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专访我国焊接材料专家王宝教授物简介:王宝教授,中北大学材料科学与工程系方向带头人,博士生导师,曾任太原理工大学焊接材料研究所所长、系主任,2002年受聘于华北大学,任教授,是当今我国焊接材料研究领域最有影响的专家之一。承担了国家、部、省及其他各类研究项目,取得了20余项研究成果,5项国家发明专利,获重大科技成果奖21次,其中多项成果达到国际先进水平,主持的奥氏体不锈钢焊条项目荣获2000年度国家科技进步二等奖,出版专著两部。★记者:王宝教授,您好!今天非常高兴能与您相识,您为我国焊接事业辛勤工作了几十年,做出杰出的贡献,希望通过这次的采访,将您介绍给《电焊机》杂志的广大读者朋友。在与北京工业大学宋永伦教授的交谈中,他多次提到您的名字,从他的介绍中我们知道您是我国焊接材料的知名专家,有众多发明专利和科研成果,请简要介绍一下您主要从事的研究工作和研究方向。●王教授:我的科研和教学工作主要方向是焊接冶金和焊接材料,包括焊接冶金学、焊接电弧物理的应用研究和焊接材料产品的开发研究。我接触的焊接冶金和焊接材料,是从国家经济建设的需要出发,从重大工程开始的,一步一步延伸和扩大,开发了许多新的焊接材料,解决了很多工程技术难题,当然这一切工作不是我个人能做出来的,是一个团队,还有我的学生。30多年我一直做到现在。业内人士了解我、认识我、对我印象最深的是,在以焊接电弧物理为基础,如何解决焊接材料工艺性的研究方面,我花费的时间很长,消耗的精力最多,工作进行的也比较深入系统。★记者:当初您介入焊接材料、电弧物理的切入点在哪里呢?●王教授:说起介入焊接材料的切入点,那是在上世纪70年代,文革刚刚结束,百业待兴,工业刚刚恢复时,在焊接界存在一个突出的问题,那就是我国生产的不锈钢焊条的工艺性质量很差。因为不锈钢是一个电阻系数比较高的材料,比碳钢大得多,焊接过程中大电流通过不锈钢棒时,电阻热很大,焊条烧到剩1/3~1/4的时候,药皮变红了,甚至于发生药皮开裂,就不能再使用了。不锈钢材料比较昂贵,由于焊条的利用率只有70%~80%,25%扔掉了,造成的经济损失很严重。不锈钢电阻系数大,这是不锈钢材料与生俱来的内在因素造成的。材料浪费问题能不能解决,是摆在我们面前的一个非常迫切的问题。当时,改革开放还未在全国范围打响,国外有一种瑞典生产的不锈钢绿P5焊条,随着承担的外国工程引进到国内来,早年搞焊条的人没有不知道绿P5的,它给国人面貌一新的感觉。我们直径4mm的焊条长度只能做到350mm,再长电阻就更大了,而瑞典的P5焊条不仅能做400mm,而且从头到尾焊下来,到最后端焊缝都保持很好的工艺性能,与前段没有区别。这给国人面目一新的感觉,震动非常大。很多人在探讨这个问题,电阻系数大是不锈钢的通病,难道国外焊接材料的电阻系数不是这样的吗?当时一个朴素的做法就是测量焊条芯电阻,测试结果P5焊条芯的电阻系数与我国的差不多,然后把国外焊条的药皮剥掉,再按我们的配料压成焊条,一试,焊条又发红了,显然问题就出在药皮上。那么辅料的问题在哪里呢?一些高校,如,当时我在的太原理工大学,还有甘肃工业大学和一些焊条厂工程技术人员进行了研究。使用当时最简单的示波器,在焊接过程中详细记载电参数的变化,发现国外的绿P5焊条在焊接过程中不短路,而我们的焊条与熔池是短路的。这个不同反映的是熔滴过渡形态的区别,这个区别给焊条工艺性带来了质的变化。显然焊条的工艺现象是焊接电弧物理的宏观表现。你要搞清这两类焊条熔化情况到底有什么不同,就得从电弧物理概念上切入,将焊条工艺性能上升到一个电弧物理的概念上去研究。选择的电弧物理作为研究方向并不是我从书本上找到电弧物理的问题,而是遇到实际工程问题后,发现只能从这里切入,去寻找电弧物理解释并从这里找到突破口,来解决问题。★记者:请再详细介绍一下绿P5?●王教授:这是瑞典一个叫阿维斯塔的公司生产的焊条,牌号是P5,药皮是绿色的,可能是因为药皮中加了Cr2O3,所以我们当时俗称叫绿P5。