與結合技術的開發中我們要將高效率，高精度，清潔環保節能作為技術開發的著重點。推動新的鋼鐵材料焊接與結合技術的研究開發是非常重要的。我們可以同過引進結合開發的形式不斷提高企業焊接、接合技術水平，提高產品的安全性，達到節約生產成本的目的。