激光和切割焊接钢型材

由马钢英国有限公司2018年2月13日

长期以来，钢的结构应用一直使用经过精心设计的细长梁，其几何形状赋予了它们特定的力学性能。如今，各种各样的切割和连接技术是可用的，这意味着越来越复杂的钢截面可以生产，以满足日益增长的应用程序。

本文总结了定制型钢生产中常用的几种主要的切割和连接技术。

结构应用

19世纪末^th世纪，工程师本杰明·贝克做出了一个大胆的决定:用钢建造世界上最长的单悬臂桥。之前从未在这种规模的应用中试验过，贝克知道，钢的延展性和强度使其成为工程承重应用的完美材料。

福斯大桥至今仍被视为工程上的奇迹。当时，它对钢铁的潜力做出了不可否认的声明。从那以后，钢铁在现代建筑和工程中所扮演的角色再怎么强调也不为过。结构钢是任何工程师工具箱的重要组成部分，没有它，现代世界的天际线将会截然不同(更不用说更低了)。

由于它的多功能性，钢现在是最常用的工程材料之一。亚博网站下载¹钢在合金化和制造方面的高度可调特性使其有广泛的应用。

钢铁生产从化学层面开始，大量微量的合金元素可以赋予所需的性能。碳通常决定了钢的用途，控制强度和延展性。

增加了铜、铬和镍等元素的耐腐蚀性，使合金适用于公路桥梁等应用。²将铬的质量分数提高到10.5%，就可以得到不锈钢，其著名的耐腐蚀性能使其在全世界的外科和实验室设备中得到了应用。app亚博体育^3.

钢的材料性能也由几何形状决定。随处可见的工字梁就是一个关键的例子:对于传统的结构应用来说，工字梁通常是最经济的，它可以有效地处理一个方向的弯曲或剪切荷载。

它也很容易制造，与其他几个横截面，从一个单一的金属块滚。然而，虽然轧制型材可以满足许多应用，但通过使用切割和焊接技术来制造定制型材，可以获得更大范围的性能。

切割钢有几种方法:

火焰切割是一种简单而有效的技术，用于切割碳素钢和高强度低合金(HSLA)钢已超过一个世纪。⁴氧气与丙烷或乙炔的混合物燃烧，产生炽热的火焰，能够切割从6毫米厚到几英寸厚的钢片。

火焰切割可以产生干净准确的切割面，但在某些应用中，由于切割边缘周围会产生热影响区(HAZ)，因此可能需要使用额外的加工。这就给非常薄的材料制造了一个问题，因为使用其他方法可以更精确地切割这些材料亚博网站下载。

等离子切割是在20世纪50年代开发的，作为火焰切割的替代品，可以切割高合金钢，如不锈钢。它利用等离子体(电离气体)电弧给钢加热。

聚焦的等离子体射流具有热能和动能，将钢熔化，并将材料从切缝中排出。等离子切割效率高，精度高，典型公差为0.5mm，可以切割任何金属。⁵⁶

最精密的钢切割工艺是激光切割它在一个非常精确控制的区域内使用热量。根据被切割的钢的不同，热量可以点燃氧气燃烧过程(如火焰切割)，完全蒸发钢，或将足以熔化钢，在这种情况下，高压氮气被用来吹走熔化的材料。

虽然它不适合切割反射金属，但高度聚焦的激光束可以极大地降低HAZ，并可以实现非常高的公差——通常是0.1-0.8mm，取决于薄板厚度。⁷

切割钢材最通用的选择是水切割．携带磨料颗粒的高压水射流可以切割钢材而不会对工件造成热损伤，而且公差低得惊人，只有0.5myabo214m左右。⁸

水切割是一种非常适合和精确的切割过程，几乎任何材料，但成本相对较高。

钢的部分通常是焊接连接，一次切割。自19世纪末电弧焊发明以来^th世纪以来，许多焊接工艺已经发展为许多应用，其中大多数使用电弧提供足够的能量来熔化母材并促进熔化。

最近“能量束”焊接技术的改进，如电子束焊接和激光焊接，与基于电弧的技术相比，在速度和准确性方面有了巨大的改进。激光焊缝的强度和低失真有利于高性能技术的应用，如目前正在法国建设的国际热核实验反应堆。⁹然而，所需设备的高昂费用限制了这些技术的使用。app亚博体育¹⁰

英国马钢公司是一家利用激光焊接优势的公司。结合火焰、激光、等离子体和水切割技术，马钢采用激光焊接生产不锈钢型材，焊缝非常小。

高精度使得复杂切割型材的快速可靠连接成为可能。该过程是自动化的，可有效扩展，使小批量项目和一次性原型经济，以及大规模制造运行。

结构设计原理-陈炜峰，雷恩明，印加CRC出版社，2005
钢结构设计-麻省理工学院土木与环境工程系，1999年春季学期
http://www.worldstainless.org/Files/issf/non-image-files/PDF/TheStainlessSteelFamily.pdf
什么是火焰切割?- - - - - -http://www.esabna.com/us/en/education/blog/what-is-flame-cutting.cfm
水射流切割工艺基础http://www.esab.co.uk/gb/en/education/blog/waterjet-cutting-process-basics.cfm
标准金属切割工艺:激光切割vs.等离子切割http://www.teskolaser.com
激光切割公差-http://www.daysteel.co.uk
水射流加工公差https://waterjets.org/archive/getting-the-most/tips/waterjet-machining-tolerances/
ITER试验包层模块和DEMO用RAFM钢候选焊接工艺综述- P. Aubert等人，核材料学报，2011亚博网站下载
〇激光焊接http://www.esab.co.uk/gb/en/automation/lbw/index.cfm

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