焊接工艺技术创新的浅析

焊接工艺技术创新的浅析

刘江

核工业井巷建设集团公司

摘要：目前，在材料科学与工业工程的发展中，一项非常关键的技术是焊接技术。伴随着焊接条件与材料学的要求的不断提升，现代化的焊接需求已经无法被传统的焊接技术所满足。本文章通过对传统焊接工艺分类的介绍，分析阐述了水下焊接的新型焊接技术，并且分析了它未来的发展趋势以及特点。

关键词：传统焊接；水下焊接；创新

伴随着现代工业的不断进步与发展，对于材料与结构的要求也随之增高，比如，海洋工程与造船业需要解决大型立体框架结构自动焊接、各种低合金高强钢的焊接以及大面积拼版的焊接问题等；石油化学工业方面待解决的问题是各种腐蚀性介质以及各种耐腐蚀耐低温容器的焊接问题；在航天工业里，钛、铝等轻型合金结构的问题是需要解决的；在中邪机械工业立，大截面构件的拼接问题需要去解决；在精密仪表以及电子制造业中，微精密焊件的焊接问题需要被解决。所以说，效率低、工作环境差、能耗大的传统的焊条电弧的焊接工艺正在逐步的被高效、节能、优质的焊接技术所取代，装备制造业的生产能力与技术水平会因为焊接技术结构性的转变而得到巨大的提升。

1.传统的焊接工艺技术的简介

对于传统的焊接来说，大多数人不认为是一种技术性很强的制造方法，二是一种技艺。大多数传统的焊接方法对操作人员的熟练程度依赖性太大，还有很多的传统方法的工艺重复性比较差，并且焊接的成本比较高。但是实际上，焊接的过程施一个非常复杂的过程，是一个多物理场耦合的过程，但是大量高书评的研究仍然在国际上开展，对于焊接的过程，人们也有了桁架深入的理解，这些研究，给焊接工艺技术的发展奠定了良好的基础。金属的焊接方法非常的多，但是主要的还是压焊、钎焊以及熔焊三类。

（1）压焊指的是在温度低于被焊金属的熔点的情况下，各种填充金属不加入其中，同时将一定的压力施加上，促使必要的塑性变形在接头处产生，最终实现焊接的一种方法。在焊接的过程中不加填充材料而施加压力是各种压焊方法的共同特点。大多数的压焊发放，例如高频焊、冷压焊、扩散焊等不存在熔化过程，所以像熔焊中的有益合金属元素烧毁的现象不会发生，焊接的过程得到了简化，焊接安全的卫生条件也得到改善。与此同时，因为加热时间短，加热温度比熔焊低，所以热影响的区域变小。很多用熔焊方式无法焊接的材料，通过压焊往往可以形成优质的接头。

（2）熔焊指的是在焊接的时候，工件的接口处要加热到融化的状态，并且不通过加压来完成焊接的一种方法。在熔焊的时候，待焊的两个工件的接口处被热源加热并且熔化，最终形成熔池。热源的移动带动着熔池的移动，在冷却之后，连续的焊接以此形成，并且两个工件熔为一体。为了使焊接的质量得到提高，各种保护方法被人们所研究出来，比如：在焊接刚才时，把对氧亲和力较大的钛铁粉加入到焊条药皮中进行脱氧，这样，焊条中的有益元素硅、锰等可以避免因为氧化而进入到熔池当中，在冷却之后，可以得到优质的焊缝。

与此同时，因为加热时间短，加热温度比熔焊低，所以热影响的区域变小。很多用熔焊方式无法焊接的材料，通过压焊往往可以形成优质的接头。

（3）钎焊指的是利用熔点比工件低的金属材料作为钎料，把钎料与工件都加热到比熔点低、比钎料的熔点高的温度，在通过液态的钎料令工件湿润，令工件的接口得到填充，并且工件原子之间的相互扩散也因此实现，最终实现焊接。焊缝是在焊接的时候形成的两个被连接物体之间的接缝。在焊接的时候，寒风那个的两侧会受到焊接的热作用，进而组织与性能可能会发生变化，这个区域是热影响区域。在焊接的时候，由于焊接的电流、焊接的材料不相同，在焊接之后，热影响区与焊缝可能会出现脆化、淬硬、软化或者过热的现象，这样可能导致焊接的性能降低，焊接性会恶化。因此说，焊接的条件需要调整，在焊接开始之前，应当对焊件的接口进行预热处理，焊接时要进行保温处理，焊接之后要进行热处理，这样焊接的质量才能得到保证。