搞清楚绿P5焊条的工艺特性与电弧物理现象的联系,在当时不是一件容易的事,因为需要进一步的研究手段。1978年,当时太原工大机械系有一台进口的高速摄影机,但我们还不会用,我就去西工大向程功善老师请教,回来后自己设计了一个装置,并且很快掌握了电弧过程中的高速摄影技术,采用高速摄影以后进一步发现P5与我国当时的不锈钢焊条的过渡形态的差别,发现我国不锈钢焊条是以大熔滴短路的形式过渡,而P5焊条的熔滴是沿着焊条套筒壁滑下来过渡到熔池的,当时就叫它为“附壁过渡”,在全国性的学术交流中,“附壁过渡”的概念就宣传开了。“附壁过渡”这个概念与埋弧自动焊时的“渣壁过渡”概念很相似,“渣壁过渡”是指埋弧自动焊时熔滴沿着熔渣形成的壁面过渡,后来我国在修改名词术语的时候就把这个“渣壁过渡”概念扩大了,把焊条电弧焊时熔滴沿着套筒壁面的过渡现象也包括进去了。焊条熔滴形成渣壁过渡,给焊条工艺性带来本质的变化,它将焊条工艺性问题上升到一个电弧物理理论的概念上来认识,这是认识上的一大飞跃,当时进行这项研究的除了我们太原理工大学、甘肃工业大学外还有许多焊条厂参与,研究规模是空前的。我国焊接工作者,在20世纪70年代末、80年代初发现不锈钢焊条的渣壁过渡现象,并将这种电弧物理现象与工艺效果联系在一起,研究成功了接近国际水平的不锈钢焊条。现在回过头来看,应该说那是焊接材料技术领域研究的一个重大突破,是在焊接界最早真正将电弧物理应用研究并解决工程实际问题的典型案例之一。为什么渣壁过渡形态就解决了不锈钢焊条药皮变红的问题呢?怎么来解释?现在说来很简单,但要认识清楚这一点也花了我们好多年时间。我们注意到渣壁过渡时焊条的工作电压较高,这是由于渣壁过渡时熔滴十分细小,电弧的热量比较多的时间直接作用在焊条芯上,提高了焊条的熔化速度,焊芯熔化明显地超前于药皮,形成一个很深的套筒,深套筒增大了弧长,提高了焊条的工作电压,另外,药皮中较多的硅酸盐也会引起电弧的阴极电压降提高,这样渣壁过渡时焊条的工作电压提高了。由于电焊机是陡降的外特性,电弧电压提高,焊接电流就相应的减小,电流降低了,焊芯所承受到的电阻热Q=0.24I2Rt随着电流的平方值下降,焊芯产生的电阻热大约降低到原来的70%左右,所以P5焊条不会变红,这是主要原因。原来熔滴过渡形态改变了电弧物理特性,使焊机的输出电压、电流构成比发生了变化。比如我们选择了同一台焊机,参数调整好后保持各旋钮不变,使用4mm焊条,用国内的不锈钢焊条焊接时电压为24V、电流为140~150A;换成P5焊条后,发现电压增高了3、4V,达到29、30V,电流下降到125~130A,焊条把电焊机工作电压和电流自动调整了。电流虽然减小,但电弧的功率=电压×电流,功率并没有减小,有时还有所增大。所以焊工不仅没有感到电流减小,而且焊条熔化的很快,操作手感非常舒服。焊条熔化速度快,焊芯加热的时间t减小,也使焊芯电阻热大大减小。我个人研究工作的特点就是在这个基础上一直坚持下去,30多年没有停顿,而是专一、专心致志地进行焊条电弧物理的研究工作。以不锈钢焊条研究为切入点,逐渐扩展到整个焊接材料领域。因为不锈钢焊条仅仅是个突破口,问题的解决也是初步的,还有不同品种的不锈钢焊条,很多的工艺现象都不一样,每一种焊条都有自己特殊的规律,普通结构钢焊条结422它的过渡形态是怎么样的?它的工艺性与过渡形态的关系是怎样的?结506、507碱性焊条的过渡形态又不一样,还有纤维素焊条,其他各类焊条,他们的过渡形态的规律与焊条配方都有关系,怎样通过设计来提高每一类焊条的工艺性能,都是需要研究的,我给自己提出了研究课题,并进行了非常多的研究工作,工作量很大。研究过程中我们还创新了不少的研究手段,并运用熟练掌握的高速摄影技术,对几百个品牌的焊条和系列的实验焊条进行过观察、测试,分析,总结了熔滴过渡形态与工艺性的关系,分析了熔滴过渡形态的形成条件,提出各类焊条工艺性设计原则,预测和设计焊条工艺性。总之应怎样设计出具有理想的过渡形态的焊条,我系统提出了焊条工艺性设计理论。1998年出版了我的《焊接电弧物理与焊条工艺性设计》一书,系统地阐述了焊条工艺性设计理论,用它来指导焊条配方设计。