機械制造中機械焊接質(zhì)量的控制與對策

馮彥銘 王枚

摘? 要：目前，焊接結(jié)構(gòu)已被廣泛采用，因此，提高焊接質(zhì)量顯得尤為重要。文章對機械焊接工藝中的幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行了深入的分析，并就給出了一些能夠提高機械焊接質(zhì)量的控制對策，希望能為廣大的行業(yè)工作者提供一些參考。

關(guān)鍵詞：機械制造;機械焊接;焊接工藝;焊接質(zhì)量

隨著經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展，對機械設(shè)備的要求也日益提高，在生產(chǎn)和運行中，焊接過程是非常關(guān)鍵的。在設(shè)備使用過程中，必須充分改善焊接質(zhì)量，以確保安全生產(chǎn)。但是，由于技術(shù)、人工等原因，很難保證機械焊接的質(zhì)量。因此，本文對影響焊接質(zhì)量的各種因素進行了較為詳盡的探討。

1.機械焊接概述

機械焊接時，必須采用高溫或高壓方式將金屬材料連接起來。另外，其它類型的熱塑性材料也可以進行制造，充分地改善裝置的性能。在機械焊接時，應(yīng)對能量來源進行詳細的分析，激光、氣體火焰、電子束等是能源的主要來源。在機械焊接中，為了實現(xiàn)對機械部件的焊接，可以采取下列措施，一是對要焊接的金屬進行熱處理。在進行焊接時，技術(shù)人員要將一些金屬在熔池中融化，然后在冷卻后進行焊接。在實際操作中，一般會采用熔填物，便于焊接作業(yè)，從而提高了焊接作業(yè)的便捷性[1]。二是在低熔點處，無需對金屬進行任何加工，僅通過焊料的毛細作用實現(xiàn)金屬的粘合。三是要提高粘接強度，需要采用高壓和震動來提高熔點之下的金屬的結(jié)合。

2.機械焊接工藝控制要點

焊接方法多種多樣，在實際焊接過程中，應(yīng)該針對具體情況采取了合適的焊接工藝。工藝技術(shù)類型的確定要依據(jù)原材料的性能、規(guī)格、化學(xué)成分等等。焊接的方法有很多種，主要有手弧焊、氬弧焊等，不同的焊接方法有不同的優(yōu)缺點。

2.1 作業(yè)前的預(yù)熱

不論采用什么方式，在進行焊接前，都要對母材進行預(yù)熱，旨在減少冷裂紋的出現(xiàn)，同時，經(jīng)過預(yù)熱，能夠很大程度上優(yōu)化母材接頭的塑性，從而減少焊接后的殘余應(yīng)力。根據(jù)預(yù)定的預(yù)熱條件，針對35-45#鋼，鋼的溫度控制在150～250℃;45#鋼的預(yù)熱溫度為250～400℃.如果母材比較大，預(yù)熱工藝比較復(fù)雜，則可以進行局部加熱。

2.2 坡口方式

按行業(yè)規(guī)定，當(dāng)板材厚度大于4毫米時，母材需要進行坡口處理。坡口一般采用 U型或 X型，可以降低焊接中焊縫處的金屬量，從而使焊接中的碳含量減少，從而防止裂紋產(chǎn)生[2]。

2.3 焊接后的熱處理工藝

為了減小焊縫的溫度變化，減小焊縫的淬火傾向，防止氫氣在焊縫中的擴散，一般會對焊接材料進行熱處理。所采用的技術(shù)規(guī)范有：一是時間控制在2-6小時;二是溫度應(yīng)在200-350攝氏度之間;三是在硬度和厚度都很大的情況下，將時間設(shè)定在1-2小時，并且在600-650攝氏度之間，在寒冷或潮濕的環(huán)境下，禁止施工。目前，國內(nèi)已有40種不同的焊接工藝，按照工藝的不同，可以分為熔焊、釬焊和壓焊三種類型。

2.4 PLC 技術(shù)的應(yīng)用

（1）數(shù)控 PLC 內(nèi)置組態(tài)軟件特點。利用 PLC 技術(shù)及相關(guān)軟件，對焊接工藝進行了科學(xué)的控制，既能保證焊縫的強度，又能提高產(chǎn)品的外觀精美度。采用這種方法，可以很好地解決人機交互中存在的問題。由于 PLC的軟件平臺能夠方便地完成各種功能的設(shè)置，操作人員可以按照設(shè)計圖來使用和調(diào)節(jié)程序，而不必對其進行再編程。在使用 PLC技術(shù)語言中，梯形圖在可操作性、直觀等方面有著顯著的優(yōu)越性[3]。PLC的配置軟件采用了一個虛擬的開關(guān)，在系統(tǒng)的程序輸入時，子程序首先由一個事先儲存在成像裝置中的界面來控制該轉(zhuǎn)換器，技術(shù)員可多次使用 PLC的 梯形圖，語言按左、右、上、下順序使用，當(dāng)指令結(jié)束時，下一個程序可以馬上執(zhí)行，以保證作業(yè)的高質(zhì)量和高效率。表1列出了 PLC的配置軟件的特性。

