材料成型及焊接控制工藝要點(diǎn)分析

郜一帆GAO Yi-fan

（西北工業(yè)大學(xué)，西安710072）

0 引言

材料成型和焊接的質(zhì)量，極易被外界因素所影響，從而出現(xiàn)焊接機(jī)械無(wú)法達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的情況?，F(xiàn)階段，對(duì)大型機(jī)械進(jìn)行制造與安裝所運(yùn)用核心技術(shù)，便是焊接技術(shù)，一旦出現(xiàn)技術(shù)運(yùn)用失誤的情況，必然會(huì)使機(jī)械結(jié)構(gòu)和質(zhì)量受到影響。由此可見(jiàn)，準(zhǔn)確掌握不同工藝的運(yùn)用要點(diǎn)，在確保焊接質(zhì)量的前提下，提高現(xiàn)有資源利用率具有極為重要的意義。

1 材料成型與控制情況

由于可能使金屬材料焊接受到影響的因素較多，如果焊接人員沒(méi)有對(duì)此引起重視，便會(huì)導(dǎo)致機(jī)械質(zhì)量無(wú)法達(dá)到預(yù)期，其使用壽命也會(huì)有所縮短。下文著重介紹了焊接環(huán)節(jié)較為常見(jiàn)的問(wèn)題，供相關(guān)人員參考。

1.1 氣孔

對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行焊接時(shí)，如果熔池有未逸出氣泡存在，極易使焊縫內(nèi)部或表面出現(xiàn)洞形空穴或圓形空穴，這種空穴又被稱作氣孔?？赡苄纬蓺饪椎脑蜉^多，例如：焊件表面沒(méi)有得到徹底清潔，仍有銹跡、油污和氧化膜存在；焊條濕度過(guò)大或質(zhì)量不達(dá)標(biāo)；電弧過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致原有保護(hù)功能難以發(fā)揮應(yīng)有作用；為焊接提供保護(hù)的氣體，不具備理想純度等[1]。上述情況均會(huì)減緩焊接氣體排出速度，氣孔隨之形成。

1.2 夾渣

夾渣指的是焊接工作結(jié)束后，焊接縫隙仍有少許熔渣存在。從外觀結(jié)構(gòu)來(lái)看，夾渣所表現(xiàn)出狀態(tài)，主要有線、條和顆粒，其繁復(fù)程度不言而喻，一旦出現(xiàn)夾渣情況，縫隙韌度及密度必然會(huì)有所降低，產(chǎn)品質(zhì)量也會(huì)受到較為明顯的影響。研究表明，較易出現(xiàn)夾渣問(wèn)題的區(qū)域，通常是焊接邊際和焊道過(guò)渡處，另外，深溝同樣有夾渣的可能，如果焊道形狀出現(xiàn)了明顯變化，夾渣發(fā)生幾率將會(huì)大幅提升。當(dāng)然，焊接方法選用不正確，也會(huì)增加縫隙混淆細(xì)小夾渣的概率，由此而引發(fā)的問(wèn)題，便是焊接對(duì)象出現(xiàn)裂縫和孔洞。

1.3 未焊透

開(kāi)展焊接工作時(shí)，無(wú)論是母材金屬熔化不徹底，還是焊縫金屬與接頭根部存在較大距離，均會(huì)給坡口形狀帶來(lái)影響，單面焊被影響的范圍以坡口根部為主，雙面焊對(duì)應(yīng)坡口的鈍邊，同樣會(huì)受到影響。首先，未焊透是焊縫面積減少的主要原因，隨著接頭強(qiáng)度的持續(xù)下降，焊縫固有疲勞強(qiáng)度也會(huì)被影響；其次，未焊透增加了應(yīng)力集中的可能，而應(yīng)力集中引發(fā)的問(wèn)題，通常較強(qiáng)度下降更為嚴(yán)重；最后，由于未焊透而出現(xiàn)的裂縫，被視為焊縫被破壞的主要原因。

對(duì)多方因素加以考慮后，相關(guān)人員將未焊透出現(xiàn)原因歸納如下：其一，沒(méi)有參考產(chǎn)品情況，確定焊接規(guī)范；其二，極快的焊接速度，沒(méi)有給金屬預(yù)留足夠的熔化時(shí)間，導(dǎo)致坡口邊、角度和對(duì)口間隙無(wú)法滿足現(xiàn)行要求，具體表現(xiàn)為坡口邊大、角度過(guò)??；其三，手工焊接選用電流過(guò)小，快速運(yùn)轉(zhuǎn)的焊條，無(wú)形中加大了實(shí)際熔深和預(yù)期的差距，未焊透情況出現(xiàn)。

1.4 質(zhì)量不達(dá)標(biāo)

