火焰自動(dòng)焊接技術(shù)對(duì)泄漏率的影響研究

［摘 要］文章介紹了火焰自動(dòng)焊接技術(shù)的定義與分類，研究了火焰自動(dòng)焊接技術(shù)實(shí)施過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，分析了火焰自動(dòng)焊接技術(shù)對(duì)泄漏率的影響。研究表明，火焰自動(dòng)焊接技術(shù)的應(yīng)用，可大幅降低泄漏率，推動(dòng)焊接技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

［關(guān)鍵詞］火焰自動(dòng)焊接；焊接質(zhì)量；泄漏率；火焰參數(shù)控制

［中圖分類號(hào)］TG409 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）09–0005–03

火焰自動(dòng)焊接技術(shù)在工業(yè)制造中起著關(guān)鍵作用，其通過先進(jìn)的自動(dòng)化、智能化設(shè)備和專業(yè)的技術(shù)工人，提高了焊接控制的精度，減少了焊接材料的損耗和相應(yīng)的污染。此外，火焰自動(dòng)焊接技術(shù)還能提高機(jī)械加工的實(shí)際效率。在機(jī)械零件焊接過程中，焊接技術(shù)人員會(huì)將自動(dòng)化焊接技術(shù)和工業(yè)智能機(jī)器人結(jié)合使用，確保機(jī)械產(chǎn)品加工生產(chǎn)作業(yè)的規(guī)范操作。因此，火焰自動(dòng)焊接技術(shù)在推動(dòng)工業(yè)制造的發(fā)展和產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步，以及促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都發(fā)揮著重要作用。

1 火焰自動(dòng)焊接技術(shù)的定義及分類

火焰自動(dòng)焊接技術(shù)作為現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，是指利用可燃?xì)怏w與O2 混合產(chǎn)生的火焰作為熱源，通過自動(dòng)化設(shè)備精確控制焊接過程，實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量焊接的方法。這一技術(shù)融合了自動(dòng)化控制理論與先進(jìn)的機(jī)械電子技術(shù)，旨在提升焊接作業(yè)的精度、效率及安全性?；鹧孀詣?dòng)焊接的核心在于“自動(dòng)”，意味著焊接過程中的參數(shù)調(diào)節(jié)、軌跡控制等關(guān)鍵環(huán)節(jié)能夠由預(yù)先設(shè)定的程序或智能算法自主完成，減少人工干預(yù)，確保焊接結(jié)果的一致性和可靠性。

火焰自動(dòng)焊接技術(shù)依據(jù)所采用的燃料氣體不同，主要分為幾大類：①氧乙炔焊。這是最早應(yīng)用且最為廣泛的一種火焰自動(dòng)焊接技術(shù)，利用乙炔氣體與O2混合燃燒產(chǎn)生的高溫火焰進(jìn)行焊接，適用于多種金屬材料，尤其在鋼鐵構(gòu)件的焊接中展現(xiàn)出良好的適用性。②液化石油氣焊。以液化石油氣為燃料，與O2 混合燃燒。相較于氧乙炔焊，液化石油氣焊的火焰溫度略低，但其燃燒更為穩(wěn)定、煙塵少，且成本效益高，常用于薄板材料和鋁合金的焊接。這些不同的火焰自動(dòng)焊接技術(shù)，各有其特點(diǎn)與適用場(chǎng)景，選擇合適的焊接方式對(duì)于保證焊接質(zhì)量和效率至關(guān)重要。

2 火焰自動(dòng)焊接實(shí)施過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

2.1 火焰參數(shù)控制

火焰參數(shù)控制是火焰自動(dòng)焊接過程中的核心環(huán)節(jié)，直接影響焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。其中，燃料氣體流量與O2 比例控制，以及焊接速度與熱輸入管理，是該技術(shù)的兩個(gè)關(guān)鍵方面。燃料氣體流量與O2 比例的精準(zhǔn)調(diào)控是基礎(chǔ)。燃料氣體與O2 的恰當(dāng)混合比能產(chǎn)生最適宜的焊接火焰，過高或過低的O2 比例都會(huì)影響焊接質(zhì)量。O2 比例過高可能導(dǎo)致焊接區(qū)域冷卻過快，形成不良焊縫；O2不足則可能引起燃燒不充分，產(chǎn)生有害氣體并影響焊接深度。通過自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)整這兩者的比例，可確保焊接過程穩(wěn)定，減少焊接缺陷，如飛濺、氣孔等。焊接速度與熱輸入管理中的熱輸入是指單位時(shí)間內(nèi)傳遞到焊件的熱量，其直接關(guān)系到焊縫的熔深、寬度及結(jié)構(gòu)的熱變形。焊接速度過快會(huì)減小熱輸入，導(dǎo)致焊縫不完全熔合；速度過慢則熱輸入過大，易造成過熱、燒穿或變形。因此，根據(jù)材質(zhì)、厚度及焊接要求，動(dòng)態(tài)調(diào)整焊接速度，配合熱輸入的有效管理，對(duì)于獲得均勻、無缺陷的焊縫至關(guān)重要。這不僅需要精確的傳感器來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊接過程中的溫度變化，還需智能算法輔助決策，以實(shí)現(xiàn)熱輸入的最優(yōu)化控制，從而在保證焊接質(zhì)量的同時(shí)，提升整體作業(yè)效率。

