如何提高柴油機(jī)焊接件焊接質(zhì)量

張德平 張杰 張健健 李艷華 魏娟

中國船舶重工集團(tuán)柴油機(jī)有限公司 山東青島 266520

在現(xiàn)代制造業(yè)中，焊接技術(shù)作為重要的加工手段。隨著高級(jí)制造技術(shù)的提高，焊接作業(yè)的自動(dòng)化和智能自動(dòng)化相應(yīng)地提高。焊接件在柴油機(jī)分類為下列幾種：①本體類型：例如機(jī)座、機(jī)架、掃氣箱、排煙管、連接支承等。②管道類型：如所有油管、水管、氣體管道等。③罩殼類：如齒輪箱罩殼、等。④油底殼等。上述焊接件一般采用厚度大于6mm的低碳鋼。隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，上述大多數(shù)焊接部分目前都采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊接。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊有以下優(yōu)點(diǎn)：焊接速度快，范圍廣，低碳鋼、高強(qiáng)度鋼和普通鑄鐵的任意焊接，熔深大，焊接質(zhì)量好，焊接中氫含量低，強(qiáng)度好，因此它被越來越廣泛地使用。

1 如何提高CO2氣體保護(hù)焊的焊接質(zhì)量

CO2氣體保護(hù)焊具有上述優(yōu)點(diǎn)。但其固有缺陷包括成形不良、焊接飛濺、造成了焊縫清理困難以及零件表面質(zhì)量差。此外，抗風(fēng)性較低，焊縫容易產(chǎn)生氣孔。運(yùn)條不良很容易導(dǎo)致熔深淺，焊接強(qiáng)度較低。柴油機(jī)的大多數(shù)焊接件都是外露件。提高焊接質(zhì)量尤為重要，尤其是外觀質(zhì)量。一般來說，焊接質(zhì)量提高應(yīng)從設(shè)備、焊接工藝、焊接材料等開始[1]。

1.1 焊接設(shè)備

CO2焊機(jī)經(jīng)歷了幾個(gè)階段，如抽頭硅、晶閘管、IGBT管式換向和全數(shù)字逆變焊機(jī)。數(shù)字式逆變焊機(jī)控制著各個(gè)焊接點(diǎn)向結(jié)合熔池的過渡，從而改善了焊縫成形，電弧穩(wěn)定減少了飛濺。這種焊機(jī)的費(fèi)用大約是普通焊機(jī)費(fèi)用的10倍。

1.2 焊接工藝

使用20%(Ar)+80%(CO2)混合物的焊接工藝需要添加氣體分配器。氬氣價(jià)格較高(約53美元/瓶，CO2約17美元/瓶)導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高。同時(shí)，對(duì)焊機(jī)操作的技術(shù)要求也較高。該方法改進(jìn)了焊接成形狀態(tài)，減少了飛濺。

1.3 焊接材料

極低碳焊接，目前正在測試；采用藥芯焊絲，是解決CO2氣體保護(hù)焊成形差和大量飛濺的好方法。使用藥芯焊絲時(shí)，電弧穩(wěn)定，焊接成形美觀，飛濺少，適合全位置焊接；氣相和渣相雙重保護(hù)，氣孔少，強(qiáng)度優(yōu)于實(shí)心焊絲焊接；熔體速度快，沉積效率高，生產(chǎn)效率比焊條電弧焊高3-5倍，藥芯組成可調(diào)，適應(yīng)各種鋼的焊接，滿足焊接質(zhì)量要求。

2 影響柴油機(jī)焊接件焊接質(zhì)量的因素

2.1 焊縫應(yīng)力和應(yīng)變

焊接加熱過程不均勻，在焊接后會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。焊接殘余應(yīng)力可能會(huì)導(dǎo)致焊接構(gòu)件中出現(xiàn)不同程度的裂紋，降低支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，并且在結(jié)構(gòu)接觸腐蝕環(huán)境時(shí)容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕和應(yīng)力腐蝕中的裂紋。柴油機(jī)零件存在焊接殘余應(yīng)力可能會(huì)影響裝配精度、柴油機(jī)的外觀質(zhì)量以及焊接零件的壽命。

2.2 焊接工藝和方法

目前柴油機(jī)焊接施工工藝主要使用氣體保護(hù)焊，最常用的焊接方法包括：二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、手工電弧焊和火焰釬焊。CO2氣體保護(hù)焊具有以下優(yōu)點(diǎn)：焊接速度快、焊接范圍廣、操作性好、抗裂性好、熱變形小。但是CO2氣體焊接的固有缺陷包括成形差、焊接熔渣清理困難以及零件表面質(zhì)量差。此外，抗風(fēng)性較低，焊縫容易出現(xiàn)氣孔。如果無損檢測和進(jìn)行表面處理時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)部或表面的缺陷，焊接強(qiáng)度會(huì)降低，這會(huì)對(duì)柴油機(jī)焊接件的強(qiáng)度及外觀造成影響[2]。

