张正业
雷沃重工股份有限公司 山东省潍坊市 261206
摘要：手工焊接是一种连接工艺，在制造业和建筑业有着广泛的应用。手工焊接过程中面临的挑战之一是连接金属的质量。由于某些结构的施工需要手工焊接子组件，质量会导致几何误差，使得子组件难以组装并限制自动化。由于矫直过程中涉及返工，这也增加了生产成本。研究人员提出了控制手工焊接质量的各种缓解因素。对简化对接焊缝的两种手工焊接质量控制方法进行了比较，比较了采用这两种手工焊接工艺时钢板的质量情况。
关键词：机械加工；手工焊接；质量控制
引言：焊接变形是由热梯度引起的，在应用热时由于不均匀的膨胀和收缩而产生应变。在焊接过程中，材料被加热到熔融状态并膨胀，而相邻的冷却器则产生抗拉力或压缩力膨胀。在冷却时，加热焊点在各个方向收缩，产生受寒冷邻近地区制约的拉伸应变。对三种工艺的手工焊接和质量校正（矫直）时间进行了比较。对于这两种情况，所使用的矫直方法都是在标准时间内进行火焰加热。从实验中可以看出，所使用的程序会对手工焊接质量产生影响。使用适当的程序可以帮助减少失真，从而节省维修成本。
1.机械加工中的焊接
局部受热区的热应力大于屈服应力时，会发生塑性变形。收缩导致各种形式的变形：横向、纵向角度、屈曲、弯曲和扭曲。变形的性质和程度取决于许多因素，包括热输入强度和速率、板厚、焊接设计、焊接工艺顺序和母材性能。虽然很难完全消除变形，但已经提出了各种控制变形的方法。焊后热管理技术已被用于控制变形。为了减小变形量，提出了采用线加热的反变形方法(PCMD).热母材在冷却焊接时的二次加热以及利用夹具和夹具对接头的平面外运动施加约束力也被用于控制变形，取得了良好的效果。数值模拟和实际测量证实了该方法的有效性，通过对不同材料的热输入量的研究表明，可以通过减小焊接变形量来控制焊接变形。用实验方法对对焊铝板的角弯曲进行了研究，结果表明，约束焊接比无约束板具有更低的变形。虽然有裂纹迹象，但焊接变形减少了。[1]
畸变也取决于板的厚度，这从不同的尺寸和跨度宽度的角变化与板厚之间的关系中可以看出。分析了钢管的两段环向对接焊接。他们的结论是，较厚的壁管具有更高的拉残余应力比更薄的阶梯管。通过预应变可以减小焊接变形.进行了杯形接头预应变试验，焊接后法兰几乎是直的。采用适当的焊接顺序，可使变形双面化。显示对焊的焊接顺序。为了研究焊接顺序对面板畸变的影响，采用最优顺序进行了角度畸变减小。另一种用于变形控制的技术是使用最小的焊缝道次，虽然大多数焊接变形控制方法都取得了很好的效果，但必须注意的是，它们要么需要额外的时间，要么需要改变接头设计的成本。这需要分析才能应用最优的方法。因此，必须在变形控制所需的时间、变形的影响(如公差的精度要求)、焊接接头的强度和修复变形的费用之间进行权衡。扭曲的类型变形可分为六种主要类型：纵向收缩、横向收缩、角变形、滚盘、屈曲和扭转。纵向收缩导致构件沿焊接接头主轴的缩短。横切应力导致跨越焊接接头脚趾的构件缩短。角变形焊缝Z0ne横向收缩应力不在中性轴平面上，导致一个构件相对于相邻构件旋转。弯曲和松开变形是当焊缝中心不与截面0的中点轴重合时，焊缝的纵向收缩使该截面弯曲成弯曲的形状。屈曲是类似于弯曲和盘，但更明显的局部变形，如在较大的结构或较薄或较不受约束的部分。在具有剪切变形的焊接接头的细长结构中出现扭结现象。有装配梁和立柱的箱形截面可以扭转。[2]
2. 机械加工中手工焊接的质量控制
2.1对称接头(X槽准备，双角焊缝)
采用的减轻因素取决于许多因素。例如关节的类型，它的可达性，板厚度，与变形校正相关的成本。在不影响质量和设计强度的情况下使用正确的方法是很重要的。必须在可接受的扭曲公差和控制成本之间进行权衡。[3]
2.2做好时间测量
对手工电弧焊对焊板的角变形进行了试验研究。实验所用材料为低碳钢200×150×6mm。用铣床制备了45%角的双焊缝，焊接条件参数设为表1，焊条为ASTM A6。
焊接是在28“C左右的室温下进行的，用游标卡尺和表盘测试指示器(DTI)测量了变形，用秒表进行了时间测量，在焊前和焊后的几个点进行了测量，对焊接板的左右两侧进行了测量。[4]
畸变测量的实验装置.