2.2 焊接軌跡與姿態(tài)控制

焊接軌跡與姿態(tài)控制對(duì)于確保焊縫質(zhì)量、形態(tài)一致性及提高生產(chǎn)效率具有重大意義。該環(huán)節(jié)包含自動(dòng)軌跡規(guī)劃與執(zhí)行、焊槍姿態(tài)調(diào)整兩大組成部分。自動(dòng)軌跡規(guī)劃與執(zhí)行是基于焊接對(duì)象的幾何特征和材料屬性，通過計(jì)算機(jī)軟件預(yù)先設(shè)計(jì)出最優(yōu)的焊接路徑。這一過程考慮了焊接順序、方向、速度變化等因素，旨在最小化熱影響區(qū)，避免應(yīng)力集中，確保焊接接頭的均勻受熱與完整熔合。執(zhí)行階段則依靠高精度伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，精準(zhǔn)跟隨預(yù)設(shè)軌跡，即使在復(fù)雜工件表面也能實(shí)現(xiàn)連續(xù)、平滑的焊接運(yùn)動(dòng)，提高焊接作業(yè)的一致性和重復(fù)性。焊槍姿態(tài)調(diào)整則是為了應(yīng)對(duì)焊接過程中焊縫形狀變化及工件不平整等問題而設(shè)計(jì)的，通過集成傳感器與反饋控制機(jī)制，能實(shí)時(shí)檢測(cè)焊槍相對(duì)于工件的位置與角度，自動(dòng)調(diào)整焊槍的姿態(tài)，保持適宜的焊接角度和距離。這種動(dòng)態(tài)調(diào)整能力對(duì)于維持穩(wěn)定的焊接參數(shù)、避免焊縫缺陷至關(guān)重要，尤其是在處理非平面焊接部位時(shí)，能有效減少焊縫偏移、熔深不均等現(xiàn)象，提升整體焊接質(zhì)量。

2.3 智能火控技術(shù)的應(yīng)用

智能火控技術(shù)通過集成先進(jìn)的傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)分析算法與自適應(yīng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了火焰強(qiáng)度與穩(wěn)定性的智能調(diào)節(jié)，以及焊接過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)控制，顯著提升了焊接作業(yè)的精度與可靠性?；鹧鎻?qiáng)度與穩(wěn)定性智能調(diào)節(jié)是智能火控的核心，利用高靈敏度的傳感器持續(xù)監(jiān)測(cè)焊接火焰的溫度、亮度等參數(shù)，結(jié)合先進(jìn)的算法模型預(yù)測(cè)和分析焊接過程的變化趨勢(shì)。據(jù)此，自動(dòng)調(diào)節(jié)燃料氣體與O2 的供給量，確保火焰強(qiáng)度既滿足焊接深度與熔敷率的要求，又保持火焰的持續(xù)穩(wěn)定，避免因火焰波動(dòng)導(dǎo)致的焊接缺陷，如焊縫不均勻、夾渣等。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與自適應(yīng)控制機(jī)制進(jìn)一步強(qiáng)化了焊接過程的智能化水平。該機(jī)制能夠?qū)崟r(shí)捕捉焊接過程中的各種異常情況，包括但不限于溫度異常、氣體流量波動(dòng)等，并立即觸發(fā)自適應(yīng)控制策略，快速調(diào)整焊接參數(shù)，以恢復(fù)最佳焊接狀態(tài)。同時(shí)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，能從歷史焊接數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)優(yōu)化策略，不斷提升自身對(duì)不同材料、不同厚度工件的適應(yīng)能力，確保每次焊接都能達(dá)到最優(yōu)效果。