2.3 焊接技術(shù)水平

焊接技術(shù)水平直接影響焊接質(zhì)量。焊接人員能力資質(zhì)、焊接設(shè)備技術(shù)水平、焊接工藝符合性等因素直接影響焊接質(zhì)量。柴油機(jī)質(zhì)量好的焊縫堅(jiān)固可靠，形狀美觀，沒有氣孔、咬邊、渣等焊接缺陷，焊接技術(shù)水平對(duì)焊接質(zhì)量起著決定性的作用。

3 提高柴油機(jī)焊接件焊接質(zhì)量的措施

3.1 控制焊接的剩余應(yīng)力和變形

降低焊接殘余應(yīng)力的措施：首先，使用合理的焊接順序和方向。第一種方法是在焊接過程中盡量自由收縮。如果某些結(jié)構(gòu)件是剛性的，為了減少焊接變形，則必須在焊接后進(jìn)行去應(yīng)力退火。先焊接大收縮焊縫，長焊縫采用分段對(duì)稱退焊法。第二，錘擊法。每次焊接后，焊接金屬都會(huì)使用小錘子快速均勻地敲擊，以形成橫向?qū)挾?，從而減小焊接應(yīng)力和焊接變形。

控制焊接件變形的措施：柴油機(jī)焊接施焊過程中，需要控制機(jī)座、機(jī)架等焊接件的變形。除了合理選擇焊縫的尺寸和形狀外，合理安排焊縫在設(shè)計(jì)中的位置、使用剛性緊固方法、防變形方法、合理選擇焊縫順序和方向、符合要求的焊接參數(shù)等技術(shù)措施也可以減少焊縫變形，提高焊縫質(zhì)量。

3.2 合理選擇焊接方法和工藝參數(shù)

首先選擇焊接方法。選擇焊接方法根據(jù)以下方面：焊接材料、焊縫的結(jié)構(gòu)特征、產(chǎn)品焊接質(zhì)量要求。目前，我們的主要焊接方法是二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、手工電弧焊和火焰釬焊等。CO2氣體保護(hù)焊具有生產(chǎn)力高、成本低、焊接質(zhì)量好、焊縫變形小等優(yōu)點(diǎn)。主要用于焊接機(jī)座、機(jī)架、排氣管、油底殼等長焊縫。埋弧焊焊縫成形美觀、隔強(qiáng)光和煙塵、焊接質(zhì)量穩(wěn)定焊接速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于機(jī)座、機(jī)架單片的易于進(jìn)行翻轉(zhuǎn)的長焊縫，容易獲得高質(zhì)量焊縫。鎢極氬弧焊電弧加熱集中、熱影響區(qū)小、可焊的焊材范圍廣、電弧穩(wěn)定，飛濺少，成形美觀，適用于缸蓋堆焊和加工件的修補(bǔ)。手工電弧焊接具有靈活性、方便性、適應(yīng)性、設(shè)備簡單等優(yōu)點(diǎn)，特別是對(duì)于短焊縫。主要用于焊接進(jìn)出口管道、法蘭、接頭等短焊縫。軟釬焊具有較小的變形和良好的外觀，可以連接到不同的金屬，主要用于銅管焊接。第二，確定工藝參數(shù)。目前廣泛使用CO2氣體保護(hù)焊接并在CO2氣體保護(hù)焊接實(shí)例中介紹了工藝參數(shù)的確定原則。CO2氣體保護(hù)焊的焊接工藝參數(shù)包括焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、送絲速度等。這些參數(shù)會(huì)對(duì)熔接過程的穩(wěn)定性、品質(zhì)和生產(chǎn)力產(chǎn)生不同的影響。參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的，因此必須適當(dāng)配合才能取得令人滿意的結(jié)果[3]。

4 結(jié)語

制造柴油機(jī)是離不開焊接技術(shù)，柴油機(jī)制造商注重產(chǎn)品質(zhì)量從而在激烈競爭的市場上發(fā)揮競爭優(yōu)勢。焊接質(zhì)量取決于柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、可用性和美觀。參與制造柴油機(jī)制造的焊接工程師和生產(chǎn)人員應(yīng)了解影響柴油機(jī)焊接質(zhì)量的因素，以及制定提高焊接質(zhì)量的措施，以便使焊接件符合經(jīng)濟(jì)、可靠和美觀的要求，從而提高柴油機(jī)的質(zhì)量。