2002年我在这本的基础上又搞了一本光盘版专著,采用多媒体制作,将各种焊条在焊接过程中的熔滴和电弧行为飞溅等电弧物理现象的高速摄影影片生动、直观、表现出来,一些非常好的经典影片被写入光盘,永久地保存下来了。★记者:王教授,说到这里,我们想知道,这么大的工作量,有多少人和你一起来完成?●王教授:2001年我在哈工大焊接系做过一次学术讲座,一位年青的教师问,这么大的工作量,是多少届博士生做出来的?其实八、九十年代我们还没有招博士生,这项工作我累计用了20多年的时间,有研究生、本科生、和专科生一起来完成这些工作,当然还有和我一起工作的老师。但是无论是多少人先后参与过,几乎所有有关电弧物理的实验都是在我的指导和直接参与下完成的。★记者:您的研究,从理论到实践,并且普及推广,为我国的焊条生产做出了很大的贡献。●王教授:我在90年代主持的不锈钢焊条项目,2001年获国家科技进步奖,还有多个项目获得省、部的奖项,并取得多项发明专利。这当然算是成绩,是贡献。但说到对我国焊接材料行业的贡献,还是得说我的《焊接电弧物理与焊条工艺性设计》这本专著,这本专著成为焊条生产厂工程技术人员的重要技术书籍,被审定为新材料领域国家高技术重点图书,我国主要焊条生产厂技术人员几乎人手一册。这本书是研究解决焊条的工艺性问题的,而不解决理化性能问题。为什么要在工艺性上下这么大的功夫?因为工艺性是焊条厂最难解决的问题。焊条理化性能国家有标准,就结422焊条来说,大小焊条厂在理化性上都能达到标准,而且没有一个用户单位对普通焊条提出理化性能质疑,或者要进行测试,除非重要产品、高强度和特殊要求的产品,才需要做工艺评定。在市场经济条件下,涉及到焊条生产企业能否生存的是焊条工艺性问题,这恰恰需要电弧物理的理论支持,工艺性能成了企业的生命线。焊接操作者在使用过程中知道什么焊条好烧,什么不好烧,但工人不会去讨论为什么不好烧,他们只选择工艺性好的焊条。所以,工艺性成了焊条企业在激烈的市场竞争条件下能否生存、立足的产品性能的重要标志。如果,焊条有很好的工艺性能,就能占领市场。举个例子,淄博焊条厂原来结422焊条的配方成本很高,当然产品也比较贵,但焊条工艺性能不错,焊条具有自己的特色和优点,在山东占有很大的市场,如果厂里一改变配方,市场马上就减少,即使配料稍微改变,或仅仅是颜色有变化,用户就不认了,这说明工艺性的重要。山东的一家公司,到新疆去施工,也要千里迢迢带他们认可的淄博焊条厂的焊条去新疆,其实新疆就有天山焊条厂,它的结422焊条也不错,不会有多大的区别,况且淄博厂的焊条价格比天山厂的贵,这就是市场对焊条工艺性接受不接受的问题了。自上世纪80年代以来我所在的太原理工大学焊接材料研究所作了大量的推广工作,组织了对全国焊材企业人员进行技术培训,推广焊条工艺性设计的理念和先进技术,推动企业的技术进步。现在相当一部分焊材企业从事焊条研究、生产的企业领导和技术人员都在我们这里培训过,他们已经成了焊条企业的技术骨干。★记者:如果都是结422焊条,几百个焊条厂的产品工艺性有区别吗?●王教授:肯定是有区别的,只是区别大小的问题,这个区别焊工都能体会到。因为结422焊条是四种过渡形式共存的混合过渡形态,但过渡形态的构成比不一样,焊接工艺性就不一样。钛钙型渣系的框架是一样的,主要的配料基本差不多,但配方比例构成稍微有所区别,选料、配比的微弱变化,原材料来源、原材料自身特性的细微变化,就可引起熔滴过渡形态的构成比例的改变,产品工艺性就会有微妙变化。提高结422焊条工艺性有一条思路,渣壁过渡、喷射过渡越多,粗颗粒短路过渡和爆炸过渡越少,工艺性能越好。这就需要调整渣系酸碱度,大理石增加,熔滴越大,过渡形态将向短路过渡方向发展;加入硅铝酸盐后,熔滴就细小,将向渣壁过渡转化。掌握了电弧物理的某些原理,就能自觉地摸索配方规律,解决很多焊条工艺质量不高的实
本文标题:焊接材料专家专访
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