如何提高柴油機焊接件焊接質量

張德平 張杰 張健健 李艷華 魏娟

中國船舶重工集團柴油機有限公司 山東青島 266520

在現代制造業中，焊接技術作為重要的加工手段。隨著高級制造技術的提高，焊接作業的自動化和智能自動化相應地提高。焊接件在柴油機分類為下列幾種：①本體類型：例如機座、機架、掃氣箱、排煙管、連接支承等。②管道類型：如所有油管、水管、氣體管道等。③罩殼類：如齒輪箱罩殼、等。④油底殼等。上述焊接件一般采用厚度大于6mm的低碳鋼。隨著焊接技術的發展，上述大多數焊接部分目前都采用二氧化碳氣體保護焊接。二氧化碳氣體保護焊有以下優點：焊接速度快，范圍廣，低碳鋼、高強度鋼和普通鑄鐵的任意焊接，熔深大，焊接質量好，焊接中氫含量低，強度好，因此它被越來越廣泛地使用。

1 如何提高CO2氣體保護焊的焊接質量

CO2氣體保護焊具有上述優點。但其固有缺陷包括成形不良、焊接飛濺、造成了焊縫清理困難以及零件表面質量差。此外，抗風性較低，焊縫容易產生氣孔。運條不良很容易導致熔深淺，焊接強度較低。柴油機的大多數焊接件都是外露件。提高焊接質量尤為重要，尤其是外觀質量。一般來說，焊接質量提高應從設備、焊接工藝、焊接材料等開始[1]。

1.1 焊接設備

CO2焊機經歷了幾個階段，如抽頭硅、晶閘管、IGBT管式換向和全數字逆變焊機。數字式逆變焊機控制著各個焊接點向結合熔池的過渡，從而改善了焊縫成形，電弧穩定減少了飛濺。這種焊機的費用大約是普通焊機費用的10倍。

1.2 焊接工藝

使用20%(Ar)+80%(CO2)混合物的焊接工藝需要添加氣體分配器。氬氣價格較高(約53美元/瓶，CO2約17美元/瓶)導致生產成本較高。同時，對焊機操作的技術要求也較高。該方法改進了焊接成形狀態，減少了飛濺。

1.3 焊接材料

極低碳焊接，目前正在測試；采用藥芯焊絲，是解決CO2氣體保護焊成形差和大量飛濺的好方法。使用藥芯焊絲時，電弧穩定，焊接成形美觀，飛濺少，適合全位置焊接；氣相和渣相雙重保護，氣孔少，強度優于實心焊絲焊接；熔體速度快，沉積效率高，生產效率比焊條電弧焊高3-5倍，藥芯組成可調，適應各種鋼的焊接，滿足焊接質量要求。

2 影響柴油機焊接件焊接質量的因素

2.1 焊縫應力和應變

焊接加熱過程不均勻，在焊接后會產生應力和應變。焊接殘余應力可能會導致焊接構件中出現不同程度的裂紋，降低支撐結構的強度，并且在結構接觸腐蝕環境時容易產生應力腐蝕和應力腐蝕中的裂紋。柴油機零件存在焊接殘余應力可能會影響裝配精度、柴油機的外觀質量以及焊接零件的壽命。

2.2 焊接工藝和方法

目前柴油機焊接施工工藝主要使用氣體保護焊，最常用的焊接方法包括：二氧化碳氣體保護焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、手工電弧焊和火焰釬焊。CO2氣體保護焊具有以下優點：焊接速度快、焊接范圍廣、操作性好、抗裂性好、熱變形小。但是CO2氣體焊接的固有缺陷包括成形差、焊接熔渣清理困難以及零件表面質量差。此外，抗風性較低，焊縫容易出現氣孔。如果無損檢測和進行表面處理時沒有發現內部或表面的缺陷，焊接強度會降低，這會對柴油機焊接件的強度及外觀造成影響[2]。

2.3 焊接技術水平

焊接技術水平直接影響焊接質量。焊接人員能力資質、焊接設備技術水平、焊接工藝符合性等因素直接影響焊接質量。柴油機質量好的焊縫堅固可靠，形狀美觀，沒有氣孔、咬邊、渣等焊接缺陷，焊接技術水平對焊接質量起著決定性的作用。

3 提高柴油機焊接件焊接質量的措施

3.1 控制焊接的剩余應力和變形

降低焊接殘余應力的措施：首先，使用合理的焊接順序和方向。第一種方法是在焊接過程中盡量自由收縮。如果某些結構件是剛性的，為了減少焊接變形，則必須在焊接后進行去應力退火。先焊接大收縮焊縫，長焊縫采用分段對稱退焊法。第二，錘擊法。每次焊接后，焊接金屬都會使用小錘子快速均勻地敲擊，以形成橫向寬度，從而減小焊接應力和焊接變形。

控制焊接件變形的措施：柴油機焊接施焊過程中，需要控制機座、機架等焊接件的變形。除了合理選擇焊縫的尺寸和形狀外，合理安排焊縫在設計中的位置、使用剛性緊固方法、防變形方法、合理選擇焊縫順序和方向、符合要求的焊接參數等技術措施也可以減少焊縫變形，提高焊縫質量。

3.2 合理選擇焊接方法和工藝參數

首先選擇焊接方法。選擇焊接方法根據以下方面：焊接材料、焊縫的結構特征、產品焊接質量要求。目前，我們的主要焊接方法是二氧化碳氣體保護焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、手工電弧焊和火焰釬焊等。CO2氣體保護焊具有生產力高、成本低、焊接質量好、焊縫變形小等優點。主要用于焊接機座、機架、排氣管、油底殼等長焊縫。埋弧焊焊縫成形美觀、隔強光和煙塵、焊接質量穩定焊接速度快等優點，適用于機座、機架單片的易于進行翻轉的長焊縫，容易獲得高質量焊縫。鎢極氬弧焊電弧加熱集中、熱影響區小、可焊的焊材范圍廣、電弧穩定，飛濺少，成形美觀，適用于缸蓋堆焊和加工件的修補。手工電弧焊接具有靈活性、方便性、適應性、設備簡單等優點，特別是對于短焊縫。主要用于焊接進出口管道、法蘭、接頭等短焊縫。軟釬焊具有較小的變形和良好的外觀，可以連接到不同的金屬，主要用于銅管焊接。第二，確定工藝參數。目前廣泛使用CO2氣體保護焊接并在CO2氣體保護焊接實例中介紹了工藝參數的確定原則。CO2氣體保護焊的焊接工藝參數包括焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、送絲速度等。這些參數會對熔接過程的穩定性、品質和生產力產生不同的影響。參數是相互關聯的，因此必須適當配合才能取得令人滿意的結果[3]。

4 結語

制造柴油機是離不開焊接技術，柴油機制造商注重產品質量從而在激烈競爭的市場上發揮競爭優勢。焊接質量取決于柴油機的經濟性、可用性和美觀。參與制造柴油機制造的焊接工程師和生產人員應了解影響柴油機焊接質量的因素，以及制定提高焊接質量的措施，以便使焊接件符合經濟、可靠和美觀的要求，從而提高柴油機的質量。