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试论工业机械设备加工过程中的焊接工艺王彪

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第9期作者：王彪

[导读] 摘要：在大型工业机械设备生产、加工过程中，经常会用到焊接工艺。

        身份证号码：13062719891105xxxx 河北保定
        摘要：在大型工业机械设备生产、加工过程中，经常会用到焊接工艺。对一些厚度在100mm以上的钢板进行焊接时，如果焊接技术不过关，或是使用的焊接材料质量不合格，就容易影响到焊接质量，对工业机械设备的加工和使用效果造成负面影响。本文首先概述了工业机械设备加工焊接中存在的一些常见缺陷，随后就焊接工艺存在的问题和焊接过程中应掌握的技术要点展开了简要分析，最后基于个人工作经验，就如何提高机械设备焊接质量提出了几点建议。
        关键字：机械设备；焊接工艺；技术要点
        导言
        焊接作为现阶段金属材料连接的一种主要方式，在实际焊接过程中焊接效果容易受到多方面因素的影响，包括加工材料的质量、焊缝金属性能、焊接技术水平等。为了保障机械设备加工焊接效果，需要树立全过程质量管理理念，分别从前期的材料选择、焊接工艺各个环节的技术控制，以及完善焊接管理制度等方面加强监督管理，提高工业机械设备的焊接性能。
        1工业机械设备加工焊接缺陷
        焊接缺陷的存在会直接影响工业机械设备的使用效果，根据缺陷分布位置的不同，可以将其分为外部缺陷和内部缺陷两种类型。其中常见的外部缺陷有咬边、弧坑、焊穿、焊瘤、气孔、电弧擦伤等几种。以咬边为例，其产生原因通常是在焊接操作时，实际焊接电流超过了额定电流，以至于电弧拉得过长，在恒焊、仰焊中比较常见。对于咬边问题，除了要加强电流控制外，还要求工作人员规范运条方法，找准焊接角度，可以降低咬边问题的发生率。常见的内部缺陷有裂纹、夹渣、白点、未焊透等几种。以未焊透为例，焊接电流偏小，焊接速度过快，都会造成焊接效果不理想。要想保证材料焊透，应调整焊接电流至合适大小，控制好焊接速度，尽量缩短电弧长度，均匀焊接。
        2工业机械设备加工焊接技术要点
        2.1开坡口
        对于厚度超过100mm的厚材料，为了取得良好的焊接效果，应提前对材料进行坡口处理。在材料的双面开一个“V”字型口。坡口角度与熔深有密切联系，通常来说坡口角度越大，熔深越深。
        2.2焊前清理
        开坡口结束后，还需要对材料进行简单的清理工作，为下一步的焊接创造良好的条件。例如使用锉刀或砂纸将坡口位置打磨光滑，坡口内壁也要进行简单的打磨，避免存在明显的切割痕迹。另外，还要清理材料表面的油污、铁锈等物质，做好焊前清理可以有效防止后期焊接操作中出现气孔、夹渣、裂纹等问题。因此，作为焊接前的最后一道工序，清理工作也需要引起焊接技术工人的高度重视。
        2.3烘干焊条
        使用碱性焊条可以在一定程度上提高焊接效果。选择合适的焊条之后，还要对焊条进行烘干处理。将焊条置于300℃的恒温环境下，持续进行加热烘干约1小时。如果焊条不是直接使用，可以将其放置于恒温（100℃）密封桶内进行保存，待使用时将其取出。
        2.4控制预热温度
        在正式焊接前需要对钢板进行预热。这是十分重要的焊接加工工序，预热时需符合钢板厚度以及其中的碳含量。气保焊焊接和焊接碱性焊条时，需要具备180℃-200℃的预热温度，同时还需合理应用电加热，保持均匀的预热温度。焊接设备时，需要存在200℃-400℃的层间温度。如果中断焊接，则需要重新进行预热。
        2.5输入焊接参数
        如上文所述，焊接过程中电流大小、焊接速度、焊接角度等参数的变化，都会对最终的焊接效果产生直接影响。因此在实际操作时，也要将焊接参数调整至最佳状态。例如根据焊接直径的不同，对于直径为3.0mm的打底焊，将电压调整为20V-25V，焊接电流为100A-140A，焊接速度控制在180-220mm/min；对于直径为4.0mm的普通焊接，将电压调整至25V-30V，焊接电流为150A-200A，焊接速度控制在200-240mm/min；对于直径为1.5mm的二氧化碳气保焊，将电压调整至24V-28V，焊接电流为220A-250A，焊接速度控制在250-350mm/min。

