材料成型及焊接控制工艺分析

刘光磊

（青岛工程职业学院 山东 青岛 266112）

1 引言

金属材料焊接对焊接质量有着严格要求，是机械设备的基础焊接工艺。在焊接时出现的各种状况易导致制造出来的金属结构不合格，影响后续机械设备的质量[1-3]。基于此，对材料成型及焊接控制工艺研究，分析材料成型及焊接控制工艺过程中的影响因素。

2 材料成型及焊接控制工艺分析

针对材料成型及焊接控制工艺，从气流保护控制和材料成型控制两方面对其进行分析。

2.1 气流保护控制分析

在金属材料的焊接过程中，拖罩对金属材料的气流保护影响焊缝状态，进而影响接头。气流对金属材料的保护时间过短，金属材料的焊缝还未冷却到要达到的低温，就暴露于空气中，使金属材料焊缝被空气中的气体污染，影响金属材料焊缝的性能。而气流对金属材料的保护时间过长，又会对金属材料的焊接生产效率产生影响，因此，要选择合适的气流保护时间。选择合适的保护时间，可以确保焊缝表面不被过度氧化，使接头具有良好的拉伸性能[4-5]。通过设置不同的保护时间，采用激光热源焊接金属材料，分析不同气流保护时间对焊缝和接头的影响。具体分析过程如下：将激光布置在热源前面，与金属材料垂直，对金属材料照射，通过调节拖罩的保护长度，对拖罩气流保护焊接接头的时间长短作调节，分析不同保护时间下，金属材料焊接接头的抗拉强度。此外，焊接的热度对焊缝的冷却速率会产生一定的影响。焊缝冷却速率越低，则降温过程越慢。比如，采用激光-TIG复合焊接方式焊接金属材料，则利用焊接输入热量确定焊接热度，如公式（1）所示[6]。

在公式（1）中，W代表金属材料焊接输入热量，U代表TIG的电流，I代表TIG的电压，P代表激光功率，1α代表TIG电弧热的效率，2α代表激光的热效率，v代表金属材料的焊接速度。利用公式（1）计算焊接热度，进而控制焊缝的冷却过程[7]。

2.2 材料成型控制分析

金属材料在焊接成型中存在各种缺陷，其影响因素有多种，分别对其作分析。在金属材料焊接过程中，除金属材料外，还存在很多杂质，这些杂质会导致金属材料在焊接过程中出现裂纹、气孔等缺陷[8]。其中，气孔可使金属材料焊缝的承载面积变小，造成焊缝的强度、韧性降低。一般情况下，金属材料焊缝中产生气孔是由于在高温的熔池中，金属溶解了过多的气体，焊接时也会产生一些气体，上述气体在焊缝结晶时来不及逸出，就会在焊缝中形成气孔。因此，在金属材料焊接时，应控制焊接速度，做好焊接现场的环境保护工作，并保护好金属材料，避免金属材料在保存过程中出现腐蚀情况。材料成型中形成的裂纹分为两种，一种为热裂纹，一种为冷裂纹。金属材料在焊接过程出现的裂纹见图1[9]。

图1 焊接裂纹

在对前者的控制过程中，要注意在焊接时减少杂质的产生，严格控制焊接相关参数，提高焊接质量，焊接完成后，要避免外界因素的影响；在对后者的控制过程中，对焊条的选择要严格把控质量，尽量选择氢含量低的材料[10]。此外，在金属材料成型及焊接控制工艺中，还存在未焊透、夹渣等其他问题，要想解决这些问题，进而更好地控制金属材料成型及焊接，则需要恰当选取焊接参数。在金属材料的实际焊接过程中，根据金属材料的实际情况，对焊接参数作相应的调整，通过完善控制程序、优化金属材料的保存方法、控制好焊接速度等措施，提高金属材料的焊接质量[11]。

3 对比实验

3.1 实验过程

以气流保护时间对金属材料焊接接头的影响分析为例，设置焊接实验参数，焊接实验参数设置如下：焊接方式为单TIG和激光-TIG复合焊接方式，气流流量为20 L/min，焊接速度为500 mm/min，激光功率为500 W。利用上述焊接实验参数，分别采用单TIG焊接方式和激光-TIG复合焊接方式对金属材料开展焊接工作，对不同气流保护时间对金属材料焊接接头的拉伸性能作分析[12]。

3.2 结果分析

不同气流保护时间对金属材料焊接接头的拉伸性能实验结果见表1。

表1 气流保护时间对焊接接头的拉伸性能影响

如表1所示，金属材料母材的抗拉强度为1 000 MPa，当无气流保护时，采用单TIG焊接方式焊接时，金属材料焊接接头的抗拉强度为母材的62.3%，采用激光-TIG焊接方式焊接时，金属材料焊接接头的抗拉强度为母材的75.6%[13]；当气流保护时间为2 s时，采用单TIG焊接方式焊接时，金属材料焊接接头的抗拉强度为母材的78.9%，采用激光-TIG焊接方式焊接时，金属材料焊接接头的抗拉强度为母材的84.9%[14]；当气流保护时间为6 s时，采用单TIG焊接方式焊接时，金属材料焊接接头的抗拉强度为母材的81.2%，采用激光-TIG焊接方式焊接时，金属材料焊接接头的抗拉强度为母材的89.6%；当气流保护时间为12 s时，采用单TIG焊接方式焊接时，金属材料焊接接头的抗拉强度为母材的85.6%，采用激光-TIG焊接方式焊接时，金属材料焊接接头的抗拉强度为母材的91.5%；当气流保护时间为20 s时，采用单TIG焊接方式焊接时，金属材料焊接接头的抗拉强度为母材的90.3%，采用激光-TIG焊接方式焊接时，金属材料焊接接头的抗拉强度为母材的89.5%；当气流保护时间为24 s时，采用单TIG焊接方式焊接时，金属材料焊接接头的抗拉强度为母材的87.1%，采用激光-TIG焊接方式焊接时，金属材料焊接接头的抗拉强度为母材的88.2%。通过分析发现，不同气流保护时间条件下，通过两种焊接方式焊接的金属材料焊接接头的抗拉强度不同。采用单TIG焊接方式焊接的接头的最佳气流保护时间为20 s，采用激光-TIG焊接方式焊接的接头的最佳气流保护时间为12 s。此外，还发现利用激光-TIG焊接方式焊接接头的抗拉强度，整体上比单TIG焊接方式焊接接头的抗拉强度更好。

4 结语

通过对材料成型及焊接控制工艺的分析，发现不同的焊接方式及焊接条件对金属材料的焊接质量及成型材料的使用效果都会产生一定的影响。因此，要不断考察不同条件对金属材料焊接及成型控制过程中的影响，确定最佳焊接条件，以保证后续机械设备的使用效果。