如果深加工對(duì)象是金屬半成品，不僅要將現(xiàn)行要求與標(biāo)準(zhǔn)視為核心原則，還應(yīng)當(dāng)做到全面控制材料成型和焊接的質(zhì)量，確保焊接過(guò)程能夠滿足工序管理所提出各項(xiàng)要求，由此可見(jiàn)，工序質(zhì)量能否得到有效管理，通常決定著材料成型和焊接的質(zhì)量。在對(duì)相關(guān)工作加以落實(shí)時(shí)，仍有部分企業(yè)沒(méi)有對(duì)管理工作引起重視，而負(fù)責(zé)檢測(cè)工序并控制質(zhì)量的人員，普遍未曾接受過(guò)專業(yè)培訓(xùn)，這便是成品質(zhì)量與性能始終無(wú)法達(dá)到預(yù)期的主要原因[2]。事實(shí)證明，缺少管理標(biāo)準(zhǔn)約束的焊接工作，極易出現(xiàn)工序錯(cuò)亂的情況，無(wú)論是材料成型情況，還是焊接的質(zhì)量，均會(huì)受到不同程度的影響。

1.5 其他常見(jiàn)問(wèn)題

裂紋也是焊接工作的常見(jiàn)問(wèn)題，對(duì)金屬半成品進(jìn)行焊接時(shí)，出現(xiàn)頻率較高的裂紋，主要有材料裂紋、剛性裂紋和延遲裂紋，三者分別對(duì)應(yīng)不同成因。

首先，如果母材含有超過(guò)要求的碳硫元素，焊接所形成裂紋便是材料裂紋。而材料裂紋的裂紋源，還包括：在有定位焊開(kāi)裂的情況下，焊接人員沒(méi)有提前對(duì)其進(jìn)行鏟除，便對(duì)打底焊等環(huán)節(jié)加以落實(shí)。其次，通身縱裂紋多數(shù)為剛性裂紋，而形成剛性裂紋的原因，主要是焊接人員所選用焊條直徑與產(chǎn)品不符，強(qiáng)制組裝并焊接構(gòu)件，在應(yīng)力作用的影響下，焊縫出現(xiàn)裂紋，如果不及時(shí)解決已經(jīng)存在的微小裂紋，極易使裂紋沿著裂縫源向其他部分?jǐn)U展，產(chǎn)品質(zhì)量必然會(huì)受到影響。最后，存在于金屬內(nèi)部的微細(xì)裂縫為延遲裂縫，其形狀以毛狀最為常見(jiàn)。如果開(kāi)展焊接工作的環(huán)境溫度較低，金屬被熔化和冷卻的速度往往極快，這也使焊接應(yīng)力具備了形成的條件。要想解決該問(wèn)題，關(guān)鍵是減緩金屬冷卻的速度，而切實(shí)可行的方法，便是提前對(duì)焊接產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)熱。

2 材料成型與控制要點(diǎn)

對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行制造時(shí)，相關(guān)人員出于使產(chǎn)品擁有理想質(zhì)量及性能的考慮，提出“全面掌控技術(shù)，深入分析可能損害焊接工藝的原因，通過(guò)調(diào)整改進(jìn)的方式，為焊接操作與產(chǎn)品質(zhì)量提供保證”的要求。在開(kāi)展焊接工作時(shí)，下列內(nèi)容應(yīng)當(dāng)引起重視：

2.1 預(yù)防氣孔缺陷

實(shí)證有效的氣孔缺陷預(yù)防策略，可被歸納為以下幾點(diǎn)：第一，根據(jù)實(shí)際情況，確定焊接速度與電流，徹底清理焊接位置，確保無(wú)銹跡、水分和油污等雜質(zhì)存在；第二，根據(jù)不同材料的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行保管及烘焙，在使用焊條時(shí)，焊接人員應(yīng)注意焊條是否存在銹蝕或變質(zhì)情況，確保焊條各項(xiàng)參數(shù)均與項(xiàng)目要求相符。第三，對(duì)埋弧環(huán)節(jié)加以落實(shí)時(shí)，將重點(diǎn)放在元件參數(shù)上，如果元件材質(zhì)較薄，酌情放慢焊接速度很有必要。

2.2 解決夾渣問(wèn)題

可使夾渣現(xiàn)象得到規(guī)范的措施，主要有：首先，在科學(xué)規(guī)劃坡口大小的前提下，按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)坡口加以選用，確保坡口擁有干凈且整潔的邊界。其次，如果需要對(duì)多層焊道進(jìn)行焊接，則要提前對(duì)坡口位置進(jìn)行規(guī)劃，再完成后續(xù)的焊接工作，與此同時(shí)，焊接人員應(yīng)確保各層焊道即便經(jīng)歷了焊接，仍然擁有干凈且整潔的表面[3]。最后，通過(guò)逐層封焊的方式，獲得理想機(jī)械。對(duì)上述工作加以落實(shí)時(shí)，焊接人員應(yīng)對(duì)質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，確保即便有偏芯等問(wèn)題存在，也可通過(guò)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決的方式，將其所帶來(lái)影響限定在較小范圍內(nèi)。

