焊接技术在机械制造业中的应用

焊接技术在机械制造业中的应用

李 ,彬,贾 ,云,王媛媛

中车大同电力机车有限公司车体车间 山西大同 037000

摘要：机械制造业中生产设备类型多样、制作复杂、工艺繁琐、功能多元，且在通常情况下机械制造业生产设备的体量较为庞大，是机械制造业生产中不可或缺的资源。在机械制造业生产设备投入使用前需要按照预先设计好的位置、高度等对机械制造业设备进行安装，在安装底座、连接管线等工作中会用到焊接技术，可见焊接是机械制造业生产中的常用技术之一。机械制造业生产过程中，其焊接质量受到多种因素的影响，包括但不限于焊接工艺、焊接方法、焊接时空气温湿度与风速、焊条材质、焊接人员的技术水平，且机械制造业生产设备内部的介质存在特殊性，腐蚀性较强，若在焊接中出现焊缝质量缺陷，焊接不密实、焊缝存在夹渣等，会导致机械制造业生产设备在运行中出现泄漏等问题，不仅会降低机械制造业生产设备运行的稳定性、持续性，而且可能诱发严重的安全事故。因此要高度重视机械制造业的焊接质量控制。

关键词：焊接技术；机械制造业；应用

1焊接技术特点

相比于其他种类设备而言，机械制造业生产设备对性能有着更加严格的要求，且不同等级、盛装介质机械制造业生产设备的焊材性能要求、焊接厚度要求与母材化学成分都存在着明显差异。在这一情况下，机械制造业生产设备焊接体现出接头化学成分不均匀、接头熔合部位组织性能稳定性差、焊后热处理难度高的技术特点。例如，从接头化学成分不均匀性角度来看，在使用Q345R钢等材料作为压力容器母材时，接头焊缝与熔合区过渡部位的金相组织、化学成分存在极为明显的性能差异，如果所选用焊材的韧性、塑性、金属强度不达标，容易在焊接期间形成裂纹等质量缺陷，严重时造成机械制造业生产设备焊缝部位性能明显下滑[1]。

2机械制造业中焊接技术的应用

2.1自动焊接技术的应用

在制造老旧型号机械产品时，普遍采取手工电弧焊技术，由焊接人员手动送进焊条、移动电弧与熄弧，对焊接人员的专业水平、工作经验有着严格要求，受人为因素影响，机械产品质量存在不确定性。对此，近年来推出接管自动焊接技术，配置自动焊机，由工件上下料、工件工位转换、工件装夹等自动机构所组成，焊接人员仅需提前在焊机上设定焊接电源种类、电流值、焊道层次、焊接速度等工艺参数，并放入处理完毕的焊材，焊机即可自动完成机械产品焊接作业，其有着焊接效率高、焊接质量稳定、节材节能的显著优势。在机械制造业焊接项目中，如接管自动焊接技术主要用于完成接管-封口、接口-筒体部位的焊接作业，在应用后可以得到良好的效果[2]。

2.2电子束焊接技术的应用

电子束焊接技术使用高能电子束作为材料的加工热源通过聚焦在工件表面形成直径小于1mm的焦点，用能量密度达到104～109W/cm2的电子束不停对焊件接头处的金属进行轰击，使其快速熔融，然后迅速冷却来达到焊接目的的新型焊接技术，属于高能束焊接技术的一种。因其特殊的能量传递和转换机构给予了电子束焊接能量密度高、可达性和可控性良好、保护效果好的特点，已应用在机械产品制造领域铝合金、钛合金、高强度合金的焊接。关于电子束焊接技术领域，在世界范围内已经研究了60多年。国外开展对电子束焊接领域研究较早，已在该领域取得较大的突破。如使用包含电子束焊接的方法对TC4钛合金进行了焊接，并对不同焊接方法的焊接点进行了性能研究，得出TC4钛合金焊接时，电子束焊接性能高于TIG焊接以及激光焊接；国外的一些研究人员，通过在焊接面中间添加铜箔进行焊接试验得到中间层的选取可以有效地影响焊接的质量；同时通过使用不同的焊接方法对304不锈钢和AISI4140低合金钢进行焊接发现，TIG焊、电子束焊以及摩擦焊均能使上述材料得到良好的焊缝。国内在电子束焊接的研究起步较晚，但是研究进展十分迅速：研究人员对TA15钛合金进行了电子束焊接，并进行了性能测试，得出焊接时产生的气孔会降低焊接点的疲劳性能；研究人员对TC4钛合金在电子束焊接后的焊接处进行了分析，发现焊接部位的抗拉强度与母材相同，热影响区的显微硬度大于母材；相关研究人员实现了56mm厚Ti80钛合金无缺陷电子束焊接。

