铆焊件制作时焊接工艺与焊接温度的控制策略

摘要：随着经济的快速发展，各行各业的机械化程度不断提高，工程机械和机械产品的制作业务量大增，对铆焊技术需求及质量要求也不断提高。经过多年的发展，生产技术的革新、智能化生产线的应用。我国铆焊的关键技术已经逐渐成熟，焊接产品的质量管理逐步走上规范化、标准化道路。温度控制是铆焊制件质量的关键因素。基于此，本文将对影响铆焊件制作焊接温度的因素进行分析，提出控制好温度的对应措施，为铆焊件制作温度控制提供参考。

关键词：铆焊件；焊接温度；控制

在通常情况下，铆焊包括铆工、焊工、车工及钳工等几个工种，并在机械产品制作中得到广泛应用。其主要是按照设计图纸与制作要求，采用合适的工艺、工具，以及原材料制作各类型材、板材的特定产品，在我国很多领域中发挥着重要的作用。在实际作业过程中，要想确保铆焊件质量，不但要做好工艺的选择，还要对焊接温度予以充分关注，这样才能将铆焊的作用充分发挥。

一、铆焊基本知识概述

（一）铆焊的定义

铆焊是在不改变各类金属板材、管材等材料断面的情况下，对这些材料加工，形成各种金属结构制品的一种综合型工艺。铆焊在加工过程中必须使电气焊工、气割工、磨工等工艺相互配合，才能生产出相应的金属结构制品。铆焊是电焊的一种焊接方式，主要应用于机械维修、航空航天、桥梁、船舶和石油化工等行业机械产品制作中。一般用于焊接较厚的金属，它通过高温将振动的焊头压制物品的突起处，使两种金属的连接部位熔在一起。

（二）铆焊件温度控制的热力学分析

1.焊接传热的基本形式

在焊接的特定条件下，热量以对流和辐射为主要形式将热量传递到焊件中，焊件获得热能量后，再以传导的方式将热能量进行传递。焊接时，热源将热量逐步传递至焊件后，在热传递过程中，离热源近的地方获得的热量较多，离热源远的地方获得的热量相对较少，焊件不同的部分受热情况不同，导致焊件温度出现差别。简单来说，热传递就是焊件及其内部和四周介质出现热量传导的过程。

2.焊接接触分类

铆焊件焊接作业中通常接触区域为焊缝、热熔和影响区。焊缝是指在热传递的作用下，材料受热后，金属以液态的形式表现，待液态金属结晶后，会以柱状形态呈现，同时和焊接熔池壁呈90°，最后在熔池里汇集并变成固态结晶；热熔区是焊缝和母材相连的过渡区。热熔区的温度要求维持在固态母材温度和液态焊接金属温度之间。这一区域的材料晶状颗粒较粗，化学成分并不均匀，成型后为过热组织。而熔合线为液态金属和固态母材二者相连处一条处于半熔化形态的交界线。热影响区指的是材料切割及焊接作业中尚未熔化状态下，焊件由于热能而产生机械变化的区域。

二、影响铆焊件焊接温度的因素

（一）焊接的热过程

只有准确掌握焊接受热情况，才能在铆焊件制作过程中，把握好焊件焊接温度。焊接的热过程特点：一是温度极高。焊接作业中受持续加热影响，最高温超过AC3，并达到最高熔合线约1400℃；二是温度上升快。焊接作业中由于热源集中，焊件的温度上升较快，因此加热速度比热处理要快很多，控制与加热时间的控制较困难；三是高温时间短。由于焊接属于热循环，在热传导过程中，焊件与周围介质之间发生热传导，因此，在焊接时，温度保持在AC3高温保持的时间较短；四是多采用自然连续冷却的方式。在自然条件下制作焊件时，非特殊情况下会采用连续冷却的方式，使焊件成型。在特殊情况下，需要采取保温处理或其他工艺手段使制件成型。

（二）铆焊接触类型及时间的影响

铆焊制件的生产过程实际是热传递的过程，焊接接触有焊缝、热熔区和影响区三个部分，但在热量传导过程温度分布是不均匀的，这三部分所承受的热量不同，且时间越长温度会随之下降。因此，在焊接过程进行温度控制需要焊接人员充分考虑热量的流失问题，尽可能使热量分布均匀，使铆焊件各部位相互连接，减小焊缝，保证制件的质量。

（三）铆焊制作的焊接缺陷

常见的焊接缺陷可分为内部缺陷和外部缺陷两种。其中，内部缺陷主要出现在熔合区域，如出现未熔合和焊透、气孔、夹渣、裂缝等情况。这些缺陷通常比较隐蔽，用肉眼无法检查出来，需要通过破坏性的试验或者无损检验法才能够发现。外部缺陷是指裂纹、焊瘤、弧坑、咬边或表面气孔等可以用肉眼检查或使用简单工具可以发现的问题。

