焊接技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用與探討

陸平平

（宜興高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 無錫 214206）

焊接技術(shù)是工業(yè)技術(shù)中極為重要的技術(shù)之一，隨著我國農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，該技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)以及農(nóng)業(yè)機(jī)械使用維修方面的應(yīng)用越來越廣泛。目前，農(nóng)業(yè)機(jī)械焊接技術(shù)常見問題主要涉及技術(shù)人員本身技術(shù)不良、農(nóng)機(jī)材質(zhì)以及焊材不匹配等問題。實(shí)踐證明，以創(chuàng)新焊接技術(shù)為抓手，以改進(jìn)農(nóng)機(jī)材質(zhì)為保障，有利于確保焊接技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械當(dāng)中得到廣泛應(yīng)用。

1 焊接技術(shù)概述

焊接就是通過各種手段將金屬端面熔化，從而將兩個(gè)或者多個(gè)分散的主體的原子結(jié)合而形成一個(gè)整體[1]。我國的焊接技術(shù)主要分為兩個(gè)發(fā)展階段：第一階段是20 世紀(jì)80 年代之前，當(dāng)時(shí)以手提焊機(jī)、氬弧焊機(jī)、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊為主要設(shè)備，它們可以代替機(jī)械當(dāng)中螺紋對接、鉚接、鍛造、鑄造等方式，起到了很好的降本增效作用；第二階段是20 世紀(jì)80 年代后，從發(fā)達(dá)國家引進(jìn)的成套的焊接設(shè)備，其中以自動(dòng)焊接、焊接機(jī)器人等為具體代表。如今的數(shù)字化焊接便是以自動(dòng)焊接、焊接機(jī)器人為基礎(chǔ)形成的更高水平的焊接技術(shù)。目前，數(shù)字化焊接技術(shù)在我國轎車生產(chǎn)、機(jī)械生產(chǎn)中已日益普及。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)械中焊接技術(shù)應(yīng)用的重要性

葛勇等[2]在《新疆農(nóng)機(jī)智能焊接制造業(yè)現(xiàn)狀》中指出，新疆屬于農(nóng)業(yè)大省，也是農(nóng)業(yè)機(jī)械制造大省，但是因?yàn)楹附硬僮鳟?dāng)中仍然使用傳統(tǒng)工藝的緣故，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機(jī)械外形粗糙，在一定程度上影響到了農(nóng)機(jī)的靈敏度以及駕駛者的使用感受。不僅新疆如此，放眼我國農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)制造，焊接技術(shù)都有待進(jìn)一步改革提高。這也從另外一個(gè)角度證明了焊接技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械當(dāng)中具有不可代替的作用?？傮w而言，焊接技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用的重要性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）提高材料的使用效率。在農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)制造過程中，會(huì)有一定量的邊角余料產(chǎn)生，這些邊角余料對于生產(chǎn)企業(yè)而言也是成本組成之一。融入焊接技術(shù)之后，可以將邊角余料加工成為農(nóng)機(jī)設(shè)備的某個(gè)組成，減少了材料浪費(fèi)。對于企業(yè)來說，等同于增加了效益。

2）提高農(nóng)業(yè)機(jī)械質(zhì)量。對于一些需要加固之處，通過焊接手段可以加大兩個(gè)連接件的接觸面積，增加整個(gè)設(shè)備的穩(wěn)定性。機(jī)械設(shè)備在之后運(yùn)行當(dāng)中，即便是發(fā)生較大的震動(dòng)也不會(huì)出現(xiàn)脫落等問題，提高了設(shè)備的安全水平。

3）修復(fù)破損機(jī)械，避免浪費(fèi)。農(nóng)業(yè)機(jī)械在使用過程中一些部位發(fā)生了磨損、破壞，導(dǎo)致設(shè)備使用性能下降，通過焊接技術(shù)來修復(fù)便可以延長該設(shè)備的使用壽命，在一定程度上避免了浪費(fèi)現(xiàn)象。

4）提高生產(chǎn)效率。先進(jìn)的焊接技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)當(dāng)中，能夠提升生產(chǎn)速度，為我國農(nóng)業(yè)機(jī)械普及率的增長作出貢獻(xiàn)。