2.新型焊接工艺――水下焊接

水因为水的存在，水下焊接的过程变得非常的复杂，同时各式各样的陆地焊接不会出现的问题在水下焊接中都可能发生。因为水会对光线有折射、反射以及吸收的作用，使得管线在水中传播时的距离明显的变短，水下电弧能见度不高，同时电弧周围会产生气泡，进而使水下焊接受到影响，水下焊接技术的发挥受到了严重的阻碍。除此之外，水能够进行热传导，水的热传导系数是空气的20多倍。高硬度的淬硬组织往往会啊子湿法焊接的时候出现。所以说，水下焊缝的含氢量普遍比较高冷裂纹以及氢脆等缺陷很容易发生。

水下焊接的方法包括湿法、局部干法以及干法。

（1）干法焊接

所谓干法焊接，就是将焊接部位在内的一个比较大的范围之内的水进行人工排开，令潜水的焊工能够在一个相对干的环境里进行焊接工作的一种方法，也就是在一个大型的干室气室里进行焊接工作。此类方法一般用在深灰的环境或是需要进行焊接后热处理或预热处理的材料，还有对结构的质量要求很高的焊接当中。

（2）湿法的焊接技术

焊工在水下直接施焊的方法称为湿法焊接，这种焊接方法并不是人为的把焊接区域周围的水排开。电弧在水下燃烧时，与埋弧焊大致相同，都是在气泡里燃烧。在焊条燃烧的时候，焊条上的涂料会形成套筒，它会让气泡稳定的存在，所以电弧会稳定。如果想让焊条稳定在水下燃烧，把么一定厚度的涂药应当在焊条芯上涂好，并且用其他防水的物质或者石蜡来浸渍，令其有防水的性能。气泡主要由氧、水蒸气、氢等组成；同时，浑浊的烟雾会产生其他的氧化产物。为了克服压力作用与水的冷却所造成的稳弧和引弧困难，应当让大气中的引弧电压低于其引弧电压，相比于大气中的焊接电流来说，应当比其大15%-20%左右。相比与局部干法与干法敢接，湿法焊接的安全性是最差的，但是应用缺失最多的。因为水有导电性，所以湿法焊接的主要的安全问题之一是防触电。

（3）局部干法焊接

所谓的局部干法焊接，把焊接局部区域中的水用气体人为的排开，使一个相对较小的气相去形成，令电弧能够在里面稳定的燃烧的方法。因为这种方法吧水的有害影响降低，所以相对于湿法焊接来说，这种方法的焊接接头的质量有了很大的提升。相对于干法焊接来说，此类方法的适应性很大，并且需要的排水器气室不用很贵。干法与湿法两类方法的有点在此类方法中都有体现，是当前地下焊接研究非常流行的方法，也是一种非常先进的水下焊接方法。

3.未来的发展趋势

自动化与智能化是未来水下焊接技术主要的发展方向。自动化主要提心在水下焊接机器人系统和轨道焊接系统，它的焊接过程是自动监控的，并且节省工时，焊接的质量也有保证。同时，目前的一个发展方向还是减轻潜水员的工作强度。遥控焊接是自动化的应用，它能够使得潜水焊工到达水深的限制。当前，轨道焊接系统比较成熟。它的维护相对简单，因为所采用的结构是模块结构。轨道焊接受到维护与安装的限制，水的深度不能大于600米。水下焊接机器人系统是当前发展最快的也是灵活性最大的系统，GMAW、FCAW以及GTWA可以在高压干法焊接下进行，就算水的深度为1000米左右，焊接的质量仍然逢场高。在激光装置的引导下，水下爬壁焊接机器人系统能够更加灵活的实现缺陷的控制与检测，焊接的质量也因此而大大提升。

4.总结

在将来的焊接工艺中，不仅仅要提高焊接的自动化与机械化水平，比如实现数字控制、程序控制；同时还应当研究新的焊接设备、焊接材料以及焊接方法，将焊接质量的可靠安全性进一步的提高，比如改进等离子弧、激光、电子书以及电弧等焊接的能源，利用控制技术与电子技术，将电弧的工艺性能改善。