（2）機械焊接的相關(guān)參數(shù)設(shè)置。在焊接之前，要對部件進行徹底的清洗，以保證沒有油污和生銹。對焊接過程及控制過程的分析，主要集中在對焊接過程進行性能分析、參數(shù)調(diào)節(jié)等方面。為了最大限度地降低焊縫的稀釋，在焊接時要充分考慮到熱裂和碳轉(zhuǎn)移等問題。PLC的電流控制可以達到對焊接的要求。為了避免過高的預(yù)熱溫度會對焊接的性能造成不良的影響，因此，必須在較高的電壓和較小的電流下進行。PLC的焊接子程序應(yīng)該在焊道兩側(cè)45毫米范圍內(nèi)進行，通過數(shù)碼加熱，使兩邊的加熱溫度增加。預(yù)熱后，應(yīng)將設(shè)備溫度控制在210℃以上，使其達到最小限度的受熱時應(yīng)力對焊縫強度的影響[4]。在本文章中，主要采用的是XDP-485軟件，該軟件具有離線編程的特點，而且程序能夠進行導(dǎo)入和導(dǎo)出，便于用戶操作。此外，該軟件還能夠?qū)Τ绦蜻M行初始化、數(shù)據(jù)傳送等等，有利于操作人員獲取數(shù)據(jù)信息。

（3）基于 PLC 技術(shù)的機械精密焊接的實現(xiàn)流程。PLC系統(tǒng)通常會選用較多的運行配置軟件，具體是 Touch win。本軟件可實現(xiàn)多語言顯示、三維動畫編制，三維圖像庫等功能。在程序編制中，利用XDP-485軟件，對整個加工流程進行了整體的規(guī)劃，并對各工序進行了細致的設(shè)定。在應(yīng)用系統(tǒng)的過程中，軟件可以通過 DP接口對程序進行錄入，然后再進行數(shù)據(jù)的傳送。

在對焊機和子程序進行調(diào)用時，需要將 CAD程序和CAE系統(tǒng)之間進行靈活的切換，在不同的數(shù)據(jù)方式下，只要確定主要的控制程序和中斷模塊，就可以確保焊接程序的高穩(wěn)定性。操作人員按規(guī)定的焊接規(guī)范，按操作規(guī)程進行操作。在使用 PLC的過程中，需要在登陸頁面輸入用戶名稱、口令，以保證系統(tǒng)的安全、防止惡意入侵、保證焊接質(zhì)量的正常運行。主控程序包括初始化和修改程序等。在采用 PLC進行操作前，要對各模塊進行科學(xué)的參數(shù)設(shè)定。其中，調(diào)整工裝卡的位置、焊接參數(shù)、機器人路徑調(diào)整等是焊接子程序的關(guān)鍵。在焊接完畢后，系統(tǒng)會自動調(diào)零，并在此過程中自動關(guān)機，以發(fā)出警報通知操作人員。

3. 機械制造中機械焊接質(zhì)量的控制對策

3.1 完善焊接工序

在機械焊接的質(zhì)量管理中，企業(yè)要對焊接工藝進行持續(xù)的改進與完善，技術(shù)人員要嚴(yán)格按照規(guī)范進行操作，使焊接工藝規(guī)范化水平不斷提高。目前，大部分的焊接技術(shù)都比較復(fù)雜，技術(shù)人員應(yīng)加強對焊接的認(rèn)識，并根據(jù)行業(yè)的要求，持續(xù)完善焊接工藝。同時，公司還應(yīng)建立起一套科學(xué)的生產(chǎn)流程，對技術(shù)工人進行標(biāo)準(zhǔn)化操作，以改善生產(chǎn)過程中的流暢度。

3.2 控制裂縫現(xiàn)象

在機械焊接中，裂縫是非常常見的。這一問題會直接對設(shè)備的結(jié)構(gòu)造成不利影響，從而使操作程序和效果不理想。在進行焊接時，技術(shù)人員要對裂縫的成因進行細致的分析，并采取科學(xué)的措施。在控制裂紋的過程中，必須嚴(yán)格控制焊料的質(zhì)量，并盡可能地減少含硫的原料，以免造成裂縫。同時，技術(shù)人員還要對其進行機械性能的檢驗，并對爐渣進行及時的處置，避免爐渣掉進裂縫，造成細小的裂紋。另外，對裂縫的檢測也要重視，采用專業(yè)的設(shè)備，對焊縫進行逐條的檢測，從各個角度保證焊縫的質(zhì)量[5]。

