焊接技術在農業機械中的應用與探討

陸平平

（宜興高等職業技術學校，江蘇 無錫 214206）

焊接技術是工業技術中極為重要的技術之一，隨著我國農業機械生產規模的擴大，該技術在農業機械生產以及農業機械使用維修方面的應用越來越廣泛。目前，農業機械焊接技術常見問題主要涉及技術人員本身技術不良、農機材質以及焊材不匹配等問題。實踐證明，以創新焊接技術為抓手，以改進農機材質為保障，有利于確保焊接技術在農業機械當中得到廣泛應用。

1 焊接技術概述

焊接就是通過各種手段將金屬端面熔化，從而將兩個或者多個分散的主體的原子結合而形成一個整體[1]。我國的焊接技術主要分為兩個發展階段：第一階段是20 世紀80 年代之前，當時以手提焊機、氬弧焊機、二氧化碳氣體保護焊為主要設備，它們可以代替機械當中螺紋對接、鉚接、鍛造、鑄造等方式，起到了很好的降本增效作用；第二階段是20 世紀80 年代后，從發達國家引進的成套的焊接設備，其中以自動焊接、焊接機器人等為具體代表。如今的數字化焊接便是以自動焊接、焊接機器人為基礎形成的更高水平的焊接技術。目前，數字化焊接技術在我國轎車生產、機械生產中已日益普及。

2 農業機械中焊接技術應用的重要性

葛勇等[2]在《新疆農機智能焊接制造業現狀》中指出，新疆屬于農業大省，也是農業機械制造大省，但是因為焊接操作當中仍然使用傳統工藝的緣故，導致農業機械外形粗糙，在一定程度上影響到了農機的靈敏度以及駕駛者的使用感受。不僅新疆如此，放眼我國農業機械生產制造，焊接技術都有待進一步改革提高。這也從另外一個角度證明了焊接技術在農業機械當中具有不可代替的作用。總體而言，焊接技術在農業機械領域應用的重要性體現在以下幾個方面。

1）提高材料的使用效率。在農業機械生產制造過程中，會有一定量的邊角余料產生，這些邊角余料對于生產企業而言也是成本組成之一。融入焊接技術之后，可以將邊角余料加工成為農機設備的某個組成，減少了材料浪費。對于企業來說，等同于增加了效益。

2）提高農業機械質量。對于一些需要加固之處，通過焊接手段可以加大兩個連接件的接觸面積，增加整個設備的穩定性。機械設備在之后運行當中，即便是發生較大的震動也不會出現脫落等問題，提高了設備的安全水平。

3）修復破損機械，避免浪費。農業機械在使用過程中一些部位發生了磨損、破壞，導致設備使用性能下降，通過焊接技術來修復便可以延長該設備的使用壽命，在一定程度上避免了浪費現象。

4）提高生產效率。先進的焊接技術應用到農業機械生產當中，能夠提升生產速度，為我國農業機械普及率的增長作出貢獻。

3 農業機械焊接技術常見問題

我國農業機械使用范圍越來越大，因為使用環境、使用方法的影響，很多機械會出現一些破損，要經常用到焊接技術對這類器械進行修復。總的來說，大型設備結構件維修、液壓管件維修、軸類零件堆焊是最常見的焊接工作內容[3]。農業機械焊接技術最常見的問題就是焊接出現咬邊、焊瘤、塌陷、氣孔、裂紋、燒穿、工件變形等現象。分析這些問題的原因是提升農業機械焊接技術的根本前提。

1）技術人員的技術掌握不足。在農業機械生產中，一些焊接操作時，技術人員經驗不足，焊接手法不細致、不均勻，不能很好地掌握焊接熱度（一般都是焊接電流過大導致的熱度過高）導致的咬邊[4]、焊接時間長導致的燒穿、焊接時沒有很好清潔焊接部位而導致的焊接不牢等問題。在平焊、立焊的過程中，由于沒有掌握好電流強度，而且焊接時長過長，熔池溫度升高，熔池體積加大，變成液態的金屬在重力作用下下墜而形成焊瘤。

