焊接接头纳米技术论文

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1纳米技术概念

纳米科学技术指的是在一定的尺度空间内（通常是0．1nm～100nm），观测分子、原子、电子3者的运动轨迹，进而揭示其运动规律和特性的学科。纳米科学技术的研究目的，是人类希望通过掌握分子、原子、电子等微粒的特性，能按照自己的意志操纵他们，结合计算机、微电子、核分析和扫描隧道显微镜等现代科技，从而制造出新的产品并运用到多个领域，并派生出一系列的新学科新技术，如纳米机械学、纳米材料学、纳米电子学等等。

2纳米技术在焊接领域的应用

2．1在焊接材料中的应用

2．1．1在焊丝涂层中的应用。为了让焊丝暴露在空气环境下不至于生锈氧化，人们往往会对焊丝表面进行一些处理，如最常见的就是在焊丝表面镀上一层铜粉，用以保护焊丝和延长焊丝的使用寿命。但这样做的副作用却是使表面经常会出现点蚀现象。随着科技的发展，对原材料的强度提出了越来越高的要求，而焊缝中的Cu元素对焊缝强度无益，反而被指会削弱焊缝的性能和材料强度。因此，在现阶段实际应用中，高强度钢焊丝则不再镀铜，而这样就对焊丝材料的表面处理工艺提出了新的要求，需要运用一种新的材料去做焊丝涂层。而近来，国内著名学府天津大学，就运用了纳米技术和现代金属表面工程技术相结合的方法，采用特殊工艺对焊丝表面进行了处理，形成了一层非常薄的保护膜，从根本上解决了焊丝制造业传统镀铜防锈带来的问题，对焊丝保护起到了非常好的作用。

2．1．2在焊条药皮中添加纳米材料。在焊接工艺里，焊条药皮的制造是至关重要的一环，它担负着造渣、稳弧、脱氧、造气等多重使命，更要向焊缝过渡合金元素。为了保证焊条有良好的性能和精良的制作工艺，通常要在药皮中要加入共计十多种材料糅合而成各种组成物。现今在制作原料中加入纳米材料，而纳米材料本身有着较强的体积效应和表面效应，能使熔滴和焊条药皮的接触面积大大增大，并使相互的化学反应速度加快，在焊接冶金等反应过程中，有助于反应过渡有益合金元素，同时减少杂质。同时，在焊缝的制作过程中添加纳米材料元素过渡到焊缝，可以使得焊缝中的有益元素分布发生改变，通过对焊缝内部组织的调整，从而使其性能更加优异。

2．1．3在焊剂制造中的应用。由于用烧结焊剂在烧结过程温度要求不高，且会使合金元素损耗较少，最重要的是烧结焊剂的成分简单比较容易控制，因此，和传统的熔炼焊剂相比，前者正代替后者成为焊接时的必备工具。但烧结焊剂的使用仍要耗费很多的能源，因为其烧结温度一般在400℃～1000℃之间，并且，焊剂中重要的组成部分，如碳酸锂达到了一定高温的条件下，会产生化学分解，使该焊剂性能减弱乃至失灵。与此不同，纳米材料各组成物，得益于纳米材料充足的活性，在烧结过程中用时更短，能耗更低，在低温情况下也可以烧结而不至于产生材料分解现象。

2．2在焊接结构中的应用

2．2．1改善接头组织不均匀性。不同焊接接头的性能差异，主要是由于热影响区、焊缝之间的微粒组织不均匀性引起的，解决方法通常是表面纳米化处理，这样就可以使内部组织均匀，使接头表面晶粒大小基本一致。通过高能喷丸纳米化技术的处理，表层原始组织的内部结构发生了改变，有截然不同的3个区域形成了等轴状纳米晶的形状，且微粒之间尺寸均匀。

2．2．2提高焊接接头的抗磨损性能，延长工件使用寿命。在焊接接头的表面，经纳米化处理的比不经纳米化处理的对比件材料硬度更大，晶粒更小。因此，经纳米化处理的工件更为耐磨，实际使用寿命更长。

2．2．3提高焊接接头疲劳寿命。运用纳米化处理，如超声速微粒轰击等表面机械加工处理，可以转化接头工件表层的残余拉伸应力，使之变为残余压应力，这样相比起未经该方法加工的工件裂纹发生率会减少，焊接接头的疲劳寿命得到延长。

2．2．4改善接头抗应力腐蚀性能。接头工件本身所具有的残余拉应力，会使接头更容易被腐蚀。但若经过米化处理，即会使晶粒比以前更细小，加之所产生的压应力协同作用，将会使接头抗腐蚀能力更强。但必须看到，当压应力超过一定限度，比如超过接头材料本身的屈服强度，就会产生不良后果，如发生塑性变形，进而在表层一些硬度较高的地方产生裂痕，这样就会使材料的抗腐蚀应力反而降低，应该特别注意。

2．3难焊材料中的应用原子的短程扩散途径和纳米结构也有关系，在纳米材料中我们会看见有很多界面，因此，保证了该种材料扩散时能保持较高的速度。相比于普通材料，纳米材料熔点低，明显更容易熔化，正因为这一点，一些在高温形成的稳定或介稳相可以存在于低温环境，也可以降低高熔点材料烧结温度。

2．4其他方面的应用纳米技术和材料在很多方面和领域都应用广泛，如纳米材料应用在元器件的制造上，能提高芯片的集成程度，使电子元件更小更便携；纳米材料应用在焊接设备，能使设备体积更小，容量更大；相比起其他材料，采用纳米材料加工而成的传感器，比普通传感器更加灵敏，精度更高更精密，能准确控制焊接参数，使焊接产品质量更好；尤其是采用纳米材料加工的导电嘴比普通导电嘴更耐磨，更耐腐蚀，被广泛应用在高强度焊丝的大电流焊接等众多工序和领域。

3结束语

作为21世纪的科技“三大支柱”之一，纳米材料和技术将越来越重视，在未来发挥出越来越大的作用，这已经成为人们的共识。但纳米材料和技术在焊接领域中的研究刚刚起步，有一些令人惊喜的发现，同时也有很多问题需要探究。随着科技的发展和进步，焊接技术人员将会更多地投入焊接纳米材料相关领域的研究，现在面临的问题将会逐步被解决，并开拓出新的产品和研究方向，使焊接技术水平大大提高，实现质的飞跃。

作者：曹慧刘宝良单位：内蒙古机电职业技术学院内蒙古人大办公厅