学术时空

大线能量焊接领域文献分析

来源: 首钢科技信息网       发布时间:2020-01-10       浏览:237


文章来源: 铁诺咨询

2020-01-08

大线能量焊接用钢广泛应用于多个领域,在造船钢板、海洋工程、桥梁、高层建筑、管线、水电、核电、石油化工容器等领域有着广泛的应用。我国关于大线能量焊接用钢的工艺控制技术与国外相比还有差距。目前,针对大线能量焊接的文献分析研究还比较少见,本文从期刊、会议、专利、学位、报纸等多种文献类型出发,通过检索、数据清洗后共计得到1115篇科技文献,并对这些大线能量焊接技术相关的科技文献进行了分析。

1 发文概况

与大线能量焊接相关的世界范围内专利申请共计720件,中文期刊文献266篇,中文报纸文献22篇,中文会议文献46篇,国内学位论文61篇。

如图1所示,通过时间序列分析可以看出:从大约1999年之后,全球关于大线能量焊接相关的研究越来越多,并且在2012年左右达到顶峰,约90%的研究成果在近20年完成;国内则是大约在2001年之后关于大线能量焊接相关的研究越来越多,国内开始大范围研究大线能量焊接的时间与国外相比滞后约2年时间。从图2也可以看出:从大约1999年之后,全球范围内关于大线能量焊接研发投入的人次也越来越多,同样在2012年左右达到峰值。

专利申请量统计表明:与大线能量焊接相关的专利申请最多的国家分别是日本(占64.8%)、中国(占27.2%)和韩国(占6.4),日本的专利申请量占一半以上,中、日、韩三国的专利申请量之和占到世界专利申请总量的98.4%。进一步统计表明,大线能量焊接领域专利申请量排名前三的企业分别为JFE、新日铁和神户制钢,国内专利申请量最多的是宝钢股份,大线能量焊接领域的研究人员需要重点关注日本钢铁企业的最新技术动态。

2 热点领域

通过对期刊文献的关键词词频统计和关键词共现关系研究,以及对专利文献的国际专利分类号(IPC)统计分析,可以得知大线能量焊接领域当前的技术热点。

期刊文献主要偏向于理论研究,从图3可以看出:关于大线能量焊接的理论研究方向主要集中在与之相关的焊接线能量、焊接热影响区、力学性能、冲击韧性、显微组织等性能研究。专利文献主要偏向于产品、设备、材料、方法和应用主题的保护,从表1可以看出:与大线能量焊接相关的专利保护主要集中在焊接材料的成分设计以及相关的工艺,尤其是添加钛、锆、镍、铬、锰等合金元素的焊接材料、产品和工艺。

3 热点文献

通过期刊文献的下载情况、专利文献的被引证情况统计,可以得知近十年来研究人员比较关注的期刊文献和专利文献。

杨才福等(高性能船舶及海洋工程用钢的开发,钢铁,2012(12),1-8)指出了海洋石油工业的飞速发展给造船及海洋工程用钢提出了高强度、高韧性、大线能量焊接、良好的耐腐蚀性以及大厚度、大尺寸规格的要求,通过采用Mg-Ti复合处理技术,开发出了适合100-200kJ/cm的大线能量焊接船体钢,其在200kJ/cm的大线能量焊接时,焊接热影响区粗晶区-20℃冲击功高达350J。陈研等(国内外高强度船板钢的研发现状和发展,特殊钢,2011(5),26-30)总结了宝钢、JFE、神户制钢、住友金属、POSCO为解决HAZ(Heat Af f ected Zone)韧性问题所开展的研究工作,认为大线能量焊接性能的研究方向为:利用微合金化元素细化晶粒、氧化物夹杂促进晶内铁素体生成,以及降低强碳化物形成元素、加入弱碳化物形成元素降低马氏体-奥氏体量。杨才福等(大线能量焊接船体钢的研究,上海金属,2010(1),1-10)认为降低钢中的C含量及碳当量(Ceq)、细化焊接热影响区奥氏体晶粒尺寸以及改善焊接热影响区的组织是发展大线能量焊接用钢的主要技术措施。“氧化物冶金”技术利用钢中细小的氧化物,通过促进晶内针状铁素体形核,明显改善焊接热影响区的组织,成为大线能量焊接用钢最有效的技术途径。刘湃(大线能量焊接高强船板钢氧化物冶金技术的新进展,世界钢铁,2012(1),20-28)认为氧化物冶金技术利用了钢中的细小氧化物,通过促进晶内铁素体形核可明显改善焊接热影响区的组织,成为解决大线能量焊接用钢技术难题的最有效技术途径。万响亮等(氧化物冶金技术在大线能量焊接用钢的应用,中国冶金,2015(6),6-12)总结了在大线能量焊接用钢开发中合金元素的作用、脱氧剂的选择及各钢铁厂对氧化物冶金技术在生产中的应用,为大线能量焊接用钢的开发提供借鉴,同时还提出了氧化物冶金中待解决的一些问题。