3 火焰自動(dòng)焊接技術(shù)對(duì)泄漏率的影響

3.1 泄漏率與焊接質(zhì)量的關(guān)聯(lián)

泄漏率是衡量焊接結(jié)構(gòu)密封性能的關(guān)鍵指標(biāo)，具體指在特定條件下，單位時(shí)間內(nèi)通過焊接接頭的氣體量。這一概念直接反映了焊接結(jié)構(gòu)的緊密程度和耐壓能力，是評(píng)價(jià)焊接質(zhì)量的重要參數(shù)。在諸多工業(yè)應(yīng)用中，如管道輸送、壓力容器制造等，泄漏率的控制尤為關(guān)鍵，其不僅關(guān)乎系統(tǒng)的安全運(yùn)行，還影響著能源效率與環(huán)境保護(hù)。因此，確保低泄漏率成為衡量焊接質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)的一項(xiàng)硬性要求。泄漏率的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)通常涉及在給定的壓力差下，通過特定測(cè)試方法（如氦質(zhì)譜檢漏、氣泡測(cè)試等）測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)通過焊縫的氣體體積。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，泄漏率合格閾值常設(shè)定為低于某一特定百分比，超出此限則認(rèn)為焊接接頭密封不嚴(yán)，存在質(zhì)量問題。焊接缺陷與泄漏率之間存在直接關(guān)聯(lián)。典型的焊接缺陷（如未熔合、氣孔、裂紋等）是造成泄漏率增加的主要原因。未熔合意味著母材與填充金屬之間或焊道層間未能完全融合，形成微小縫隙，為氣體滲透提供了通道。氣孔則是焊接過程中熔池內(nèi)氣體未完全逸出，在冷卻凝固后形成的空洞，大幅增加了泄漏的可能性。此外，裂紋的存在更是直接破壞了材料的連續(xù)性，顯著降低了焊接結(jié)構(gòu)的整體密封性能。

3.2 火焰參數(shù)控制對(duì)泄漏率的影響

在火焰自動(dòng)焊接中，精確的火焰參數(shù)控制是確保焊接接頭密封性、減少泄漏率的關(guān)鍵。這一環(huán)節(jié)通過精細(xì)調(diào)節(jié)燃料氣體流量與O2 比例，以及焊接速度，提高焊接質(zhì)量。當(dāng)燃燒條件得到優(yōu)化，不僅能夠促進(jìn)熔池的均勻形成，減少未熔合和氣孔等缺陷，還能增強(qiáng)焊縫的致密性，從而有效阻止氣體滲透，降低泄漏風(fēng)險(xiǎn)。以不銹鋼管道焊接為例，針對(duì)不同壁厚與材料特性，火焰參數(shù)的優(yōu)化設(shè)定展現(xiàn)出其對(duì)泄漏率的直接影響。在焊接較薄壁不銹鋼管（如壁厚2 mm）時(shí)，采用較低的O2 比例（約1 ∶ 3 的O2 與丙烷比）和適中的焊接速度（約25 cm/min），可以減少熱影響區(qū)，避免材料過熱導(dǎo)致的變形或裂紋，同時(shí)確保焊縫的充分熔合，有效控制泄漏率。而面對(duì)更厚壁材料（如壁厚10 mm）的焊接挑戰(zhàn)，適當(dāng)提高O2 比例，并降低焊接速度至，可增加熱輸入，確保深層材料的充分熔化和良好結(jié)合，同時(shí)利用更大的火焰能量穿透較厚材料，達(dá)成更深更寬的焊縫，增強(qiáng)密封性。實(shí)例分析揭示，通過科學(xué)設(shè)定火焰參數(shù)，針對(duì)不同工況下的材料與厚度實(shí)施個(gè)性化焊接策略，能夠顯著改善焊接質(zhì)量，減少潛在的泄漏通道。例如，在一項(xiàng)對(duì)鋁合金板材焊接的研究中，通過動(dòng)態(tài)調(diào)整O2 與乙炔的比例，并結(jié)合適宜的焊接速度，成功將泄漏率從初始的0.35% 降低至低于0.1%，證明了精確火焰參數(shù)控制在提升焊接密封性方面的顯著成效。

