摘要：机械加工项目规模越来越大，设备加大的大型化与重型化成为了发展趋势。在机械设备加工过程中厚板焊接工艺最为关键，也是最难的工艺技术之一。在具体的焊接处理过程中，一般超过 10cm 厚的钢板在焊接时会出现较多的问题，其中以焊缝和裂纹比较突出，会严重地影响到机械设备的使用效果，从而导致其无法满足实际的操作要求。因此，在机械设备加工过程中必须要从厚板焊接的影响因素出发，根据相应的施工规范对其进行技术更新，对厚板焊接进行技术升级与完善，有效地解决其在机械设备加工中的问题。
关键词：机械设备加工；厚板焊接；工艺
1 机械设备加工过程中厚板焊接工艺中存在主要问题
机械设备加工过程中的厚板焊接工艺处理时会存在一定的问题，使得机械设备的加工效果无法很好地满足实际工作的需求，进而导致机械设备焊接的整体效果不够良好，严重者甚至会威胁到设备的运行情况与使用寿命。在厚板焊接过程中经常出现的问题主要表现在裂缝与焊缝上。在对机械设备进行厚板焊接时设备焊缝及附近会出现裂纹，这主要是因为在对设备进行焊接时没有对其进行事先的预热，没有保证其焊接前的温度。另外，在机械设备加工过程中受操作规范性的影响，也会出现气孔和夹渣等问题，这主要是因为在进行厚板焊接过程中，设备本身会存在一定的孔隙和夹渣。这些问题的存在严重的影响到了机械设备的加工效果，所以在具体的操作处理过程中要确保焊缝表面不存在焊瘤和裂缝等问题，二级以下焊缝表面不能有气孔、夹渣、裂纹等问题。
2 机械设备加工过程中厚板焊接工艺的实施
2.1 厚板焊接工艺
第一，进行坡口处理。机械设备加工过程中的厚板焊接处理最基础的一步是进行开坡口处理，要根据具体的施工情况适当形成双面 V 型坡口。
第二，在焊接之前要进行清理工作。在进行厚板焊接之前要对设备进行清理，主要清理的是坡口将其两侧40mm左右范围以内的油脂、氧化皮、水分、铁锈等其他杂质。
第三，对焊条进行烘干处理。根据机械加工厚板焊接相关标准的规定，在应用碱性焊条进行焊接之前，必须要对焊条进行烘干处理，烘干温度要求在 300℃以上、430℃以下。加工制造相关的要求是对焊条烘干处理两个小时以上。在对机械设备进行焊接处理的过程中，要将焊条放置在不低于120℃的保温桶内进行保存。
第四，对每一个层间的预热温度进行科学控制。在进行厚板焊接时，在开展具体的焊接工作之前必须要对钢板进行预热处理。此步骤在厚板焊接中是非常重要的加工工序，在预热过程中要保证其符合钢板厚度以及其中的 C 含量。在进行气保焊焊接和碱性焊条焊接时，要确保预热温度达到规定的预热温度及以上，焊接过程中的层间温度要高于预热温度，但不超过230℃；同时还需要科学应用电加热的方式，使预热温度能够保持均匀。在此过程中如果焊接被中断，则需要进行重新的预热处理。
第五，对热输入的焊接参数进行控制。焊条直径在 3.2mm的打底焊在焊接过程中，要保证其电压参数在 21～24V 之间，电流在 92～140A 之间，焊接速度在 150～230mm/min之间。焊条直径在 4.0mm 在焊接过程中，要保证其电压参数在 22～25V 之间，电流在 160～230A 之间，焊接速度在150～260mm/min 之间，直径在 1.2mm 焊丝的二氧化碳气保焊在焊接过程中，要保证其电压参数在 23～27V 之间，电流在 210～280A 之间，焊接速度在 260～360mm/min 之间。
第六，焊接操作。在厚板焊接过程中主要采用的是多层多道焊接的方式。薄焊层窄焊道不可以对立焊部位进行随意摆动。
第七，及时进行 UT 探伤处理。在焊接施工到整体厚度的一半或者 1/4 时，要及时进行 UT 探伤处理，及时发现焊接中存在的问题，及时修理，以保证整体的施工质量。