专利文献CN102218623A为解决焊剂不能满足X100级管线钢对焊缝强度、韧性、抗腐蚀性等性能的要求,公开了一种X100管线钢埋弧焊用焊剂,其主成分中各成分重量百分比含量分别为:SiO2 5%-13%,MgO 26%-40%,Al2O3 15%-24%,CaF2 18%-25%,CaO 1%-4%,MnO 4%-8%,Na2O 1%-2%,K2O 1%-2%,TiO2 1.0%-6.0%以及占

主成分重量15%-20%的粘结剂,该焊剂的多丝大线能量高速焊接达120m/h。专利CN102719745A公开一种优良抗HIC、SSC的高强低温用钢及其制造方法,该钢是一种超低C-低Si-中Mn-低Al s-低N-少量(Ni+Mo)合金化-微(Ti+Nb)处理的低合金钢,屈服强度≥460MPa,抗拉强度≥550MPa,-50℃的Charpy横向冲击功(单个值)≥47J,可大线能量焊接、耐HIC与SSC低温TMCP铜板,主要用于低温储罐、低温压力铜管、冰海区域海洋平台等。CN102605247A公开了一种大线能量焊接厚铜板及其制造方法,通过采取合适的成分设计,并在精炼过程中采取合适的脱氧剂添加顺序,控制脱氧剂的添加量,并通过添加Fe203粉的方式,精确控制Mg脱氧时的初始氧位,这样可以控制形成微细弥散分布的Mg氧化物和硫化物夹杂,同时对于微米夹杂物中的(Mg+Ca)/Mn含量比值,亚微米夹杂物中的(Mg+Ca)/Mn、Ti/Mn含量比值进行控制。在焊接热循环过程中,夹杂物可以有效地钉扎焊接热影响区奥氏体晶粒的长大,促进晶内铁素体的生长,从而改善厚铜板的大线能量焊接性能。CN103418930A提供了一种Ni基合金焊接金属、带状电极和焊接方法,因为限制B和Zr的量,并且以特定量添加Nb、Ta和C,所以在大线能量焊接中,也能够得到耐高温裂纹性、抗拉强度和耐腐蚀性全部良好的Ni基合金焊接金属。JP2013-151743A提供了一种具有高热输入焊接件韧性和脆裂止裂性能的钢板,这种高强度厚钢板包括C、Si、Mn、Al、P、S、Nb、Ti、N、Ca和B,其中0<(Ca-(0.18+130×Ca)×O)/1.25/S<1、Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(V+Mo+Cr)/5为≥0.36%并且<0.45%,Cu、Ni、Cr、Mo和V可以是一种或多种,还含有Fe和不可避免的杂质。

4 结论

1)全球关于大线能量焊接相关的研究在2012年左右达到顶峰,约90%的研究成果在近20年完成,国内开始大范围研究大线能量焊接的时间与国外相比滞后约2年时间。

2)与大线能量焊接相关的专利申请最多的国家分别是日本、中国和韩国,日本的专利申请量占一半以上,中、日、韩三国的专利申请量之和占到世界专利申请总量的98.4%,研究人员需要重点关注日本钢铁企业的最新技术动态。

3)关于大线能量焊接的理论研究方向主要集中在与之相关的焊接线能量、焊接热影响区、力学性能、冲击韧性、显微组织等性能研究。专利保护则主要集中在焊接材料的成分设计以及相关的工艺,尤其是添加钛、锆、镍、铬、锰等合金元素的焊接材料等产品和工艺。


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