3.3 焊接軌跡與姿態(tài)控制對(duì)泄漏率的影響

在火焰自動(dòng)焊接過程中，焊接軌跡與姿態(tài)控制對(duì)確保焊縫質(zhì)量、減少泄漏率具有不可忽視的作用。其通過高度精確的軌跡規(guī)劃與執(zhí)行，以及動(dòng)態(tài)的焊槍姿態(tài)調(diào)整，不僅促進(jìn)了熔深的均勻性與焊縫形態(tài)的一致性，還有效避免了焊接應(yīng)力集中，從根本上降低了泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。精準(zhǔn)的軌跡控制是實(shí)現(xiàn)均勻熔深的前提，其基于對(duì)工件幾何特征的深入分析，預(yù)先計(jì)算出最優(yōu)的焊接路徑，確保焊接熱源沿焊縫均勻分布，每個(gè)點(diǎn)的熱輸入得到合理控制。這有助于形成均勻的熔池，避免因局部過熱造成的組織變化或焊縫不連續(xù)，從而減少因熔深不均引發(fā)的縫隙和潛在泄漏點(diǎn)。特別是在長直焊縫或多變曲面的焊接中，自動(dòng)化軌跡控制能確保焊接過程的連續(xù)和平滑，每一段焊縫都能達(dá)到相同的熔透深度，提升整體密封性能。焊槍姿態(tài)的適時(shí)調(diào)整是對(duì)復(fù)雜焊接環(huán)境的靈活應(yīng)對(duì)。在實(shí)際操作中，工件表面的不平整或焊縫形狀的突變均可能引起焊接應(yīng)力集中，導(dǎo)致焊縫脆弱或開裂，成為泄漏的隱患。通過集成的傳感器與先進(jìn)的反饋控制系統(tǒng)，焊槍能自動(dòng)調(diào)節(jié)其與工件的距離和角度，維持最佳的焊接視角和適宜的焊接距離。這種動(dòng)態(tài)調(diào)整有效緩解了局部過熱，減少了熱應(yīng)力積累，防止了焊縫區(qū)域的微觀裂紋形成，確保了焊接結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和密閉性。特別是在厚板對(duì)接、箱型結(jié)構(gòu)焊接等高難度作業(yè)中，姿態(tài)控制顯著降低了由于應(yīng)力集中引起的焊縫缺陷，從而減少了泄漏的可能性。

3.4 智能火控技術(shù)對(duì)泄漏率的優(yōu)化效果

智能火控技術(shù)的引入，為火焰自動(dòng)焊接過程帶來了革命性的改變，顯著優(yōu)化了焊接質(zhì)量，尤其是對(duì)泄漏率的控制達(dá)到了前所未有的水平。這一技術(shù)的核心在于利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)焊接火候進(jìn)行智能化控制，以及構(gòu)建高效的預(yù)警系統(tǒng)以識(shí)別并提前干預(yù)焊接異常，共同構(gòu)成了預(yù)防泄漏問題的強(qiáng)大屏障。機(jī)器學(xué)習(xí)算法在火候控制中的應(yīng)用，標(biāo)志著焊接過程控制從傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法則向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變。算法通過分析大量焊接過程數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)不同材料、厚度、速度下的最佳火焰參數(shù)配置，實(shí)現(xiàn)火候的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。這意味著在焊接進(jìn)行中，系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)測(cè)的焊接狀況，如熔池形態(tài)、溫度變化等，即時(shí)調(diào)整燃料氣體與O2 的供給比例，確?；鹧鎻?qiáng)度與穩(wěn)定性恰到好處，既避免過熱導(dǎo)致的材料損傷，又保證了充分的熔深與焊縫的高質(zhì)量，從而直接減少因焊接缺陷引發(fā)的泄漏風(fēng)險(xiǎn)。預(yù)警系統(tǒng)集成高級(jí)傳感器與復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析模型，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)焊接過程中的細(xì)微異常，如溫度異常波動(dòng)、氣體流量偏離設(shè)定值等，一旦發(fā)現(xiàn)潛在問題，立即觸發(fā)預(yù)警信號(hào)。

4 結(jié)束語

火焰自動(dòng)焊接技術(shù)在減少泄漏率方面展現(xiàn)出卓越的綜合效果，特別是在焊接參數(shù)的精準(zhǔn)控制、智能火控技術(shù)的應(yīng)用及自動(dòng)化焊接軌跡規(guī)劃方面，實(shí)現(xiàn)了焊接質(zhì)量的顯著提升。自動(dòng)化技術(shù)在焊接領(lǐng)域的引入，不僅提升了焊接作業(yè)的精度和效率，還極大地降低了焊接缺陷的發(fā)生率。未來的研究應(yīng)著眼于進(jìn)一步提升智能化控制水平，開發(fā)更加先進(jìn)的算法和控制系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的焊接任務(wù)，持續(xù)推動(dòng)焊接技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新。

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