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          焊接接頭納米技術論文

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          焊接接頭納米技術論文

          1納米技術概念

          納米科學技術指的是在一定的尺度空間內(通常是0.1nm~100nm),觀測分子、原子、電子3者的運動軌跡,進而揭示其運動規律和特性的學科。納米科學技術的研究目的,是人類希望通過掌握分子、原子、電子等微粒的特性,能按照自己的意志操縱他們,結合計算機、微電子、核分析和掃描隧道顯微鏡等現代科技,從而制造出新的產品并運用到多個領域,并派生出一系列的新學科新技術,如納米機械學、納米材料學、納米電子學等等。

          2納米技術在焊接領域的應用

          2.1在焊接材料中的應用

          2.1.1在焊絲涂層中的應用。為了讓焊絲暴露在空氣環境下不至于生銹氧化,人們往往會對焊絲表面進行一些處理,如最常見的就是在焊絲表面鍍上一層銅粉,用以保護焊絲和延長焊絲的使用壽命。但這樣做的副作用卻是使表面經常會出現點蝕現象。隨著科技的發展,對原材料的強度提出了越來越高的要求,而焊縫中的Cu元素對焊縫強度無益,反而被指會削弱焊縫的性能和材料強度。因此,在現階段實際應用中,高強度鋼焊絲則不再鍍銅,而這樣就對焊絲材料的表面處理工藝提出了新的要求,需要運用一種新的材料去做焊絲涂層。而近來,國內著名學府天津大學,就運用了納米技術和現代金屬表面工程技術相結合的方法,采用特殊工藝對焊絲表面進行了處理,形成了一層非常薄的保護膜,從根本上解決了焊絲制造業傳統鍍銅防銹帶來的問題,對焊絲保護起到了非常好的作用。

          2.1.2在焊條藥皮中添加納米材料。在焊接工藝里,焊條藥皮的制造是至關重要的一環,它擔負著造渣、穩弧、脫氧、造氣等多重使命,更要向焊縫過渡合金元素。為了保證焊條有良好的性能和精良的制作工藝,通常要在藥皮中要加入共計十多種材料糅合而成各種組成物。現今在制作原料中加入納米材料,而納米材料本身有著較強的體積效應和表面效應,能使熔滴和焊條藥皮的接觸面積大大增大,并使相互的化學反應速度加快,在焊接冶金等反應過程中,有助于反應過渡有益合金元素,同時減少雜質。同時,在焊縫的制作過程中添加納米材料元素過渡到焊縫,可以使得焊縫中的有益元素分布發生改變,通過對焊縫內部組織的調整,從而使其性能更加優異。

          2.1.3在焊劑制造中的應用。由于用燒結焊劑在燒結過程溫度要求不高,且會使合金元素損耗較少,最重要的是燒結焊劑的成分簡單比較容易控制,因此,和傳統的熔煉焊劑相比,前者正代替后者成為焊接時的必備工具。但燒結焊劑的使用仍要耗費很多的能源,因為其燒結溫度一般在400℃~1000℃之間,并且,焊劑中重要的組成部分,如碳酸鋰達到了一定高溫的條件下,會產生化學分解,使該焊劑性能減弱乃至失靈。與此不同,納米材料各組成物,得益于納米材料充足的活性,在燒結過程中用時更短,能耗更低,在低溫情況下也可以燒結而不至于產生材料分解現象。

          2.2在焊接結構中的應用

          2.2.1改善接頭組織不均勻性。不同焊接接頭的性能差異,主要是由于熱影響區、焊縫之間的微粒組織不均勻性引起的,解決方法通常是表面納米化處理,這樣就可以使內部組織均勻,使接頭表面晶粒大小基本一致。通過高能噴丸納米化技術的處理,表層原始組織的內部結構發生了改變,有截然不同的3個區域形成了等軸狀納米晶的形狀,且微粒之間尺寸均勻。

          2.2.2提高焊接接頭的抗磨損性能,延長工件使用壽命。在焊接接頭的表面,經納米化處理的比不經納米化處理的對比件材料硬度更大,晶粒更小。因此,經納米化處理的工件更為耐磨,實際使用壽命更長。

          2.2.3提高焊接接頭疲勞壽命。運用納米化處理,如超聲速微粒轟擊等表面機械加工處理,可以轉化接頭工件表層的殘余拉伸應力,使之變為殘余壓應力,這樣相比起未經該方法加工的工件裂紋發生率會減少,焊接接頭的疲勞壽命得到延長。

          2.2.4改善接頭抗應力腐蝕性能。接頭工件本身所具有的殘余拉應力,會使接頭更容易被腐蝕。但若經過米化處理,即會使晶粒比以前更細小,加之所產生的壓應力協同作用,將會使接頭抗腐蝕能力更強。但必須看到,當壓應力超過一定限度,比如超過接頭材料本身的屈服強度,就會產生不良后果,如發生塑性變形,進而在表層一些硬度較高的地方產生裂痕,這樣就會使材料的抗腐蝕應力反而降低,應該特別注意。

          2.3難焊材料中的應用原子的短程擴散途徑和納米結構也有關系,在納米材料中我們會看見有很多界面,因此,保證了該種材料擴散時能保持較高的速度。相比于普通材料,納米材料熔點低,明顯更容易熔化,正因為這一點,一些在高溫形成的穩定或介穩相可以存在于低溫環境,也可以降低高熔點材料燒結溫度。

          2.4其他方面的應用納米技術和材料在很多方面和領域都應用廣泛,如納米材料應用在元器件的制造上,能提高芯片的集成程度,使電子元件更小更便攜;納米材料應用在焊接設備,能使設備體積更小,容量更大;相比起其他材料,采用納米材料加工而成的傳感器,比普通傳感器更加靈敏,精度更高更精密,能準確控制焊接參數,使焊接產品質量更好;尤其是采用納米材料加工的導電嘴比普通導電嘴更耐磨,更耐腐蝕,被廣泛應用在高強度焊絲的大電流焊接等眾多工序和領域。

          3結束語

          作為21世紀的科技“三大支柱”之一,納米材料和技術將越來越重視,在未來發揮出越來越大的作用,這已經成為人們的共識。但納米材料和技術在焊接領域中的研究剛剛起步,有一些令人驚喜的發現,同時也有很多問題需要探究。隨著科技的發展和進步,焊接技術人員將會更多地投入焊接納米材料相關領域的研究,現在面臨的問題將會逐步被解決,并開拓出新的產品和研究方向,使焊接技術水平大大提高,實現質的飛躍。

          作者:曹慧劉寶良單位:內蒙古機電職業技術學院內蒙古人大辦公廳