2.3 避免焊接不到位

在焊接金屬的過(guò)程中，金屬?zèng)]有被焊透的情況較為常見(jiàn)，要想使該問(wèn)題得到有效防范，主要有兩方面內(nèi)容需要得到落實(shí)。其一，綜合考慮多方因素，確定坡口大??；其二，實(shí)時(shí)控制焊接速度及電流大小，使坡口表面得到深度清潔。除此之外，焊接人員還要對(duì)焊條擺動(dòng)幅度進(jìn)行掌控，全程跟進(jìn)坡口兩側(cè)所展現(xiàn)出的熔合程度。事實(shí)證明，無(wú)論對(duì)靜載設(shè)備還是動(dòng)載設(shè)備而言，焊接質(zhì)量與性能，均決定著自身能否順利運(yùn)行，另外，生產(chǎn)成本、設(shè)備壽命和運(yùn)行安全性等因素，同樣受焊接質(zhì)量影響，只有徹底解決焊接不到位的問(wèn)題，才能使相關(guān)工作的價(jià)值得到應(yīng)有實(shí)現(xiàn)。

2.4 提高人員技術(shù)水平

對(duì)焊接工作而言，人員技術(shù)水平與焊接質(zhì)量和性能密切相關(guān)，由此可見(jiàn)，要想使相關(guān)工作取得理想效果，確保焊接人員具備良好素質(zhì)和技術(shù)水平很有必要。一方面，落實(shí)持證上崗制度，從源頭提高人員水平，將人為因素引發(fā)質(zhì)量問(wèn)題的幾率降到最低。目前，針對(duì)焊接工藝所制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)趨于完善，其內(nèi)容涉及前期準(zhǔn)備、焊接方法和流程等方面，只有按部就班的完成工作，才能使機(jī)械設(shè)備擁有上乘質(zhì)量。另一方面，加大檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的力度，確保接頭擁有滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及要求的性能。

2.5 其他控制要點(diǎn)

2.5.1 焊接過(guò)程 焊接過(guò)程應(yīng)有完善的技術(shù)規(guī)定，該規(guī)定的內(nèi)容，通常涉及焊接方法、參數(shù)和順序等方面，事實(shí)證明，只有嚴(yán)格控制焊接過(guò)程，才能確保機(jī)械質(zhì)量達(dá)到預(yù)期。首先，按照行業(yè)要求，控制預(yù)熱過(guò)程實(shí)時(shí)溫度；其次，如果條件允許，盡量利用堿性焊條，并對(duì)工藝參數(shù)加以控制；最后，重視坡口問(wèn)題，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整焊接方案，使焊接工藝擁有符合性能指標(biāo)的接頭[4]。

2.5.2 材料與設(shè)備 如何使接頭質(zhì)量得到提高，現(xiàn)已成為亟待解決的問(wèn)題。試驗(yàn)所得結(jié)果表明，要想獲得優(yōu)質(zhì)接頭，有兩方面內(nèi)容需要引起重視：其一，綜合考慮多方因素，確定焊劑、焊絲等焊接材料；其二，形成科學(xué)而全面的說(shuō)明文件，確保材料擁有清晰的標(biāo)注與標(biāo)識(shí)。除此之外，對(duì)焊接設(shè)備加以控制，同樣很有必要。焊接所用設(shè)備以電焊機(jī)為主，該設(shè)備可使焊接電流得到實(shí)時(shí)顯示，由焊接人員調(diào)整電流強(qiáng)弱度，為焊接質(zhì)量提供保證。實(shí)踐所得經(jīng)驗(yàn)表明，使設(shè)備得到有效控制的前提，便是對(duì)電流進(jìn)行控制，避免出現(xiàn)超標(biāo)或偏差等情況。

3 工藝發(fā)展前景預(yù)測(cè)及展望

在制造行業(yè)發(fā)展迅速的當(dāng)下，焊接技術(shù)逐漸朝著科學(xué)且完善的方向前進(jìn)，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，以下技術(shù)應(yīng)當(dāng)引起人們重視：首先，兼具普及性高和小型化優(yōu)勢(shì)的逆變焊接。其次，擁有較大容量的軟開(kāi)關(guān)，對(duì)其加以運(yùn)用可賦予逆變電源更為理想的可靠性，真正做到控制精密波形。再次，可精確控制焊接電流與電壓的短路過(guò)渡，事實(shí)證明，對(duì)該技術(shù)加以運(yùn)用，不僅能夠優(yōu)化焊縫熔合度，隨著間隙得到有效填充，機(jī)械質(zhì)量也會(huì)得到較大幅度的提升。最后，CO2焊接是高效焊接技術(shù)的代表，在改變焊接參數(shù)的前提下，賦予逆變焊接更加強(qiáng)大的生命力，真正做到節(jié)能、省材和高效。基于此所開(kāi)展焊接工作，通常能夠憑借信息技術(shù)，對(duì)氣體保護(hù)焊接所提出要求加以滿足。

4 結(jié)論

由上文所敘述內(nèi)容可知，無(wú)論是制造還是安裝機(jī)械設(shè)備，均要運(yùn)用到焊接技術(shù)，這也表明焊接質(zhì)量對(duì)機(jī)械價(jià)值能否實(shí)現(xiàn)起決定作用。要想使材料焊接質(zhì)量得到有效控制，關(guān)鍵是做到科學(xué)分配現(xiàn)有資源，將材料及工藝的選擇放在同等重要的位置，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)實(shí)踐所得經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)的方式，將不必要問(wèn)題出現(xiàn)的幾率降到最低。