3 農(nóng)業(yè)機(jī)械焊接技術(shù)常見問題

我國農(nóng)業(yè)機(jī)械使用范圍越來越大，因?yàn)槭褂铆h(huán)境、使用方法的影響，很多機(jī)械會(huì)出現(xiàn)一些破損，要經(jīng)常用到焊接技術(shù)對這類器械進(jìn)行修復(fù)?？偟膩碚f，大型設(shè)備結(jié)構(gòu)件維修、液壓管件維修、軸類零件堆焊是最常見的焊接工作內(nèi)容[3]。農(nóng)業(yè)機(jī)械焊接技術(shù)最常見的問題就是焊接出現(xiàn)咬邊、焊瘤、塌陷、氣孔、裂紋、燒穿、工件變形等現(xiàn)象。分析這些問題的原因是提升農(nóng)業(yè)機(jī)械焊接技術(shù)的根本前提。

1）技術(shù)人員的技術(shù)掌握不足。在農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)中，一些焊接操作時(shí)，技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)不足，焊接手法不細(xì)致、不均勻，不能很好地掌握焊接熱度（一般都是焊接電流過大導(dǎo)致的熱度過高）導(dǎo)致的咬邊[4]、焊接時(shí)間長導(dǎo)致的燒穿、焊接時(shí)沒有很好清潔焊接部位而導(dǎo)致的焊接不牢等問題。在平焊、立焊的過程中，由于沒有掌握好電流強(qiáng)度，而且焊接時(shí)長過長，熔池溫度升高，熔池體積加大，變成液態(tài)的金屬在重力作用下下墜而形成焊瘤。

2）材料問題。沒有根據(jù)母材選擇正確的焊接材料，會(huì)導(dǎo)致焊接質(zhì)量下降[5]。母材當(dāng)中硫含量高會(huì)導(dǎo)致熱裂紋。當(dāng)然，若是焊接材料（又稱填充材料）當(dāng)中硫含量超標(biāo)，也會(huì)導(dǎo)致熱裂紋現(xiàn)象。另外，焊接母材質(zhì)地不均勻，造成受熱不均勻，焊接后會(huì)發(fā)生工件變形這一現(xiàn)象。這里母材的選用就與農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)、生產(chǎn)有關(guān)。

3）工作環(huán)境影響。工作環(huán)境過于寒冷或者過于潮濕都會(huì)對焊接結(jié)構(gòu)形成影響。例如，在潮濕環(huán)境下焊接，焊材受潮會(huì)導(dǎo)致焊縫當(dāng)中出現(xiàn)氣孔。

4 提高農(nóng)業(yè)機(jī)械焊接技術(shù)的對策

4.1 培養(yǎng)技能全面的焊接人才

1）多元主體培養(yǎng)焊接人才。在焊接人才培養(yǎng)方面，我國存在多元主體，主要包括中職技術(shù)類學(xué)校、以焊接業(yè)務(wù)為主要內(nèi)容的社會(huì)企業(yè)。中職技術(shù)類學(xué)校在教學(xué)當(dāng)中，必須以校企合作形式來培養(yǎng)人才，讓學(xué)生在真正的勞動(dòng)環(huán)境下學(xué)習(xí)技術(shù)，真正地跟企業(yè)師傅學(xué)習(xí)焊接技巧，以實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐結(jié)合，提高焊接人才質(zhì)量。以焊接業(yè)務(wù)為主要內(nèi)容的企業(yè)在人才培養(yǎng)當(dāng)中，必須抓住考核關(guān)，在選用焊接技術(shù)人員時(shí)，必須首先考查他們的技術(shù)水平，需要優(yōu)中選優(yōu)，才能組建一支技術(shù)過硬的隊(duì)伍。當(dāng)然，需要按照績效考核對接獎(jiǎng)懲，才能讓焊接技術(shù)人員提高工作質(zhì)量。