2.3激光焊接技术的应用

激光焊接是利用高能量、高密度的激光束作为热源，将材料熔化进行焊接的一种既高效且精密的焊接方法。激光束在聚焦后有着非常高的能量密度，仅需要对工件照射千分之几秒甚至更短的时间即可使工件被照射的区域温度升高至10000℃以上。利用这种局部加热方式可将材料被照射区域熔化成为特定的熔池，之后熔化的材料相互熔合成为一个整体，从而达到焊接目的。激光焊接按照原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接，其中功率密度小于104W/cm2的为热传导焊，大于107W/cm2的为激光深熔焊。目前，激光焊接技术在世界范围内受到了很高的重视，且技术水平发展也十分迅速。其优点如下：①激光束功率密度高，对高熔点材料有着较好的焊接效果，焊接精度高；②激光焊接效率高，焊接过程中不添加焊接剂，从而焊接成本低；③焊接设备操控简单，易于学习，可批量进行操作人才培养，提高加工效率；④焊接后焊件残余应力小，变形小，成品件成型精度高；⑤激光束易于控制，且焊接定位精确，可实现自动化焊接生产，扩大生产规模；⑥可焊接金属的范围广，如镍基高温合金、铜合金、不锈钢等其余焊接效果较差的金属也能有着优质的焊接性能

[3]。

2.4等离子数控焊接技术的应用

考虑到传统的焊接热量会不可避免地对金属零件产生较大范围的理化性能影响，为降低焊接过程的不利因素，等离子焊接能实现在基材最小加工量的前提下进行焊接作业，在数控技术的辅助下，等离子焊接能够在均匀稳定的电弧下实现热量集中的焊接，既能通过热熔实现金属连接，还具有热影响不利因素低、热影响范围小、零件变形小等优点，能完成极小间隙的金属材料焊接。既适用于常规金属材料，还能完成钨、镍、钼、钛等热敏合金的焊接。随着等离子数控焊接设备的发展，所应用的技术也由过去简单的离子弧焊接发展为脉冲等离子弧焊接、微束等离子弧焊接等，机械制造业焊接质量和工艺得到了全面提升。

2.5激光数控焊接技术的应用

除等离子焊接技术外，利用能量集中的高密度激光束进行焊接也成为了21世纪兴起的一项高效焊接技术，我国的激光焊接技术及设备在国际上具有很强的影响力。激光焊接是利用激光束的持续作用将激光照射点的金属熔化，熔化深度与激光能量和照射时间直接相关，通常情况下，焊接用激光束的功率在104～107W·cm－2范围，能够适应不同材料、不同厚度的金属焊接需求。激光焊接的流程为激光辐射→热传导→表面热熔→深层热熔→激光束延焊缝移动→焊接完成冷却。现阶段，应用的激光数控焊接技术包括均匀热传导焊接、脉冲式热传导焊接、深溶焊接等，激光焊接具有效率高，焊缝均匀且强度高，激光焊接过程多配套惰性气体保护，能更好地保证机械制造业焊接质量和金属零件性能[4]。

3结语

综上所述，机械产品生产设备安装中常用的焊接技术包括激光数控焊接技术、等离子数控焊接技术等。在焊接作业前需要做好准备工作，主要包括焊接设备准备、焊接材料准备、焊接工艺准备。在焊接过程中要建立完善的焊接质量管理体系、提升焊接人员的技术水平、预防焊接气孔缺陷的发生、控制好焊接速度及焊接电压。此外，在焊接工作结束后要对焊接质量进行检测，方法包括外观检查、致密性检查、强度试验及超声波无损检测，在发现问题后及时解决，以此提升机械制造也生产焊接质量水平。

参考文献：

[1]陈进泽.自动焊接技术在机械加工中的应用分析[J].冶金管理,2021(17):1-2.

[2]曹锐.机械制造中机械焊接质量的控制对策研究[J].造纸装备及材料,2021,50(07):92-93.

[3]苏海棒.自动化焊接技术在机械制造中的应用策略[J].内燃机与配件,2021(04):191-192.

[4]杨峰.机械制造中机械焊接质量的控制与对策[J].内燃机与配件,2020(06):201-202.