鉚焊件制作時焊接工藝與焊接溫度的控制策略

摘要：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，各行各業(yè)的機械化程度不斷提高，工程機械和機械產(chǎn)品的制作業(yè)務(wù)量大增，對鉚焊技術(shù)需求及質(zhì)量要求也不斷提高。經(jīng)過多年的發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)的革新、智能化生產(chǎn)線的應(yīng)用。我國鉚焊的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，焊接產(chǎn)品的質(zhì)量管理逐步走上規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化道路。溫度控制是鉚焊制件質(zhì)量的關(guān)鍵因素?；诖?，本文將對影響鉚焊件制作焊接溫度的因素進行分析，提出控制好溫度的對應(yīng)措施，為鉚焊件制作溫度控制提供參考。

關(guān)鍵詞：鉚焊件；焊接溫度；控制

在通常情況下，鉚焊包括鉚工、焊工、車工及鉗工等幾個工種，并在機械產(chǎn)品制作中得到廣泛應(yīng)用。其主要是按照設(shè)計圖紙與制作要求，采用合適的工藝、工具，以及原材料制作各類型材、板材的特定產(chǎn)品，在我國很多領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。在實際作業(yè)過程中，要想確保鉚焊件質(zhì)量，不但要做好工藝的選擇，還要對焊接溫度予以充分關(guān)注，這樣才能將鉚焊的作用充分發(fā)揮。

一、鉚焊基本知識概述

（一）鉚焊的定義

鉚焊是在不改變各類金屬板材、管材等材料斷面的情況下，對這些材料加工，形成各種金屬結(jié)構(gòu)制品的一種綜合型工藝。鉚焊在加工過程中必須使電氣焊工、氣割工、磨工等工藝相互配合，才能生產(chǎn)出相應(yīng)的金屬結(jié)構(gòu)制品。鉚焊是電焊的一種焊接方式，主要應(yīng)用于機械維修、航空航天、橋梁、船舶和石油化工等行業(yè)機械產(chǎn)品制作中。一般用于焊接較厚的金屬，它通過高溫將振動的焊頭壓制物品的突起處，使兩種金屬的連接部位熔在一起。

（二）鉚焊件溫度控制的熱力學(xué)分析

1.焊接傳熱的基本形式

在焊接的特定條件下，熱量以對流和輻射為主要形式將熱量傳遞到焊件中，焊件獲得熱能量后，再以傳導(dǎo)的方式將熱能量進行傳遞。焊接時，熱源將熱量逐步傳遞至焊件后，在熱傳遞過程中，離熱源近的地方獲得的熱量較多，離熱源遠(yuǎn)的地方獲得的熱量相對較少，焊件不同的部分受熱情況不同，導(dǎo)致焊件溫度出現(xiàn)差別。簡單來說，熱傳遞就是焊件及其內(nèi)部和四周介質(zhì)出現(xiàn)熱量傳導(dǎo)的過程。

2.焊接接觸分類

鉚焊件焊接作業(yè)中通常接觸區(qū)域為焊縫、熱熔和影響區(qū)。焊縫是指在熱傳遞的作用下，材料受熱后，金屬以液態(tài)的形式表現(xiàn)，待液態(tài)金屬結(jié)晶后，會以柱狀形態(tài)呈現(xiàn)，同時和焊接熔池壁呈90°，最后在熔池里匯集并變成固態(tài)結(jié)晶；熱熔區(qū)是焊縫和母材相連的過渡區(qū)。熱熔區(qū)的溫度要求維持在固態(tài)母材溫度和液態(tài)焊接金屬溫度之間。這一區(qū)域的材料晶狀顆粒較粗，化學(xué)成分并不均勻，成型后為過熱組織。而熔合線為液態(tài)金屬和固態(tài)母材二者相連處一條處于半熔化形態(tài)的交界線。熱影響區(qū)指的是材料切割及焊接作業(yè)中尚未熔化狀態(tài)下，焊件由于熱能而產(chǎn)生機械變化的區(qū)域。

