钢铁材料焊接及接合技术开发动向

郑婷婷

（新疆八一钢铁股份有限公司制造管理部，新疆 乌鲁木齐 830022）

在钢铁产品的生产过程中，对金属的焊接与接合是非常关键的一到生产工序。因此，推动新的钢铁材料焊接与结合技术的研究开发是非常重要的。我们可以同过引进结合开发的形式不断提高企业焊接、接合技术水平，提高产品的安全性，达到节约生产成本的目的。在焊接与结合技术的开发中我们要将高效率，高精度，清洁环保节能作为技术开发的着重点。下面本文就对当前钢铁材料焊接与结合的新技术的开发应用进行分析。

1 金属系的焊接、接合

1.1 电子束焊法

我们一般将金属系新材料分为以超合金为主的熔融不损害强化机理材料，以及以复合材料为主的熔融在根本上损害强化机理材料。在钢铁材料焊接与接合的工作中。如果我们针对哈斯特洛伊鎳基耐蚀耐热合金X、X等超合金进行焊接时，可以采用电子束焊法，除了上文所说的超合金材料，电子束焊法同样也适用于因沃斯帕洛倍镣合金与尤迪梅特700，IN-738LC.A-286,烧结合金等。除此之外，本文还针对钢铁材料焊接中焊接裂纹的敏感性进行了分析，并探讨了气孔的生成原因，金属材料的抗腐蚀性、抗蠕变，抗疲劳性能等等。电子束焊法除了适用于各种钢铁以及金属系材料的焊接与接合，同时也适用于气体涡轮机的焊接工作，在火箭发动机的焊接工作中也受到了广泛的应用。

1.2 激光焊接法

激光焊接相比于电子束焊法，更实用与各种刚精度高性能的焊接工作环境，能够在大气中进行焊接工作。激光焊接法的有点在于更容易控制，实现各种高精度的焊接工作，同时能够支持高性能运转。机关焊接法能够充分地应用在气体涡轮的焊接工作中。在上世纪末，随着燃料电池在汽车上应用逐渐广泛，为了将燃料电池焊接在小汽车上，出现了两种焊接手法，分别是固相扩散焊接与液相扩散焊接。在实际的焊接工作中，激光焊接技术能够有效地消除点焊压痕，同时降低外板波纹状变形，最后达到优化车辆外观的目的。在产品的生产中，为了提高焊缝强度，我们可以使用线状焊接来代替点接合的方法，通过借助高速激光焊接降低产品的生产周期。在实际的焊接工作中，激光焊接技术能够有效地消除点焊压痕，同时降低外板波纹状变形，实现产品的外观优化。在对金属系复合材料进行接合时激光焊接法是最合适的手法，在工作中可能会需要嵌入金属。

1.3 HIP散扩散焊技术

随着对新技术开发的进步，以美国、欧盟等西方国家为首针对新材料的研发以及焊接技术的开发研究活动非常活跃，固相扩散焊主要运用在烧结合金的焊接工作中，同时也适用于对尤迪梅特700等颗粒弥散强化合金的接合工作。HIP扩散焊技术正在日益广泛的运用中收到了行业内部人士的关注。液相扩散焊相比于扩散焊技术，不需要高精度的研磨加工就能够达到同母材相似机械性能与抗腐蚀性能，并且因为优秀的性能，作为精密面接合技术在行业内充分地崭露头角。当前对这一技术的研究方向主要有熔融反应过程研究、等温凝固以及均质化的过程研究等。除了上文所说的应用领域，HIP散扩散焊技术与结合技术同样能够在其他超合金的焊接中使用。同时，HIP散扩散焊技术的备温拉伸性能优秀，蠕变断裂性能优秀，也被广泛的使用于喷气发动机的定子叶片接合中，它不仅是定子叶片结合的优秀方法，同时也是修理涡轮叶片的最主要，最优方法。

1.4 金属间化合物的焊接、接合

向Ni3Al内添加一定量的B,加强其延性，同时结合耐热性结构材料的研究促进金属间化合物的焊接、接合技术的研究进步。在对这些技术领域研究过程当中，以美国为主的发达国家，针对 Ni3Al 在电子束焊时热影响区的焊接裂纹问题进行了重点研究，在实验过程中试图采取添加适量B或Hf的方法，避免Ni3Al在电子束焊时热影响区的焊接裂纹的产生。在另一方面，在研究中，还通过采取降低焊接与冷却速度的方法，视同借此来达到降低残余应力，从而避免裂纹产生的目的。同时，美国在研究过程中也队 Ti-14Al-21Nb合金的TIG焊接裂纹问题进行了分析。在研究中，工作人员发现：冷却速度越高，裂纹出现的几率越高，其敏感程度越高。不过如果我们继续提高冷却速度时，α2的析岀也岁之间小，裂纹敏感性也逐渐降低。而为了解决TiAl在EBW焊接时出现的低温裂纹问题，我们可以通将其预热300℃以上，同时降低冷却速度，达到防治出现焊接裂的现象。

1.5 陶瓷接合

陶瓷的接合冰粉单纯的陶瓷之间的接合，同时还包括其与金属的接合。对于陶瓷与金属接合的研究主要体现在陶瓷接合的粘结性以及两者的反应种类、生成物等等方面。陶瓷接合过程中的反应生成层成长很快，针对接合界面的 陶瓷和金属接合的基本研究 课题有粘结性、反应种类、反应生成物等。我们在以陶瓷为主要结构材料时，与钢铁金属材料接合的接头特性，是目前我们在陶瓷接合技术研究中的最主要的课題。举个例子来说，在Si3N4与M。接合的 接头拉伸强度达到最大后，反应层厚度也会随之増加，进而使得整体的强度的迅速降低。

