機械設備加工過程中厚板焊接工藝探討

遲慶剛

（大慶石油管理局有限公司裝備制造分公司抽油機制造分公司銷售服務中心，黑龍江 大慶 163255）

機械加工項目規模越來越大，設備加大的大型化與重型化成為了發展趨勢。在機械設備加工過程中厚板焊接工藝最為關鍵，也是最難的工藝技術之一。在具體的焊接處理過程中，一般超過10cm厚的鋼板在焊接時會出現較多的問題，其中以焊縫和裂紋比較突出，會嚴重地影響到機械設備的使用效果，從而導致其無法滿足實際的操作要求。因此，在機械設備加工過程中必須要從厚板焊接的影響因素出發，根據相應的施工規范對其進行技術更新，對厚板焊接進行技術升級與完善，有效地解決其在機械設備加工中的問題。

1 機械設備加工過程中厚板焊接工藝中存在主要問題

機械設備加工過程中的厚板焊接工藝處理時會存在一定的問題，使得機械設備的加工效果無法很好地滿足實際工作的需求，進而導致機械設備焊接的整體效果不夠良好，嚴重者甚至會威脅到設備的運行情況與使用壽命。在厚板焊接過程中經常出現的問題主要表現在裂縫與焊縫上。在對機械設備進行厚板焊接時設備焊縫及附近會出現裂紋，這主要是因為在對設備進行焊接時沒有對其進行事先的預熱，沒有保證其焊接前的溫度。另外，在機械設備加工過程中受操作規范性的影響，也會出現氣孔和夾渣等問題，這主要是因為在進行厚板焊接過程中，設備本身會存在一定的孔隙和夾渣。這些問題的存在嚴重的影響到了機械設備的加工效果，所以在具體的操作處理過程中要確保焊縫表面不存在焊瘤和裂縫等問題，二級以下焊縫表面不能有氣孔、夾渣、裂紋等問題。

2 機械設備加工過程中厚板焊接工藝的實施

2.1 厚板焊接工藝

第一，進行破口處理。機械設備加工過程中的厚板焊接處理最基礎的一步是進行開破口處理，要根據具體的施工情況適當形成雙面V型破口。第二，在焊接之前要進行清理工作。在進行厚板焊接之前要對設備進行清理，主要清理的是破口將其兩側40mm左右范圍以內的油脂、氧化皮、水分、鐵銹等其他雜質。第三，對焊條進行烘干處理。根據機械加工厚板焊接相關標準的規定，在應用堿性焊條進行焊接之前，必須要對焊條進行烘干處理，烘干溫度要求在300℃以上、350℃以下。加工制造相關的要求是對焊條烘干處理兩個小時以上。在對機械設備進行焊接處理的過程中，要將焊條放置在100℃以內的保溫桶內進行保存。第四，對每一個層間的預熱溫度進行科學控制。在進行厚板焊接時，在開展具體的焊接工作之前必須要對鋼板進行預熱處理。此步驟在厚板焊接中是非常重要的加工工序，在預熱過程中要保證其符合鋼板厚度以及其中的C含量。在進行氣保焊焊接和焊接堿性焊條時，要確保預熱溫度達到了180℃以上，但不能超過200℃，同時還需要科學應用電加熱的方式，使預熱溫度能夠保持持續化的均勻。在對機械設備進行焊接時，要保證層間的溫度控制在不低于200℃，不高于400℃。在此過程中如果焊接被中斷，則需要進行重新的預熱處理。第五，對熱輸入的焊接參數進行控制。焊接直徑在3.2mm的打底焊在焊接過程中，要保證其電壓參數在21～24V之間，電流在920～140A之間，焊接速度在150～230mm/min之間。焊接直徑在4.0mm在焊接過程中，要保證其電壓參數在22～25V之間，電流在160～230A之間，焊接速度在150～260mm/min之間，直徑在1.2mm焊絲的二氧化碳氣保焊在焊接過程中，要保證其電壓參數在23～27V之間，電流在210～280A之間，焊接速度在260～360mm/min之間。第六，焊接操作。在厚板焊接過程中主要采用的是多層多道焊接的方式。薄焊層窄焊道不可以對立焊部位進行隨意擺動。第七，及時進行UT探傷處理。在焊接施工到整體厚度的一半或者1/4時，要及時進行UT探傷處理，及時發現焊接中存在的問題，及時修理，以保證整體的施工質量。第八，焊后消氫處理。在焊接結束之后要進行后預熱處理，溫度一般控制在250～300℃之間，時間在3～4小時之間。在后預熱處理結束之后要在設備上覆蓋冷處理的材料，保證其與室內溫度相符合。