二、影響鉚焊件焊接溫度的因素

（一）焊接的熱過程

只有準(zhǔn)確掌握焊接受熱情況，才能在鉚焊件制作過程中，把握好焊件焊接溫度。焊接的熱過程特點：一是溫度極高。焊接作業(yè)中受持續(xù)加熱影響，最高溫超過AC3，并達到最高熔合線約1400℃；二是溫度上升快。焊接作業(yè)中由于熱源集中，焊件的溫度上升較快，因此加熱速度比熱處理要快很多，控制與加熱時間的控制較困難；三是高溫時間短。由于焊接屬于熱循環(huán)，在熱傳導(dǎo)過程中，焊件與周圍介質(zhì)之間發(fā)生熱傳導(dǎo)，因此，在焊接時，溫度保持在AC3高溫保持的時間較短；四是多采用自然連續(xù)冷卻的方式。在自然條件下制作焊件時，非特殊情況下會采用連續(xù)冷卻的方式，使焊件成型。在特殊情況下，需要采取保溫處理或其他工藝手段使制件成型。

（二）鉚焊接觸類型及時間的影響

鉚焊制件的生產(chǎn)過程實際是熱傳遞的過程，焊接接觸有焊縫、熱熔區(qū)和影響區(qū)三個部分，但在熱量傳導(dǎo)過程溫度分布是不均勻的，這三部分所承受的熱量不同，且時間越長溫度會隨之下降。因此，在焊接過程進行溫度控制需要焊接人員充分考慮熱量的流失問題，盡可能使熱量分布均勻，使鉚焊件各部位相互連接，減小焊縫，保證制件的質(zhì)量。

（三）鉚焊制作的焊接缺陷

常見的焊接缺陷可分為內(nèi)部缺陷和外部缺陷兩種。其中，內(nèi)部缺陷主要出現(xiàn)在熔合區(qū)域，如出現(xiàn)未熔合和焊透、氣孔、夾渣、裂縫等情況。這些缺陷通常比較隱蔽，用肉眼無法檢查出來，需要通過破壞性的試驗或者無損檢驗法才能夠發(fā)現(xiàn)。外部缺陷是指裂紋、焊瘤、弧坑、咬邊或表面氣孔等可以用肉眼檢查或使用簡單工具可以發(fā)現(xiàn)的問題。

（四）溫控原因

鉚焊焊接是一項比較很復(fù)雜和細(xì)致的工藝，任何一個細(xì)小的失誤都有可能造成焊件制作失敗。從溫度控制角度分析，導(dǎo)致鉚焊件出現(xiàn)缺陷的主要原因有：一是生產(chǎn)人員質(zhì)量控制意識薄弱，沒有充分認(rèn)識到溫度控制對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，在生產(chǎn)過程中，沒有按照規(guī)定的流程進行焊接，焊接時對溫度的控制不到位，影響鉚焊制件的質(zhì)量；二是在焊接前沒有按照要求，嚴(yán)格清除工件焊口及焊絲表面的氧化膜、水銹、油污等污漬，導(dǎo)致焊接溫度傳遞不均勻，降低傳熱效率，甚至導(dǎo)致焊件制作失??；三是生產(chǎn)材料自身質(zhì)量問題。例如，二氧化碳不純凈，焊機或者其他焊接器材不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，加熱芯的加熱速率不高，升溫速度慢或溫度不夠，從而影響焊接效果；四是溫度控制不到位。如果焊接人員對加熱時間和溫度掌握不好，過高的溫度或者過長時間不僅會破壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)，造成晶粒過大，降低導(dǎo)熱的質(zhì)量，還會破壞焊點的氧化保護層，焊點老化的速度也會比標(biāo)準(zhǔn)的焊點更快，使產(chǎn)品的整體壽命折損；五是生產(chǎn)環(huán)境不達標(biāo)，如焊件制作對溫度控制的要求較高，如果忽視室內(nèi)溫度的影響，導(dǎo)致溫度過高，即使有再嚴(yán)格的焊接流程，環(huán)境因素的影響會導(dǎo)致焊件產(chǎn)生缺陷。

三、加強焊接溫度控制的措施及對策

通過以上分析可以看出，溫度決定了鉚焊件的金屬晶粒的熔化和成長情況，溫度控制質(zhì)量是決定鉚焊制件質(zhì)量最關(guān)鍵的因素。因此，鉚焊制件生產(chǎn)要做好溫度控制，可以從以下幾方面著手。