2）材料問題。沒有根據母材選擇正確的焊接材料，會導致焊接質量下降[5]。母材當中硫含量高會導致熱裂紋。當然，若是焊接材料（又稱填充材料）當中硫含量超標，也會導致熱裂紋現象。另外，焊接母材質地不均勻，造成受熱不均勻，焊接后會發生工件變形這一現象。這里母材的選用就與農業機械研發、生產有關。

3）工作環境影響。工作環境過于寒冷或者過于潮濕都會對焊接結構形成影響。例如，在潮濕環境下焊接，焊材受潮會導致焊縫當中出現氣孔。

4 提高農業機械焊接技術的對策

4.1 培養技能全面的焊接人才

1）多元主體培養焊接人才。在焊接人才培養方面，我國存在多元主體，主要包括中職技術類學校、以焊接業務為主要內容的社會企業。中職技術類學校在教學當中，必須以校企合作形式來培養人才，讓學生在真正的勞動環境下學習技術，真正地跟企業師傅學習焊接技巧，以實現理論和實踐結合，提高焊接人才質量。以焊接業務為主要內容的企業在人才培養當中，必須抓住考核關，在選用焊接技術人員時，必須首先考查他們的技術水平，需要優中選優，才能組建一支技術過硬的隊伍。當然，需要按照績效考核對接獎懲，才能讓焊接技術人員提高工作質量。

2）積極學習先進焊接工藝。農業機械制造當中，電阻焊接能提升農業機械焊件的焊接質量。王明、王秀平在《農業機械設計制造工藝及精密加工技術探析》當中指出，在實際工作中很難保證電流控制的穩定性，或者是焊接工作受環境影響較為明顯，大部分農業機械生產制造當中焊接都是不盡如人意的。為了提高農業機械質量，必須重視焊接環節。目前，有一種焊機其不用區分焊接正負極，接通電流便可以進行焊接工作[6]。該種焊接便是電阻焊接，焊接過程中電阻會持續生熱，當熱到一定程度后便可以將金屬熔化并實現焊接目的。電阻焊接具有穩定特點，適用于農業機械的精細化生產。

4.2 常見問題處理對策

1）咬邊的對策。除電流過大導致咬邊之外，焊接角度不合理也會導致咬邊。所以，應對咬邊就從焊接電流控制入手，同時要找對焊接角度。一般焊接電流選擇要根據焊條類型、母材情況、接頭類型、焊縫位置、焊道層數等綜合確定。一般行業內公認的電流調整公式為：I=K×d，其中，K為經驗系數，d為焊條直徑，焊條直徑與經驗系數如表1所示。

表1 焊條直徑與經驗系數表

在電焊之前，尋找與焊件類似的材料嘗試運焊角度，直到找到正確角度再加以焊接。經過長期訓練后，必然會形成自己獨有防止咬邊的辦法。這說明在焊接當中，焊接人員技術水平對焊接結果影響是十分明顯的，這也是農機生產廠家要培養專業焊接人員的原因。

2）焊瘤的對策。焊瘤成因同樣與電焊電流大小、母材材質有關，所以它的預防措施和咬邊類似。在具體操作中還要時刻觀察，若是發現熔池出現鼓脹，要輕微擺動焊件，避免出現焊瘤。焊接坡口立焊接頭或者加強焊縫時，要選擇3.2 mm 焊條，同時適當減小電流。減小電流便意味著降低熱度，從而有效降低熔池溫度，避免熔池過快鼓脹。

3）裂紋的對策。焊接裂紋會給機械設備后期使用帶來隱性安全問題。例如，農機的重要承重部件若是存在焊接裂紋，就會在重載時出現破裂，會造成不可預想的后果。經過多年總結發現，該種現象是焊接時焊接部位和未焊接部位存在熱膨脹和冷收縮應力的緣故。同時，與母材含有過量的錳、碳也有關。在應對上，首選低氫焊條，同時要注意焊接順序。在焊接之后可以進行熱處理，也可以預熱母材，焊接后緩慢冷卻，這樣可以避免快速熱、快速冷形成的過高溫差所致的裂紋。

