機械設備加工過程中厚板焊接工藝探討

朱俊

摘 要：焊接作為一種借助高壓或者高溫的方法來接合金屬的一種方式。在加工機械設備的時候是非常關鍵的一個環節，但是現在的焊接工藝還存在著一些問題，只有解決了這些問題，才能使機械設備的生產質量全面提高。鑒于此，本文就 機械設備加工過程中厚板焊接工藝展開探討，以期為相關工作起到參考作用。

關鍵詞：機械設備加工；厚板焊接；工藝

1.機械設備加工過程中的焊接工藝概述

1.1機械設備加工過程中的焊接工藝

焊接包括熔焊、壓焊和釬焊三種，加強對焊接材料性能的了解，可以針對性地選擇合理的焊接工藝，提高焊接的質量，在一定程度上保證了成品機械設備的安全性能。普通焊接工藝實施可以保障焊接的質量，這就說明加工材料焊接性較好。

1.2機械設備加工過程中的焊接工藝的實施

（1）科學選擇焊接的材料。對于加工材料焊接的工藝實施，在焊接材料的應用方面就比較重要，這是提高焊接質量的基礎。不僅在材料方面要能科學選擇，也要注重焊接的接頭以及坡口的形式。（2）操作標準與規范化。機械設備加工材料焊接工藝的實施要保證規范化，這是影響焊接質量以及機械設備加工效率的重要基礎。在進行焊接的時候就要充分重視各操作環節的規范化。（3）遵循焊接技術要求。對于機械設備的加工焊接工藝的實施，要充分重視焊接技術的科學應用，對焊接技術要求要嚴格遵循，只有按照焊接的要求實施，才能提高焊接質量。對機械設備加工操作的安全保障方面，應充分重視工藝技術要求，對結構和尺寸要明確了解，只有這樣才能保證焊接的質量。

2.機械設備加工過程中的焊接工藝缺陷

2.1工人的專業技術不足

工人的焊接工藝是工業發展的基礎，而同時這也成為了行業發展的阻礙。因為在工業發展中，焊接工藝的技術要求并不高，但是由于工人的專業技術水平不同，所制造的機械設備的質量也不盡相同，而機械設備的用途廣泛，有些行業的要求較高，導致部分設備不能達到使用標準，這就對工人提出了不同的技術要求。 2.2缺少相應的焊接管理購買原材料和設備、工人的焊接過程和焊接后的檢查工作，是正常的焊接流程。但由于缺乏相應的管理制度，在早期進行原材料購買時缺少有力的監管，導致采買過程不公開透明，存在中飽私囊，以次充好的情況。在焊接的過程中，沒有人進行監督和檢查，工人工作不認真，使得焊接的設備質量難以達到標準，出現問題找不到責任人，影響工廠的效益。

2.3焊接設備機械化普及度不夠

焊接技術相對于其他的工業手藝來說比較基礎，入門條件較低，但是其存在著無可取代的必要性。在焊接過程中，由于多是工人手動操作，所以會出現位置不準、焊接不到位的情況。同時有些工人是新手，工作經驗不足，也會導致焊接時出現誤差，而普及焊接設備的機械化操作，就能夠有效的避免這些情況。

2.4缺少對焊接工藝的相關規定

焊接工藝作為機械設備加工的基礎，是行業發展的關鍵，但是由于我國缺乏對焊接工藝的相關規定，沒有一個統一的焊接標準，就導致了一些機械設備難以達到行業的使用標準，浪費人力物力的同時也為設備的使用埋下了隱患。

3.機械設備加工過程中厚板焊接工藝的實施

3.1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。

3.2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。

3.3計算殘余應力

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。

3.4提高焊接機械化普及度

在工業化的發展腳步不斷推進的過程中，人力逐漸被機械化取代，焊接技術作為工業發展過程中的一項基礎性的技術，其熟練的技術手段以及穩定性是工業發展中的重要支撐，然而，焊接設備的機械化能夠有效確保該特點。因工業企業之間有一定的差異，并且在機械化普及過程中也存在一定的差距。因此，企業可以通過購買先進的自動化焊接設備來達到焊接工作的機械化，在此過程中不僅要對工人進行培訓，同時還應該確保購進的設備滿足國家檢驗要求，以此來有效提升生產效率。

3.4制定完善焊接工藝的規定

焊接工藝規定是否完善直接決定著企業是否能夠進入到良性發展的階段，同時也決定著焊接工作的嚴謹性。企業可以和有關部門進行協商，根據焊接的具體情況，指定合理的規定，使焊接質量滿足標準要求，同時，對于指定的規定應該試點性地實施，根據實施效果確定是否全面推廣，以此來順應社會的發展需求，促進行業的健康可持續發展。

結語

綜上所述，目前我國的機械設備加工過程中的焊接技術還存在著不小的缺陷，只有真正的解決了這些缺陷才能夠提高我國的工業化水準，提升機械設備的生產質量。要嚴格要求焊接工藝的細節實行，這樣才能促進焊機技術的提升，加快工業化的發展。

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（作者單位：上海振華重工（股份）有限公司長興分公司）