材料成型及焊接控制工藝分析

劉光磊

（青島工程職業(yè)學院 山東 青島 266112）

1 引言

金屬材料焊接對焊接質量有著嚴格要求，是機械設備的基礎焊接工藝。在焊接時出現(xiàn)的各種狀況易導致制造出來的金屬結構不合格，影響后續(xù)機械設備的質量[1-3]?；诖耍瑢Σ牧铣尚图昂附涌刂乒に囇芯?，分析材料成型及焊接控制工藝過程中的影響因素。

2 材料成型及焊接控制工藝分析

針對材料成型及焊接控制工藝，從氣流保護控制和材料成型控制兩方面對其進行分析。

2.1 氣流保護控制分析

在金屬材料的焊接過程中，拖罩對金屬材料的氣流保護影響焊縫狀態(tài)，進而影響接頭。氣流對金屬材料的保護時間過短，金屬材料的焊縫還未冷卻到要達到的低溫，就暴露于空氣中，使金屬材料焊縫被空氣中的氣體污染，影響金屬材料焊縫的性能。而氣流對金屬材料的保護時間過長，又會對金屬材料的焊接生產(chǎn)效率產(chǎn)生影響，因此，要選擇合適的氣流保護時間。選擇合適的保護時間，可以確保焊縫表面不被過度氧化，使接頭具有良好的拉伸性能[4-5]。通過設置不同的保護時間，采用激光熱源焊接金屬材料，分析不同氣流保護時間對焊縫和接頭的影響。具體分析過程如下：將激光布置在熱源前面，與金屬材料垂直，對金屬材料照射，通過調節(jié)拖罩的保護長度，對拖罩氣流保護焊接接頭的時間長短作調節(jié)，分析不同保護時間下，金屬材料焊接接頭的抗拉強度。此外，焊接的熱度對焊縫的冷卻速率會產(chǎn)生一定的影響。焊縫冷卻速率越低，則降溫過程越慢。比如，采用激光-TIG復合焊接方式焊接金屬材料，則利用焊接輸入熱量確定焊接熱度，如公式（1）所示[6]。

在公式（1）中，W代表金屬材料焊接輸入熱量，U代表TIG的電流，I代表TIG的電壓，P代表激光功率，1α代表TIG電弧熱的效率，2α代表激光的熱效率，v代表金屬材料的焊接速度。利用公式（1）計算焊接熱度，進而控制焊縫的冷卻過程[7]。

2.2 材料成型控制分析

金屬材料在焊接成型中存在各種缺陷，其影響因素有多種，分別對其作分析。在金屬材料焊接過程中，除金屬材料外，還存在很多雜質，這些雜質會導致金屬材料在焊接過程中出現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷[8]。其中，氣孔可使金屬材料焊縫的承載面積變小，造成焊縫的強度、韌性降低。一般情況下，金屬材料焊縫中產(chǎn)生氣孔是由于在高溫的熔池中，金屬溶解了過多的氣體，焊接時也會產(chǎn)生一些氣體，上述氣體在焊縫結晶時來不及逸出，就會在焊縫中形成氣孔。因此，在金屬材料焊接時，應控制焊接速度，做好焊接現(xiàn)場的環(huán)境保護工作，并保護好金屬材料，避免金屬材料在保存過程中出現(xiàn)腐蝕情況。材料成型中形成的裂紋分為兩種，一種為熱裂紋，一種為冷裂紋。金屬材料在焊接過程出現(xiàn)的裂紋見圖1[9]。

圖1 焊接裂紋

在對前者的控制過程中，要注意在焊接時減少雜質的產(chǎn)生，嚴格控制焊接相關參數(shù)，提高焊接質量，焊接完成后，要避免外界因素的影響；在對后者的控制過程中，對焊條的選擇要嚴格把控質量，盡量選擇氫含量低的材料[10]。此外，在金屬材料成型及焊接控制工藝中，還存在未焊透、夾渣等其他問題，要想解決這些問題，進而更好地控制金屬材料成型及焊接，則需要恰當選取焊接參數(shù)。在金屬材料的實際焊接過程中，根據(jù)金屬材料的實際情況，對焊接參數(shù)作相應的調整，通過完善控制程序、優(yōu)化金屬材料的保存方法、控制好焊接速度等措施，提高金屬材料的焊接質量[11]。

3 對比實驗

3.1 實驗過程

以氣流保護時間對金屬材料焊接接頭的影響分析為例，設置焊接實驗參數(shù)，焊接實驗參數(shù)設置如下：焊接方式為單TIG和激光-TIG復合焊接方式，氣流流量為20 L/min，焊接速度為500 mm/min，激光功率為500 W。利用上述焊接實驗參數(shù)，分別采用單TIG焊接方式和激光-TIG復合焊接方式對金屬材料開展焊接工作，對不同氣流保護時間對金屬材料焊接接頭的拉伸性能作分析[12]。

3.2 結果分析

不同氣流保護時間對金屬材料焊接接頭的拉伸性能實驗結果見表1。

表1 氣流保護時間對焊接接頭的拉伸性能影響

如表1所示，金屬材料母材的抗拉強度為1 000 MPa，當無氣流保護時，采用單TIG焊接方式焊接時，金屬材料焊接接頭的抗拉強度為母材的62.3%，采用激光-TIG焊接方式焊接時，金屬材料焊接接頭的抗拉強度為母材的75.6%[13]；當氣流保護時間為2 s時，采用單TIG焊接方式焊接時，金屬材料焊接接頭的抗拉強度為母材的78.9%，采用激光-TIG焊接方式焊接時，金屬材料焊接接頭的抗拉強度為母材的84.9%[14]；當氣流保護時間為6 s時，采用單TIG焊接方式焊接時，金屬材料焊接接頭的抗拉強度為母材的81.2%，采用激光-TIG焊接方式焊接時，金屬材料焊接接頭的抗拉強度為母材的89.6%；當氣流保護時間為12 s時，采用單TIG焊接方式焊接時，金屬材料焊接接頭的抗拉強度為母材的85.6%，采用激光-TIG焊接方式焊接時，金屬材料焊接接頭的抗拉強度為母材的91.5%；當氣流保護時間為20 s時，采用單TIG焊接方式焊接時，金屬材料焊接接頭的抗拉強度為母材的90.3%，采用激光-TIG焊接方式焊接時，金屬材料焊接接頭的抗拉強度為母材的89.5%；當氣流保護時間為24 s時，采用單TIG焊接方式焊接時，金屬材料焊接接頭的抗拉強度為母材的87.1%，采用激光-TIG焊接方式焊接時，金屬材料焊接接頭的抗拉強度為母材的88.2%。通過分析發(fā)現(xiàn)，不同氣流保護時間條件下，通過兩種焊接方式焊接的金屬材料焊接接頭的抗拉強度不同。采用單TIG焊接方式焊接的接頭的最佳氣流保護時間為20 s，采用激光-TIG焊接方式焊接的接頭的最佳氣流保護時間為12 s。此外，還發(fā)現(xiàn)利用激光-TIG焊接方式焊接接頭的抗拉強度，整體上比單TIG焊接方式焊接接頭的抗拉強度更好。

4 結語

通過對材料成型及焊接控制工藝的分析，發(fā)現(xiàn)不同的焊接方式及焊接條件對金屬材料的焊接質量及成型材料的使用效果都會產(chǎn)生一定的影響。因此，要不斷考察不同條件對金屬材料焊接及成型控制過程中的影響，確定最佳焊接條件，以保證后續(xù)機械設備的使用效果。