（四）温控原因

铆焊焊接是一项比较很复杂和细致的工艺，任何一个细小的失误都有可能造成焊件制作失败。从温度控制角度分析，导致铆焊件出现缺陷的主要原因有：一是生产人员质量控制意识薄弱，没有充分认识到温度控制对产品质量的影响，在生产过程中，没有按照规定的流程进行焊接，焊接时对温度的控制不到位，影响铆焊制件的质量；二是在焊接前没有按照要求，严格清除工件焊口及焊丝表面的氧化膜、水锈、油污等污渍，导致焊接温度传递不均匀，降低传热效率，甚至导致焊件制作失败；三是生产材料自身质量问题。例如，二氧化碳不纯净，焊机或者其他焊接器材不符合质量标准，加热芯的加热速率不高，升温速度慢或温度不够，从而影响焊接效果；四是温度控制不到位。如果焊接人员对加热时间和温度掌握不好，过高的温度或者过长时间不仅会破坏内部结构，造成晶粒过大，降低导热的质量，还会破坏焊点的氧化保护层，焊点老化的速度也会比标准的焊点更快，使产品的整体寿命折损；五是生产环境不达标，如焊件制作对温度控制的要求较高，如果忽视室内温度的影响，导致温度过高，即使有再严格的焊接流程，环境因素的影响会导致焊件产生缺陷。

三、加强焊接温度控制的措施及对策

通过以上分析可以看出，温度决定了铆焊件的金属晶粒的熔化和成长情况，温度控制质量是决定铆焊制件质量最关键的因素。因此，铆焊制件生产要做好温度控制，可以从以下几方面着手。

（一）做好焊接准备工作

高质量的铆焊件制作依赖于焊接与加工工作。因此，焊接人员需要充分重视焊接的准备工作。一般情况下，焊接的准备工作包括：一是焊前清理，为保证焊接质量，及时消除和清理焊缝坡口附近和焊丝表面的氧化物、铁锈、水分、油污等，必要时对焊接材料进行除湿或预热处理，坡口和焊件表面要保持清理干净，使其露出金属光泽，确保实现既定温度；二是要采用热切割的方式对坡口进行处理，防止母材边缘形成淬硬层，防止冷加工出现材料开裂的情况，保证金属的热传递；三是对于不锈钢、钛和钛合金等一些金属，热影响区和背面需要有氩气保护才能获得优良的质量焊缝。因此，应根据管状母线的空间位置、工件规格、形状等，制作相应的防护罩、管内气室等，并根据实际情况采取措施。四是部分焊接需要在室内操作完成，气体保护性焊接技术，因此在焊接前要求焊接人员能够落实相关准备工作，先将焊接器件表面的油漆、氧化皮等杂质清理干净，并且对所要使用的焊接材料实施相应的可焊性试验工作，保证该类材料与焊接工艺要求相符后方可实施焊接作业。

（二）规范焊接方法

首先，焊接温度的大小受到电弧燃烧时间长短的影响，因此，焊接人员要根据焊条燃弧、熄弧后，焊接熔池温度高低及焊接熔池降温时所需要的时间判断焊条间断焊接的熄弧时间，以提高对温度的控制能力，保证熔池温度适宜。在实际操作时，当焊条燃弧、熄弧后，焊接熔池温度偏高，熔孔较大时，焊接熔池的降温速度会较慢，降温所需的时间较长，可减少电弧燃烧时间，使熔池温度降低。这时熔孔变小，内部成形高度适中，避免管子内部焊缝超高或产生焊瘤。在起弧前，务必开展试验工作，并于高度板处对电流强度实施调节，检测温度。焊接完毕后焊接人员还要做好热处理工作，避免操作失误影响焊接质量。

其次，与一般浇注钢水的温度相比，熔池中金属液体的温度高很多，过渡熔滴的平均温度约在2300℃左右，熔池平均温度在1700℃左右，最高可达2900℃，致使熔池中的金属液体处于过热状态。焊接熔池温度的控制不好，容易出现经常出现焊瘤、烧穿、未焊透，内凹、夹渣等缺陷。焊接实际操作时，可采用锯齿形运条，并且用摆动的幅度，在坡口两侧的停顿，可以有效控制熔池的温度，使熔孔大小基本一致，避免坡口根部形成焊瘤和烧穿的情况，同时避免未焊透现象的出现。