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        2.6焊接操作
        用多层多道焊的焊接方式。薄焊层窄焊道，不可以随意摆动立焊部位。此外，立焊过程中，摆动的时候也不可以超过20mm。
        2.7焊接机械设备管理
        为了确保焊接机械设备的整体质量，在完成焊接整体厚度的1/2和1/4时，需要适当进行中间UT探伤，以及时发展和解决焊接过程中出现的问题，及时返修，从而保证焊接设备的整体质量。一般情况下，在进行两次返修后，如果还是会出现焊接缺陷，此时需要暂停焊接和返修，待充分考虑各种因素后，再进行返修和焊接。一是清除焊接缺陷时，合理应用碳弧气刨，之后把其打磨形成U破口，直到表面，光亮不存在渗碳层和氧化皮为止；二是基本形式为碳气刨破口，半径不小于6的圆滑破口底部，平整的破口斜面，20°左右的斜面夹角；三是检测打磨部位时应用PT方式，以保证能及时清理干净缺陷。
        2.8焊后消氢处理
        完成焊接后，还要对焊接部位进行后预热处理，提高焊接效果。将温度调节至300℃，并保持恒定，整个后预热持续时间一般在3小时左右，条件允许情况下可延长至5小时。后预热结束，使用石棉等耐高温且具有一定保温隔热效果的材料，将工业机械设备加工焊接部位遮盖住，让其热量缓慢散失和降温。大约在静置36小时后，焊接部位的温度可以回归至正常时，此时可以依据《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法（GB11345）》国家标准或者相关检测规范，对焊接设备最终进行UT探伤。
        3工业机械设备加工焊接工艺优化措施
        3.1加强焊接材料质量控制
        部分焊接缺陷的产生，与焊接材料质量不过关有直接关系。例如低碳钢焊缝的气孔主要是坡口未清理干净，出现结晶裂纹也多与焊接材料表面含有杂质有关。焊接中使用到的材料除了母材外，还包括必要的焊条、焊丝、焊剂等物质。因此，在整个工业机械设备焊接过程中，对于这些多种类型的焊接材料采取质量控制措施，也是十分必要的。材料管理员和焊接技术工人，都要强化质量管控意识，例如材料管理员应掌握各类材料的保存条件，像焊条应当放置于100℃的恒温、密封桶内保存。另外母材在加工前也必须做好清洁处理。
        3.2完善焊接制度
        工业机械设备加工焊接的现场环境复杂，制定并实施完善的焊接制度，一来可以确保焊接工艺流程的顺利开展，对于提高焊接效率、保证焊接质量有积极作用；二来焊接本身属于一项危险性较高的工作，严格执行管理制度，也有利于保障现场施工人员的安全。因此，需要制定关于工业机械设备加工焊接的专项制度，并要求焊接技术工人严格执行。该制度中还要对焊接标准、尺寸参数、焊接速度等做出明确说明，也能够在一定程度上为焊接工作开展提供必要的参考。
        3.3提高焊接工人技术水平
        近年来，一些与焊接相关的新材料、新设备、新工艺不断投入应用，在为工业机械设备加工焊接工作开展提供便利的基础上，也对焊接技术工人的专业技能提出了更加严格的要求。在这一背景下，部分焊接工人由于没有熟练掌握这些新技术、新设备，焊接质量与作业效率也受到了影响。为此，还应当定期做好焊接技术工人的业务培训，为焊接工作的更好开展奠定扎实基础。培训内容既要包括基本的技术、技能学习，还要开展安全作业培训、职业道德培训，不仅要做到精益求精，而且要坚持安全操作。
        结束语
        现阶段工业机械设备加工中，焊接技术的应用越来越普遍。结合以往焊接工作经验可知，实际操作中影响焊接质量的因素多种多样，例如焊接材料的选择、焊条的性能以及具体的焊接参数等。为了更好的提高焊接效果，需要焊接技术工人树立全过程管理意识，通过熟悉焊接工艺流程，掌握各个环节技术要点，采取严格的技术控制措施。同时还要做好准备工作，包括提前准备好焊接所用的材料、设备，不断提高自身焊接技术水平等，更好的胜任工业机械设备加工焊接要求。
        参考文献
        [1]赵虎林,苟藏红.数字化技术在焊接工艺中的应用[J].现代制造技术与装备,2019,266(1):153-154.
        [2]陈泽民,高虹,沈卫强,etal.不锈钢管道焊接工艺不规范所引起缺陷的分析与对策[J].现代冶金,2019,47(1):50-54.