1.6 摩擦搅拌接合

摩擦搅拌接合法是TWI所研究出的一种固相结合方法，主要适用于针对于以铝为主的低熔点的钢铁结束材料的结合工作中。相比于电弧焊接法，摩擦搅拌结合由于没有熔融与凝固这一环节，因此能够避免出现裂纹以及气孔。同时在结合过程中由于材料的热量较低，发生的变形程度也非常小，焊接的焊缝稳定，优秀，能够有效地减少工期，达到节约生产成本的效果。

当前摩擦搅拌接合法主要应用于以铁道车辆车体为主的各种铝合金产品，一般主要适用于对于侧墙板的焊接工作中。

1.7 摩擦搅拌点接合

摩擦搅拌点接合与摩擦搅拌接合采用的工具一致，但是摩擦搅拌点接合的接合工具是通过将材料压如弓箭并进行搅拌的方式，相比于传统电阻点电焊其接头的强度更加优秀，并且能够极大程度的减少热变形情况，同时还能够有效的降低耗电量与焊接烟尘。一些企业将摩擦搅拌点接合法运用在高速新干线的铝合金清凉车体的生产过程中。由于新一代的超高速车体为了实现轻量化发展，就需要将车体薄壁化，因此传统的电弧焊接与电阻点焊无法有限的满足这一需求，我们就可以将摩擦搅拌点接合法运用到新一代车体的生产中。目前正在铝合金构件上推广 应用，而且，为了将摩擦搅拌点接合用于高强度钢和不锈钢，已开始进行长寿命接合工具的开发研究。

2 各种焊接的特点以及在生产中的应用

2.1 激光焊接

激光焊接法的有点在于更容易控制，实现各种高精度的焊接工作，同时能够支持高性能运转。机关焊接法能够充分地应用在气体涡轮的焊接工作中。其最主要的特点在于其高能密度与精密控制性,在汽车产品的生产中，激光焊接主要运用在等薄板的高速、低变形焊接工作中。一切汽车生产企业充分地利用激光焊接的特点来加强不锈钢通勤车辆的车体外板和构架。在实际的焊接工作中，激光焊接技术能够有效地消除点焊压痕，同时降低外板波纹状变形，最后达到优化车辆外观的目的。在产品的生产中，为了提高焊缝强度，我们可以使用线状焊接来代替点接合的方法，通过借助高速激光焊接降低产品的生产周期。在西日本铁道公司和JR东日本的铁道车体制造中，激光焊接技术受到了普遍的应用，今后也将在车辆制造中起到重要的作用。

2.2 新的电弧焊接

在船舶、桥梁等生产大型机械构件的重工业企业生产中，为了提高焊接效率，促进产品生产的自动化，一些重工业企业在生产中发展处了一多关节机器人为中心，借助自动化生产设备来提高焊接工艺的质量的生产工艺。

例如电弧焊接机器人“FA-10”，这个机器人主要运用在船用柴油机结构件的焊接工作中。在长时间的焊接工作中，我们能够通过机器人来收集焊接工序,坡口线误差修正的经验和技巧。

同时，在不断地研究过程中，研究人员提出的活性气体保护弧焊法收到了行业内人士的广泛关注，这一焊接法的原理是通过每把焊枪送出2根焊丝的形式，实现控制电弧的同时开展高速大熔敷焊接。这一焊接法能够能够有效地降低产品的变形力度，同时能够满足高精度的产品生产需求。能够有效地满足电机、摩托车等对于产品的变形程度以及零件的精度有着极高的要求以及生产标准的产品，活性气体保护弧焊法的施工效率非常高，一些企业将其运用在各种厚板产品的生产应用中。

2.3 薄板的地变形焊接工艺

在生产以电机、摩托车为代表的薄板结构产品过程中，由于这些产品对于产品的变形程度以及零件的精度有着极高的要求以及生产标准，我们就需要施工高精度的焊接技术。一般我们主要使用新的电弧焊接法来生产这些低变形与高精度要求的产品生产中。在实际的生产过程中，我们主要使用活性气体保护弧焊法，这种焊法能有有效的消除短路，同时由于焊丝的收缩力，我们能够用其代替高电流产生的夹紧力。 活性气体保护弧焊法的有点在于能极大程度而降低焊接的输入热,同时还能够避免焊接物大量飞溅。在实际运用中，部分企业已经实现了对应的机器人组合，根据产品的要求不同确定施焊技术，同时加大对各种薄板产品的焊接与接合技术研究。

3 总结

在近些年来，我国对于新材料的研发下了很大的力度，诞生了各种金属复合材料例如各种超合金、单向凝固合金材料、共晶合金等等。本文主要在这一环境下对于这些钢铁合金材料的焊接技术开发应用进行了探讨分析。同时分别介绍了电子束焊法、激光焊接法、HIP散扩散焊技术、陶瓷接合、摩擦搅拌接合、摩擦搅拌点接合等各种传统与心得钢铁材料产品的焊接与接合技术。同时针对一些新的焊接与结合技术的特点以及主要应用进行了分析。在钢铁产品的生产过程中，对金属的焊接与接合是非常关键的一到生产工序。因此，推动新的钢铁材料焊接与结合技术的研究开发是非常重要的。在焊接与结合技术的开发中我们要将高效率，高精度，清洁环保节能作为技术开发的着重点。推动新的钢铁材料焊接与结合技术的研究开发是非常重要的。我们可以同过引进结合开发的形式不断提高企业焊接、接合技术水平，提高产品的安全性，达到节约生产成本的目的。