最后，还要注意控制好焊接夹角，当焊条与焊接方向的夹角呈90°时，电弧集中，熔池温度高；夹角变小，电弧分散，熔池温度较低。因此，在实际焊接时，焊接人员根据实际情况选取合适的焊接角度，使熔池温度保持在合适的位置，并通过在高度板等测试板上进行温度与电流测试，精准控制电路及温度，保证焊接过程中的平整，提高铆焊件的质量。

（三）做好焊缝质量的检验工作

铆焊件在制作过程中受许多因素影响，存在焊缝等各类缺陷。焊接质量不仅影响焊接产品的使用性能和寿命，还可能造成资源浪费，更重要的是影响人身安全和财产安全。如果焊缝不符合标准，可以对焊缝进行补焊，以弥补缺陷，但如果是掘进机等机械，一旦出现较为严重的缺陷，只能做报废处理，不允许进行二次修补。

因此，焊接人员要做好焊缝的质量检验工作，保证焊接质量。铆焊件的质量检验工作主要包括两大类：第一类，焊接人员用肉眼或放大镜对铆焊件的尺寸、形状、表面气孔、咬边、烧穿、是否焊透、焊缝外形尺寸等焊件的外部进行检验；第二类，采用气压、灌水、煤油试验等对锅炉、管道等容器或压力容器焊件的气密性进行检验。对于无法用肉眼观察焊件的细小缺陷及内部缺陷进行无损检测，无损检测是发现安全隐患直接且有效的方法，通常采用渗透检查、磁粉检查、射线检查和超声检查四种方式。渗透检查利用带有荧光染料或红色染料渗透剂能够渗透到焊件缝隙中的原理，检查焊件的缝隙；磁粉检查是将焊件在强磁场中磁化，根据焊缝表面的缺陷处产生漏磁而吸住磁性氧化铁粉的地方能判断缺陷的位置和大小；射线检查有X射线和Y射线检查两种方式，其原理是当射线照射焊件，透过焊缝缺陷处的射线衰减程度较小，呈现在焊缝背面的底片上感光较强，通过缺陷部位显示出黑色斑点或条纹进而判断缺陷的大小；超声波检查利用超声波能在金属焊件中的两种介质界面时，会发生反射和折射的原理检验焊缝内部缺陷。

四、铆焊件焊接工艺中所需注意事项

在铆焊件焊接过程中，焊接人员能够采取电热加热等电热装置达到控制焊接温度的目的。在装置电热加热带过程中，要注意不要损坏到防腐层，同时确保不会影响到焊接施焊角度，通常可在焊口坡口两侧约5cm部位装置电热带。不过，值得注意的是，做好电加热带开关插口的隔热工作，防止其损坏到防腐层。在通常情况下电加热带的外部材料都使用铝合金材料，在焊接环节，若不采取有效的隔热措施，就极易会损害到电加热带的内部结构，引发漏电，所以需要安装漏电保护系统，防止安全事故的发生。在对层间温度实施管控过程中，要做好工艺中心的控制，以充分衔接焊接各道工序。在实施焊接的过程中，待焊件彻底冷却，需要立即停止这一阶段的焊接作业，并开展下一道焊接工序，有效缩短加热时长，提升铆焊件的焊接效率。如果在焊接过程中部分区域温度偏低，就需要做好辅助加热工作，确保焊接温度。在起弧时需要开展试验，以更好地进行高度板电流强度的调节，做好焊接温度的检测工作。焊接结束后需要进行相应的热处理工作，确保铆焊件质量达标。

五、铆焊焊接的前景

近几年，随着国内机械、电力、船舶海洋、汽车、航空、建筑等行业的发展，焊接就业前景已经非常广阔，加之国外焊接企业在我国设厂，对我国的民族产业构成较大的冲击。这对于我国焊接企业而言，既是机遇，也是挑战，为了生存和发展，未来我国焊接行业需朝着高效、自动化、智能型、节能、环保型方向发展，以保证焊接产业整体进入国际市场。因此，铆焊焊接的前景非常广阔。

六、结语

总而言之，制作铆焊件的过程，对温度的要求较高，要求焊接人员熟练掌握铆焊的基础知识，了解影响铆焊件焊接温度的因素，并在实际作业过程中控制制作温度，结合热力学原理，焊接人员要熟练掌握铆焊件的加热原理与特点，通过对加热时间、熔池温度、电加热带等方式有效管控焊接温度，落实好焊接前期准备工作，做好焊接角度的管控、明确焊接工艺相关注意事项，为铆焊件质量的提高提供保证。

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作者简介：徐秀娟（1983），女，山东省济宁市人，本科，工程师，研究方向为机械制修专业、工程机械制图。