（一）做好焊接準(zhǔn)備工作

高質(zhì)量的鉚焊件制作依賴于焊接與加工工作。因此，焊接人員需要充分重視焊接的準(zhǔn)備工作。一般情況下，焊接的準(zhǔn)備工作包括：一是焊前清理，為保證焊接質(zhì)量，及時消除和清理焊縫坡口附近和焊絲表面的氧化物、鐵銹、水分、油污等，必要時對焊接材料進行除濕或預(yù)熱處理，坡口和焊件表面要保持清理干凈，使其露出金屬光澤，確保實現(xiàn)既定溫度；二是要采用熱切割的方式對坡口進行處理，防止母材邊緣形成淬硬層，防止冷加工出現(xiàn)材料開裂的情況，保證金屬的熱傳遞；三是對于不銹鋼、鈦和鈦合金等一些金屬，熱影響區(qū)和背面需要有氬氣保護才能獲得優(yōu)良的質(zhì)量焊縫。因此，應(yīng)根據(jù)管狀母線的空間位置、工件規(guī)格、形狀等，制作相應(yīng)的防護罩、管內(nèi)氣室等，并根據(jù)實際情況采取措施。四是部分焊接需要在室內(nèi)操作完成，氣體保護性焊接技術(shù)，因此在焊接前要求焊接人員能夠落實相關(guān)準(zhǔn)備工作，先將焊接器件表面的油漆、氧化皮等雜質(zhì)清理干凈，并且對所要使用的焊接材料實施相應(yīng)的可焊性試驗工作，保證該類材料與焊接工藝要求相符后方可實施焊接作業(yè)。

（二）規(guī)范焊接方法

首先，焊接溫度的大小受到電弧燃燒時間長短的影響，因此，焊接人員要根據(jù)焊條燃弧、熄弧后，焊接熔池溫度高低及焊接熔池降溫時所需要的時間判斷焊條間斷焊接的熄弧時間，以提高對溫度的控制能力，保證熔池溫度適宜。在實際操作時，當(dāng)焊條燃弧、熄弧后，焊接熔池溫度偏高，熔孔較大時，焊接熔池的降溫速度會較慢，降溫所需的時間較長，可減少電弧燃燒時間，使熔池溫度降低。這時熔孔變小，內(nèi)部成形高度適中，避免管子內(nèi)部焊縫超高或產(chǎn)生焊瘤。在起弧前，務(wù)必開展試驗工作，并于高度板處對電流強度實施調(diào)節(jié)，檢測溫度。焊接完畢后焊接人員還要做好熱處理工作，避免操作失誤影響焊接質(zhì)量。

其次，與一般澆注鋼水的溫度相比，熔池中金屬液體的溫度高很多，過渡熔滴的平均溫度約在2300℃左右，熔池平均溫度在1700℃左右，最高可達2900℃，致使熔池中的金屬液體處于過熱狀態(tài)。焊接熔池溫度的控制不好，容易出現(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)焊瘤、燒穿、未焊透，內(nèi)凹、夾渣等缺陷。焊接實際操作時，可采用鋸齒形運條，并且用擺動的幅度，在坡口兩側(cè)的停頓，可以有效控制熔池的溫度，使熔孔大小基本一致，避免坡口根部形成焊瘤和燒穿的情況，同時避免未焊透現(xiàn)象的出現(xiàn)。

最后，還要注意控制好焊接夾角，當(dāng)焊條與焊接方向的夾角呈90°時，電弧集中，熔池溫度高；夾角變小，電弧分散，熔池溫度較低。因此，在實際焊接時，焊接人員根據(jù)實際情況選取合適的焊接角度，使熔池溫度保持在合適的位置，并通過在高度板等測試板上進行溫度與電流測試，精準(zhǔn)控制電路及溫度，保證焊接過程中的平整，提高鉚焊件的質(zhì)量。

（三）做好焊縫質(zhì)量的檢驗工作

鉚焊件在制作過程中受許多因素影響，存在焊縫等各類缺陷。焊接質(zhì)量不僅影響焊接產(chǎn)品的使用性能和壽命，還可能造成資源浪費，更重要的是影響人身安全和財產(chǎn)安全。如果焊縫不符合標(biāo)準(zhǔn)，可以對焊縫進行補焊，以彌補缺陷，但如果是掘進機等機械，一旦出現(xiàn)較為嚴(yán)重的缺陷，只能做報廢處理，不允許進行二次修補。