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第八，焊后消氢处理。在焊接结束之后要进行后预热处理，温度一般控制在 250～300℃之间，时间在 3～4 小时之间。在后预热处理结束之后要在设备上覆盖冷处理的材料，保证其与室内温度相符合。
2.2 焊接残余应力
简单来说焊接残余应力就是热应力，在对热应力进行重叠加入处理之后可变为变应力。在机械设备加工中进行焊接处理时，焊接区域的融化速度要比其他区域高于很多倍，材料在这种情况下会出现受热膨胀的现象。而焊接区域旁边的冷区域受到这方面的影响，就会出现热应力。受热区域问题极度升高之后会境地屈服极限，部分地区会超出局部屈服极限进而产生热压缩，在冷却之后会区域会缩短，这样在以上所述的区域内就会出现一定的残余应力。残余应力并没有经历过荷载，所以其没有接受过荷载构件的应力，也就属于自相平衡的内应力系统范畴，也可以说残余应力自身的荷载面在内力、内力矩、拉力与压力等方面能够达到平衡。
2.3 计算残余应力
在焊接结束之后要对焊接残余应力进行计算，通常情况下采用的是切条法。在机械设备进行表面焊缝加工过程中，要保证其平整性，在焊道上需要张贴上电阻应变片，然后根据切割方式对焊接表面垂直焊缝方向和焊缝方向中存在的应变释放量进行科学的测量。距离试件中心 50mm 范围内对实际的测量范围进行限定，这样才能够获取到垂直焊缝方向和焊缝方向中存在的应变释放量。
第一，温度场值的计算。在厚板焊接时如果输入热不大，那么其残余应力就降低，所以要利用等密度体积热源的方式对焊接热输入进行模拟计算。首先要对焊接截面进行获取，然后对热源截面的形状进行定义，之后根据具备一致单元长度和等体积密度热源长度是 5.25mm，在此基础上进行温度计算。
第二，对焊接残余应力进行计算。计算残余应力是要保证计算过程与虎克定律中的弹性应力变力关系相符合。对热应变用线膨胀系统进行分析，用密塞斯准则对塑性形变进行分析，对高温力学性能进行科学研究，这样才能保证残余应力的计算结果科学无误。同时，还要在此基础上分析退火效应。退火效应主要是针对硬化加工设备材料来讲的，如果材料与退火温度相符合，那么材料硬化加工历史就会丧失，只有冷却降低到退后温度之后才能够对材料进行硬化加工处理。
在焊接处理过程中，如果母材和焊缝金属力学具有相同的性能，在对残余应力进行计算时，就要对焊缝金属的性能给残余应力所造成的影响进行仔细分析，这样才能够保证计算时不出现较高的焊接残余应力。在具体的实施过程中，由于没有添加过多的约束条件，所以对模拟过程中数值的约束也单纯是为了以免出现钢体位移的条件。这主要是由于焊接残余力虽然能够在构件表面上达到自相平衡，但对设备的刚度还是存在一定的影响，进而影响到设备的承载力、条形切割方式等。
3 结语
综上所述，机械设备加工中的厚板焊接工艺是一项复杂的施工过程，其具体的施工难度较大。因此，在焊接过程中必须要对其中存在的多重影响因素进行分析和考虑，并对其中存在的问题进行仔细研究，这样才能够保证焊接的整体效果。在具体的焊接过程中还要从实际价格生产状况出发，对焊接厚钢板的经验进行科学的分析和总结，并在此基础上分析焊接技术和残余应力的影响，为日后大型机械设备的焊接研究提供参考和保证。
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论文作者:康卫朋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/1
标签：厚板论文; 应力论文; 残余论文; 过程中论文; 机械设备论文; 加工论文; 焊条论文; 《基层建设》2019年第11期论文;