2）積極學(xué)習(xí)先進(jìn)焊接工藝。農(nóng)業(yè)機(jī)械制造當(dāng)中，電阻焊接能提升農(nóng)業(yè)機(jī)械焊件的焊接質(zhì)量。王明、王秀平在《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝及精密加工技術(shù)探析》當(dāng)中指出，在實(shí)際工作中很難保證電流控制的穩(wěn)定性，或者是焊接工作受環(huán)境影響較為明顯，大部分農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)制造當(dāng)中焊接都是不盡如人意的。為了提高農(nóng)業(yè)機(jī)械質(zhì)量，必須重視焊接環(huán)節(jié)。目前，有一種焊機(jī)其不用區(qū)分焊接正負(fù)極，接通電流便可以進(jìn)行焊接工作[6]。該種焊接便是電阻焊接，焊接過程中電阻會(huì)持續(xù)生熱，當(dāng)熱到一定程度后便可以將金屬熔化并實(shí)現(xiàn)焊接目的。電阻焊接具有穩(wěn)定特點(diǎn)，適用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的精細(xì)化生產(chǎn)。

4.2 常見問題處理對策

1）咬邊的對策。除電流過大導(dǎo)致咬邊之外，焊接角度不合理也會(huì)導(dǎo)致咬邊。所以，應(yīng)對咬邊就從焊接電流控制入手，同時(shí)要找對焊接角度。一般焊接電流選擇要根據(jù)焊條類型、母材情況、接頭類型、焊縫位置、焊道層數(shù)等綜合確定。一般行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的電流調(diào)整公式為：I=K×d，其中，K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，d為焊條直徑，焊條直徑與經(jīng)驗(yàn)系數(shù)如表1所示。

表1 焊條直徑與經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表

在電焊之前，尋找與焊件類似的材料嘗試運(yùn)焊角度，直到找到正確角度再加以焊接。經(jīng)過長期訓(xùn)練后，必然會(huì)形成自己獨(dú)有防止咬邊的辦法。這說明在焊接當(dāng)中，焊接人員技術(shù)水平對焊接結(jié)果影響是十分明顯的，這也是農(nóng)機(jī)生產(chǎn)廠家要培養(yǎng)專業(yè)焊接人員的原因。

2）焊瘤的對策。焊瘤成因同樣與電焊電流大小、母材材質(zhì)有關(guān)，所以它的預(yù)防措施和咬邊類似。在具體操作中還要時(shí)刻觀察，若是發(fā)現(xiàn)熔池出現(xiàn)鼓脹，要輕微擺動(dòng)焊件，避免出現(xiàn)焊瘤。焊接坡口立焊接頭或者加強(qiáng)焊縫時(shí)，要選擇3.2 mm 焊條，同時(shí)適當(dāng)減小電流。減小電流便意味著降低熱度，從而有效降低熔池溫度，避免熔池過快鼓脹。

3）裂紋的對策。焊接裂紋會(huì)給機(jī)械設(shè)備后期使用帶來隱性安全問題。例如，農(nóng)機(jī)的重要承重部件若是存在焊接裂紋，就會(huì)在重載時(shí)出現(xiàn)破裂，會(huì)造成不可預(yù)想的后果。經(jīng)過多年總結(jié)發(fā)現(xiàn)，該種現(xiàn)象是焊接時(shí)焊接部位和未焊接部位存在熱膨脹和冷收縮應(yīng)力的緣故。同時(shí)，與母材含有過量的錳、碳也有關(guān)。在應(yīng)對上，首選低氫焊條，同時(shí)要注意焊接順序。在焊接之后可以進(jìn)行熱處理，也可以預(yù)熱母材，焊接后緩慢冷卻，這樣可以避免快速熱、快速冷形成的過高溫差所致的裂紋。

4）燒穿的對策。這一點(diǎn)的防治比較簡單，主要是注意電流、焊接時(shí)長。在焊接前充分了解母材，若是母材較薄，則需要調(diào)節(jié)焊接角度，要將角度控制在35°，加上控制電流大小和焊接時(shí)間，可以很好地避免燒穿問題的發(fā)生。