因此，焊接人員要做好焊縫的質(zhì)量檢驗工作，保證焊接質(zhì)量。鉚焊件的質(zhì)量檢驗工作主要包括兩大類：第一類，焊接人員用肉眼或放大鏡對鉚焊件的尺寸、形狀、表面氣孔、咬邊、燒穿、是否焊透、焊縫外形尺寸等焊件的外部進行檢驗；第二類，采用氣壓、灌水、煤油試驗等對鍋爐、管道等容器或壓力容器焊件的氣密性進行檢驗。對于無法用肉眼觀察焊件的細(xì)小缺陷及內(nèi)部缺陷進行無損檢測，無損檢測是發(fā)現(xiàn)安全隱患直接且有效的方法，通常采用滲透檢查、磁粉檢查、射線檢查和超聲檢查四種方式。滲透檢查利用帶有熒光染料或紅色染料滲透劑能夠滲透到焊件縫隙中的原理，檢查焊件的縫隙；磁粉檢查是將焊件在強磁場中磁化，根據(jù)焊縫表面的缺陷處產(chǎn)生漏磁而吸住磁性氧化鐵粉的地方能判斷缺陷的位置和大??；射線檢查有X射線和Y射線檢查兩種方式，其原理是當(dāng)射線照射焊件，透過焊縫缺陷處的射線衰減程度較小，呈現(xiàn)在焊縫背面的底片上感光較強，通過缺陷部位顯示出黑色斑點或條紋進而判斷缺陷的大?。怀暡z查利用超聲波能在金屬焊件中的兩種介質(zhì)界面時，會發(fā)生反射和折射的原理檢驗焊縫內(nèi)部缺陷。

四、鉚焊件焊接工藝中所需注意事項

在鉚焊件焊接過程中，焊接人員能夠采取電熱加熱等電熱裝置達到控制焊接溫度的目的。在裝置電熱加熱帶過程中，要注意不要損壞到防腐層，同時確保不會影響到焊接施焊角度，通?？稍诤缚谄驴趦蓚?cè)約5cm部位裝置電熱帶。不過，值得注意的是，做好電加熱帶開關(guān)插口的隔熱工作，防止其損壞到防腐層。在通常情況下電加熱帶的外部材料都使用鋁合金材料，在焊接環(huán)節(jié)，若不采取有效的隔熱措施，就極易會損害到電加熱帶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，引發(fā)漏電，所以需要安裝漏電保護系統(tǒng)，防止安全事故的發(fā)生。在對層間溫度實施管控過程中，要做好工藝中心的控制，以充分銜接焊接各道工序。在實施焊接的過程中，待焊件徹底冷卻，需要立即停止這一階段的焊接作業(yè)，并開展下一道焊接工序，有效縮短加熱時長，提升鉚焊件的焊接效率。如果在焊接過程中部分區(qū)域溫度偏低，就需要做好輔助加熱工作，確保焊接溫度。在起弧時需要開展試驗，以更好地進行高度板電流強度的調(diào)節(jié)，做好焊接溫度的檢測工作。焊接結(jié)束后需要進行相應(yīng)的熱處理工作，確保鉚焊件質(zhì)量達標(biāo)。

五、鉚焊焊接的前景

近幾年，隨著國內(nèi)機械、電力、船舶海洋、汽車、航空、建筑等行業(yè)的發(fā)展，焊接就業(yè)前景已經(jīng)非常廣闊，加之國外焊接企業(yè)在我國設(shè)廠，對我國的民族產(chǎn)業(yè)構(gòu)成較大的沖擊。這對于我國焊接企業(yè)而言，既是機遇，也是挑戰(zhàn)，為了生存和發(fā)展，未來我國焊接行業(yè)需朝著高效、自動化、智能型、節(jié)能、環(huán)保型方向發(fā)展，以保證焊接產(chǎn)業(yè)整體進入國際市場。因此，鉚焊焊接的前景非常廣闊。

六、結(jié)語

總而言之，制作鉚焊件的過程，對溫度的要求較高，要求焊接人員熟練掌握鉚焊的基礎(chǔ)知識，了解影響鉚焊件焊接溫度的因素，并在實際作業(yè)過程中控制制作溫度，結(jié)合熱力學(xué)原理，焊接人員要熟練掌握鉚焊件的加熱原理與特點，通過對加熱時間、熔池溫度、電加熱帶等方式有效管控焊接溫度，落實好焊接前期準(zhǔn)備工作，做好焊接角度的管控、明確焊接工藝相關(guān)注意事項，為鉚焊件質(zhì)量的提高提供保證。

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作者簡介：徐秀娟（1983），女，山東省濟寧市人，本科，工程師，研究方向為機械制修專業(yè)、工程機械制圖。