3.3 焊接工藝控制

焊接工藝是很復(fù)雜的，為確保焊接質(zhì)量，提高焊接效果，應(yīng)采取不同的技術(shù)措施。在采用各種工藝技術(shù)時，技術(shù)人員要對工藝參數(shù)、設(shè)備、操作方式進行細致的分析，使工藝參數(shù)、設(shè)備及操作方式得以優(yōu)化，從而使工藝參數(shù)和設(shè)備得到合理使用。在焊接工藝控制中，要針對不同的焊接方式，對其進行科學(xué)的控制，防止因溫度的改變而影響焊接質(zhì)量。若溫度比預(yù)想的低，則會產(chǎn)生裂縫，所以，在焊接過程中，溫度應(yīng)該保持在250-400℃。在進行焊接時，要對坡口形貌、工藝參數(shù)進行細致的分析，并選用合適的堿性焊條，滿足焊接的要求。

3.4 施工環(huán)境控制

焊接工藝在不同的情況下，會出現(xiàn)各種問題，從而導(dǎo)致不同的焊接效果。在施工現(xiàn)場控制中，必須考慮到焊接熱循環(huán)對溫度的影響。所以，在進行焊接的過程中，溫度要低于20℃。低溫會加速金屬的冷卻，使表面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生某種改變，從而使接頭質(zhì)量下降。對施工環(huán)境進行控制，并著重于空氣濕度指標(biāo)的控制。在焊接過程中，操作人員需要控制濕度指標(biāo)低于90%?？諝庵袧穸瘸嘁?guī)定標(biāo)準(zhǔn)，會使得含氫量隨著濕度的升高而升高[6]。如果在熔池中加入了水，就會產(chǎn)生一個氫氣孔洞，這樣就不能保證整個焊接工藝的順利進行。有些焊接作業(yè)應(yīng)該在戶外進行，在下雨或下雪時，要小心避免將濕氣帶入焊縫中。

3.5 嚴(yán)格控制焊接材料

采焊接材料的優(yōu)劣對焊接的效果有很大的影響。在采取相應(yīng)技術(shù)措施時，原料的品質(zhì)應(yīng)滿足規(guī)定。在選用特定的焊接材料時，技術(shù)人員要養(yǎng)成嚴(yán)格、仔細的態(tài)度，對材料的質(zhì)量問題進行檢驗，并對工廠的合格證書進行分析。尤其要注意材料是否符合焊接要求，對焊接質(zhì)量進行控制，并充分掌握材料的用法，防止在操作中出現(xiàn)錯誤。每一種物料的使用都要參照說明書，技術(shù)人員應(yīng)該熟練掌握每一份物料說明書，使其最大限度地發(fā)揮作用。

3.6 控制電焊機電流量

采用電焊機進行機械焊接時，設(shè)備的電流對操作的效果有很大的影響。所以，技術(shù)人員要采取科學(xué)的措施，對電流進行有效的控制，以防止出現(xiàn)的問題，從而影響到生產(chǎn)的質(zhì)量。在焊接過程中，可以通過電焊機來顯示特定的電流。技術(shù)人員可以對特定的數(shù)值進行分析，判斷它們是否達到了焊接規(guī)范。同時，在使用焊接設(shè)備時，也要防止出現(xiàn)明顯的點流偏差，所以，在使用焊接設(shè)備的時候，技術(shù)人員要仔細地檢查，保證電流的設(shè)定和焊接的需要。

3.7 機器人自動焊接

在工業(yè)發(fā)展過程中，采用了一種新型的焊接工藝。可取代人工進行，可有效解決焊接時的各種問題。機器人的焊接方式多種多樣，點焊機器人由于其使用頻率較高，其特性也比較突出。機器人能完成各種點焊作業(yè)，實現(xiàn)焊鉗、電焊地板。因而，這種方法被廣泛地采用。采用以上方法，可以極大地提高焊接速度，并使成型效果比較穩(wěn)定。

結(jié)語

因此，在機械加工中實現(xiàn)焊接工藝是一件十分困難的事情，而且實施過程、人員、工藝等都會對焊接質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響，并會導(dǎo)致資源的消耗。因此，各有關(guān)單位在實施焊接過程中，應(yīng)加強對焊接質(zhì)量的控制，針對不同的焊接工藝特點，制定切實可行的質(zhì)量控制措施，以達到對焊接質(zhì)量的有效管理。

參考文獻：

[1]曹銳.機械制造中機械焊接質(zhì)量的控制對策研究[J].造紙裝備 及材料，2021，50（7）：92-93.

[2]時哲.三維焊接快速成型技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].工程技術(shù)研究， 2021，6（5）：38-39.

[3]孫靜.焊接自動化技術(shù)發(fā)展情況分析[J].科學(xué)咨詢（科技·管理），2021，04：68-69.

[4]郭巖寶，王斌，王德國等.焊接機器人的研究進展與發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代制造工程，2021，05：53-63.

[5]龍冠德.探析工程機械焊接工藝的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].冶 金與材料，2020，40（5）：114+116.

[6]高險峰.焊接質(zhì)量控制和管理在機械制造中的應(yīng)用[J].世界有色金屬，2021，19：38-39.