博一建材讯:二、低合金高强钢的焊接
热轧及正火钢常用的自动焊方法是埋弧自动焊、电渣焊、CO2气体保护焊等。对于厚壁压力容器等大型厚板结构,电渣焊是常用的焊接方法,由于电渣焊焊缝及热影响区过热,晶粒粗化,焊后需进行正火处理。
低碳调质钢常用的焊接方法有手工电弧焊、CO2气体保护焊和混合气体保护焊等。对于屈服强度Rel≥680MPa的低碳调质钢,熔化极气体保护焊较合适的焊接方法。这类钢焊接时应严格限制线能量,控制焊接热影响区冷却时间不能过长,因为在过低的冷却速度下热影响区粗晶区可能出现上贝氏体、M-A组元等组织而导致脆化。冷却时间过短会出现淬硬组织组织并导致焊接裂纹产生。
低碳调质钢焊接所面临在解决的问题一是防止裂纹;二是在保证满足高强度要求的同时,提高焊缝金属及焊接热影响区的冲击韧性。为了消除裂纹和最大限度地提高焊接效率,一般采用熔化极气体保护焊(MIG)或活性气体保护焊(MAG)自动焊或半自动化焊接方法。
工程机械中的焊接结构比较复杂,目前最常用的焊接方法是手工电弧焊和气体保护焊,但是对于不同的板厚要求开不同形式的坡口。对于机架类结构和轴类结构中的钢板拼接处通常采用气体保护焊和埋弧自动焊拼板工艺,其中对于一些重型机械或输送机中的滚筒结构,通常采用CO2气体保护焊打底,随后用埋弧自动焊盖面。
三、大力发展高效焊接技术
从各行业来看,我国手工电弧焊的比例大约为60%,高效化焊接只有40%左右,而发达国家的高效化率已超过70%,说明我国焊接自动化率还处于一个较低的水平。电焊条的产销量及低强度还占有较大的比例,我们应发展高效自动化焊接材料与焊接工艺,如各种型号、各强度级别的埋弧焊丝、实芯焊丝及药芯焊丝,我们必须研制齐全,制订合理的焊接工艺,杜绝焊接缺陷的产生。
药芯焊丝在组成上由于类似焊条,作为一种高效的焊接材料,大力推广有其得天独厚的基础,不仅可研制出低合金高强钢药芯焊丝,而且还可通过改变钢带材料研制出不锈钢、耐热钢、耐磨钢等用焊接材料,具有广泛的应用前景。
四、21世纪超级钢的崛起,将引起焊接材料和焊接技术的重大变革
日本1997年启动“超级钢”研制项目,我国也于1998年启动了“新一代钢铁材料重大基础研究”项目。其最终目标,是将占我国钢产量60%以上的三类钢(碳素钢、低合金钢、合金结构钢)的强度或寿命提高一倍。经过几年的工作,所谓超级钢或称21世纪新一代钢铁材料的基本特征已显现出来,是将现代冶金理论和最新控制技术相结合,应用纯净化、微合金化、超强力轧制下快冷、形变诱导相变、可变强磁场精密热处理技术,制成的超细晶粒钢。试验已表明:对Q235碳素钢和屈服强度400Mpa的低合金钢,在不改动主要化学组元的情况下,通过纯净化和细化晶粒,可提高其屈服强度一倍,分别达到400Mpa和800Mpa。而超级合金结构钢,例如具有耐疲劳性能的高强螺栓钢,强度可提高到1500Mpa。
目前,国内外对21世纪超级钢的研制都已取得进展。日本已明确提出:在2007年完成研制工作,2010年推广应用。日本希望在2010年前后,以“超级钢”更换20世纪六、七十年代日本经济高速增长时期建立的各种基础建设设施,这些设施到2010年前后,都已服役50年,需要更新了。我国也已制出超细晶粒薄板,试用于汽车中。国内的各大型钢铁企业,也已提出到2010年推广生产超级钢的计划,在抓紧改进冶炼和轧制生产设备与工艺。
预期十年后,推广采用强度级别达800~1500Mpa的新一代钢材产品时,将逐渐引起那时的焊接技术发生重大变革。
由于钢材的“超细晶粒”组织,在热作用下,晶粒长大驱动力很大,将使焊接热影响区易因晶粒粗化而降低强度与韧性,甚至出现软化带。同时焊缝金属不可能呈现钢材经强力轧制与处理的“超细晶粒”,不可能在相近成分下使焊缝金属与母材等强等韧。因此目前常用的焊接材料与焊接工艺,将不适应于“超级钢”的焊接。
日本在800Mpa级结构钢的研究计划中,设置的研究项目包括:研制微细铁素体组织、研究小线能量焊接工艺、研究改善焊接接头性能的措施。一方面在研究如何尽量减少钢材热影响区晶粒长大的倾向,另一方面则是研究如何变革焊接工艺。目前认为最有希望应用于800Mpa级结构钢的焊接方法是激光焊。
1960年发明的激光,经过40多年的发展,在军用与民用的巨大驱动下,在21世纪将进入高速发展时期。随着各类激光发生器向大功率化、轻便化和经济化的发展,激光焊接和切割,由于能源高度集中和热影响区小,并且激光束具有可以在大气中焊接的优点,既可以对大型构件作深熔焊,又可以进行微形精密焊接,今后将逐步加快其推广使用的步伐。日本已有人预言,由于激光焊接符合优质、低耗、清洁、热影响区窄、接头变形小、操作灵活等技术发展方向,21世纪将逐渐成为激光焊接的时代。
此外,正在研究探讨的超级钢连接技术有:薄板高强度低温钎焊、可拆卸的高强度机械连接、搅拌摩擦焊、超窄间隙小能量脉冲式熔化极气体保护焊等。焊接填充材料的变化也将逐渐提上日程,例如开发熔敷金属为超低碳贝氏体的高强度高韧性焊接材料等。
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