2.2 焊接殘余應力

簡單來說焊接殘余應力就是熱應力，在對熱應力進行重疊加入處理之后可變為變應力。在機械設備加工中進行焊接處理時，焊接區域的融化速度要比其他區域高于很多倍，材料在這種情況下會出現受熱膨脹的現象。而焊接區域旁邊的冷區域受到這方面的影響，就會出現熱應力。受熱區域問題極度升高之后會境地屈服極限，部分地區會超出局部屈服極限進而產生熱壓縮，在冷卻之后會區域會縮短，這樣在以上所述的區域內就會出現一定的殘余應力。殘余應力并沒有經歷過荷載，所以其沒有接受過荷載構件的應力，也就屬于自相平衡的內應力系統范疇，也可以說殘余應力自身的荷載面在內力、內力矩、拉力與壓力等方面能夠達到平衡。

2.3 計算殘余應力

在焊接結束之后要對焊接殘余應力進行計算，通常情況下采用的是切條法。在機械設備進行表面焊縫加工過程中，要保證其平整性，在焊道上需要張貼上電阻應變片，然后根據切割方式對焊接表面垂直焊縫方向和焊縫方向中存在的應變釋放量進行科學的測量。距離試件中心50mm范圍內對實際的測量范圍進行限定，這樣才能夠獲取到垂直焊縫方向和焊縫方向中存在的應變釋放量。

第一，溫度場值的計算。在厚板焊接時如果輸入熱不大，那么其殘余應力就降低，所以要利用等密度體積熱源的方式對焊接熱輸入進行模擬計算。首先要對焊接截面進行獲取，然后對熱源截面的形狀進行定義，之后根據具備一致單元長度和等體積密度熱源長度是5.25mm，在此基礎上進行溫度計算。第二，對焊接殘余應力進行計算。計算殘余應力是要保證計算過程與虎克定律中的彈性應力變力關系相符合。對熱應變用線膨脹系統進行分析，用密塞斯準則對塑性形變進行分析，對高溫力學性能進行科學研究，這樣才能保證殘余應力的計算結果科學無誤。同時，還要在此基礎上分析退火效應。退火效應主要是針對硬化加工設備材料來講的，如果材料與退火溫度相符合，那么材料硬化加工歷史就會喪失，只有冷卻降低到退后溫度之后才能夠對材料進行硬化加工處理。

在焊接處理過程中，如果母材和焊縫金屬力學具有相同的性能，在對殘余應力進行計算時，就要對焊縫金屬的性能給殘余應力所造成的影響進行仔細分析，這樣才能夠保證計算時不出現較高的焊接殘余應力。在具體的實施過程中，由于沒有添加過多的約束條件，所以對模擬過程中數值的約束也單純是為了以免出現鋼體位移的條件。這主要是由于焊接殘余力雖然能夠在構件表面上達到自相平衡，但對設備的剛度還是存在一定的影響，進而影響到設備的承載力、條形切割方式等。

3 結語

綜上所述，機械設備加工中的厚板焊接工藝是一項復雜的施工過程，其具體的施工難度較大。因此，在焊接過程中必須要對其中存在的多重影響因素進行分析和考慮，并對其中存在的問題進行仔細研究，這樣才能夠保證焊接的整體效果。在具體的焊接過程中還要從實際價格生產狀況出發，對焊接厚鋼板的經驗進行科學的分析和總結，并在此基礎上分析焊接技術和殘余應力的影響，為日后大型機械設備的焊接研究提供參考和保證。