5）工件變形的對策。產(chǎn)生工件變形的原因除了母材材質(zhì)不佳之外，還與焊接部件本身剛度與相鄰部件的內(nèi)應(yīng)力有關(guān)，如果在焊接時(shí)沒有有效消除這些內(nèi)應(yīng)力，就會(huì)導(dǎo)致焊接部件在內(nèi)應(yīng)力拉扯下變形[7]。所以在焊接時(shí)，要充分考慮到焊件和周圍部件的關(guān)系，要盡可能考慮到內(nèi)部應(yīng)力。在應(yīng)對上，目前有機(jī)械法、熱力法、先破后立法。機(jī)械法是焊接時(shí)對焊縫進(jìn)行敲打，一般要求焊縫溫度保持在800 ℃~900 ℃，敲打力度隨著焊縫溫度降低而減小。熱力法是將焊接部件放在200 ℃~500 ℃環(huán)境下加溫，目的是防止焊接時(shí)瞬間高溫、焊接后瞬間冷卻導(dǎo)致的焊接部位與未焊接部位的溫差，從而防止變形。先破后立法指的是在焊接部位開槽，開槽深度不得穿透焊件，然后進(jìn)行焊接，這樣可以避免焊接部位與周圍區(qū)域形成應(yīng)力，進(jìn)而避免產(chǎn)生裂紋和變形。

6）農(nóng)業(yè)機(jī)械焊接技術(shù)的基本流程。一般可以分為焊前準(zhǔn)備、劃線與放樣、下料和邊緣加工。焊前準(zhǔn)備主要是采用除銹技術(shù)等對焊件進(jìn)行處理，或者充分研究鋼材類型，這樣可以選擇正確的焊頭。放樣劃線方面主要有實(shí)體放樣、光學(xué)放樣，需要根據(jù)具體情況選擇。下料環(huán)節(jié)一般選擇手工下料，下料前需要認(rèn)真確認(rèn)尺寸，避免浪費(fèi)[8]。

5 農(nóng)業(yè)機(jī)械未來焊接技術(shù)展望

5.1 ABB機(jī)器人

李寧在《農(nóng)業(yè)機(jī)械用S355 鋼的焊接工藝優(yōu)化方案探究》當(dāng)中，認(rèn)為傳統(tǒng)S355 鋼的焊接因?yàn)楹附蛹夹g(shù)影響會(huì)有更多的填充材料進(jìn)入到零件之間，這樣會(huì)導(dǎo)致焊縫受到應(yīng)力影響而出現(xiàn)斷裂問題。這是源于焊接時(shí)熱影響區(qū)會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，并不是簡單的因?yàn)榻宇^不當(dāng)而造成的這種變化，這對焊接人員提出了挑戰(zhàn)，需要其具有較為豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，而采用ABB機(jī)器人可以讓傳統(tǒng)焊接方案得到優(yōu)化[9]。目前，ABB機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)發(fā)展40 余年，擁有較為完整的技術(shù)體系。但是，將ABB 機(jī)器人用于農(nóng)業(yè)機(jī)械焊接方面還需要進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)人才培養(yǎng)，這樣才能根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)的需求形成更為靈活的程序，滿足特殊情況下的焊接工作要求。

5.2 激光焊接的應(yīng)用

激光焊接具有非接觸、高速度、變形小等特點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于連續(xù)性和工作量較大的焊接工作當(dāng)中。目前，隨著激光設(shè)備不斷增多，激光技術(shù)不斷改進(jìn)，激光焊接的能力也在不斷增強(qiáng)。于帥在《激光切割與焊接在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用》當(dāng)中指出，采用4 kWCO2激光器焊接1 mm的板材，焊接速度可達(dá)到20 m/s。在大型聯(lián)合收割機(jī)的機(jī)罩大板拼接當(dāng)中，便可以使用該技術(shù)。在激光焊接當(dāng)中，穿透焊接、傳導(dǎo)焊為常用兩種形式。放眼未來，農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)當(dāng)中激光焊接必然會(huì)得到進(jìn)一步的推廣[10]。

6 小結(jié)

綜上所述，焊接技術(shù)在我國擁有較久歷史，將其用于農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)、制造、維修當(dāng)中也有較長的時(shí)間，行業(yè)內(nèi)形成了一定經(jīng)驗(yàn)。農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)加工當(dāng)中，焊接技術(shù)應(yīng)用常見咬邊、焊瘤、裂紋、燒穿、工件變形等問題，這些問題和焊接人員技術(shù)水平、母材材料質(zhì)量、工作環(huán)境都有一定關(guān)系。故而在防治上從培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人員入手，同時(shí)要正確地選擇焊材、明確劃線放樣等具體的施工程序，以保證焊接技術(shù)很好地融入到農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)加工以及維修當(dāng)中。ABB 焊接機(jī)器人、激光焊接等焊接技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，必將為農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)制造及維修提供新動(dòng)能。