案例1：普通手工电弧焊
无约束板焊接在一起。焊接接头首先焊接在板的两端。
案例2：后退焊接程序
采用后台阶焊接工艺进行焊接，图5显示了后台阶焊接顺序，钢板焊接在一起，操作人员采用后台阶焊接技术。焊接冷却后记录了变形。[5]
图3：退步焊接过程
案例4：两次焊接，间隔10分钟。
将钢板焊接在一起，然后进行两道焊缝，使对接焊缝完全充满。焊缝之间的时间变化在10到60分钟之间，并观察到了变形。三种情况下的变形曲线，两次焊接时角变形更大，而背向步进焊接时变形最小。在选择最佳技术时，应考虑畸变率和所需时间。常规焊接与常规焊接有明显的差异，而横向焊接的结果基本一致。重要的是，焊接在两次跑和延迟在10分钟内第二次运行消耗时间。通过对变形程度和矫直所需时间的分析，发现后台阶焊是一种更有效的焊接方法，应在情况允许的情况下应用。
2.3注意运行时间
当焊接在一条连续线上时，板边缘的平均位移为22 mm。板中部也有收缩现象，显示了焊接板的位移曲线。这表明，当超过一次运行时，失真通常会增加，而当两次连续运行之间存在延迟时，失真会减少。每隔20分钟进行两次焊接时的变形。焊接过程之间的时间效应。平均位移为1.78mm。实验表明，对于需要多次运行的焊缝，每次运行时间对变形量有影响。结果表明，在连续运行过程中，畸变随时间的增加而减小。这可以用延迟运行时的大部分热量来解释。
2.4焊接工艺的选择
研究表明，焊接工艺的选择对焊接变形的性质和程度有一定的影响，当进行两次焊接时，变形更明显，而采用后台阶法的偏差最小。确定了焊接工艺的选择，观察了焊接时间和焊接变形修正的时间。观察到，当使用超过的变形时，需要更多的时间才能使板达到平整度。这个程序是昂贵的，因为它需要一个熟练的焊接火焰加热和气体的成本。对于简单的焊接，建议焊工采用后台阶焊接，以避免更高的变形。由于手工电弧焊不能产生均匀的焊接，而且焊接速度随运行而变化，因此还需要进一步的研究。
结束语：焊接是一项操作简单，但对外界环境要求较高的一门工艺技术，我们要在焊接过程中严格依照影响焊接质量的因素，严格把控这些因素，将焊接质量放在首位，为机械焊接这个领域做出自己应有的贡献。
参考文献:
[1]王永红,邱华盛,刘哲. 现代电子装联软钎焊工艺手工焊引入飘带状锡渣的形成机理与管控[C]. 四川省电子学会SMT专委会、广东省电子学会SMT专委会.2019中国高端SMT学术会议论文集.四川省电子学会SMT专委会、广东省电子学会SMT专委会:四川省电子学会SMT专业委员会,2019:190-199.
[2]周路云,符明海,王国圈,刘书宏.X100钢管补焊手工焊接工艺实验与数值模拟研究[J].化工装备技术,2019,40(03):5-8.
[3]李竹影,李杨,符云峰.不耐温大面积直连式扣板组件手工焊接工艺策略[J].通讯世界,2018(02):317-319.
[4]李阳. 酸性介质碳钢及低合金钢管道热丝TIG手工焊接工艺研究[D].西南石油大学,2017.
[5]刘红,王辉,张勤,姬炳章.某电焊车间通风系统效果职业卫生学调查[J].中国工业医学杂志,2017,30(01):57-59.