4）燒穿的對策。這一點的防治比較簡單，主要是注意電流、焊接時長。在焊接前充分了解母材，若是母材較薄，則需要調節焊接角度，要將角度控制在35°，加上控制電流大小和焊接時間，可以很好地避免燒穿問題的發生。

5）工件變形的對策。產生工件變形的原因除了母材材質不佳之外，還與焊接部件本身剛度與相鄰部件的內應力有關，如果在焊接時沒有有效消除這些內應力，就會導致焊接部件在內應力拉扯下變形[7]。所以在焊接時，要充分考慮到焊件和周圍部件的關系，要盡可能考慮到內部應力。在應對上，目前有機械法、熱力法、先破后立法。機械法是焊接時對焊縫進行敲打，一般要求焊縫溫度保持在800 ℃~900 ℃，敲打力度隨著焊縫溫度降低而減小。熱力法是將焊接部件放在200 ℃~500 ℃環境下加溫，目的是防止焊接時瞬間高溫、焊接后瞬間冷卻導致的焊接部位與未焊接部位的溫差，從而防止變形。先破后立法指的是在焊接部位開槽，開槽深度不得穿透焊件，然后進行焊接，這樣可以避免焊接部位與周圍區域形成應力，進而避免產生裂紋和變形。

6）農業機械焊接技術的基本流程。一般可以分為焊前準備、劃線與放樣、下料和邊緣加工。焊前準備主要是采用除銹技術等對焊件進行處理，或者充分研究鋼材類型，這樣可以選擇正確的焊頭。放樣劃線方面主要有實體放樣、光學放樣，需要根據具體情況選擇。下料環節一般選擇手工下料，下料前需要認真確認尺寸，避免浪費[8]。

5 農業機械未來焊接技術展望

5.1 ABB機器人

李寧在《農業機械用S355 鋼的焊接工藝優化方案探究》當中，認為傳統S355 鋼的焊接因為焊接技術影響會有更多的填充材料進入到零件之間，這樣會導致焊縫受到應力影響而出現斷裂問題。這是源于焊接時熱影響區會發生結構變化，并不是簡單的因為接頭不當而造成的這種變化，這對焊接人員提出了挑戰，需要其具有較為豐富的工作經驗，而采用ABB機器人可以讓傳統焊接方案得到優化[9]。目前，ABB機器人技術已經發展40 余年，擁有較為完整的技術體系。但是，將ABB 機器人用于農業機械焊接方面還需要進一步加強技術人才培養，這樣才能根據農業機械生產的需求形成更為靈活的程序，滿足特殊情況下的焊接工作要求。

5.2 激光焊接的應用

激光焊接具有非接觸、高速度、變形小等特點，非常適合應用于連續性和工作量較大的焊接工作當中。目前，隨著激光設備不斷增多，激光技術不斷改進，激光焊接的能力也在不斷增強。于帥在《激光切割與焊接在農業機械上的應用》當中指出，采用4 kWCO2激光器焊接1 mm的板材，焊接速度可達到20 m/s。在大型聯合收割機的機罩大板拼接當中，便可以使用該技術。在激光焊接當中，穿透焊接、傳導焊為常用兩種形式。放眼未來，農業機械生產當中激光焊接必然會得到進一步的推廣[10]。

6 小結

綜上所述，焊接技術在我國擁有較久歷史，將其用于農業機械生產、制造、維修當中也有較長的時間，行業內形成了一定經驗。農業機械生產加工當中，焊接技術應用常見咬邊、焊瘤、裂紋、燒穿、工件變形等問題，這些問題和焊接人員技術水平、母材材料質量、工作環境都有一定關系。故而在防治上從培養專業技術人員入手，同時要正確地選擇焊材、明確劃線放樣等具體的施工程序，以保證焊接技術很好地融入到農業機械生產加工以及維修當中。ABB 焊接機器人、激光焊接等焊接技術的進一步發展，必將為農業機械生產制造及維修提供新動能。