如何提高柴油机焊接件焊接质量

张德平 张杰 张健健 李艳华 魏娟

中国船舶重工集团柴油机有限公司 山东青岛 266520

在现代制造业中，焊接技术作为重要的加工手段。随着高级制造技术的提高，焊接作业的自动化和智能自动化相应地提高。焊接件在柴油机分类为下列几种：①本体类型：例如机座、机架、扫气箱、排烟管、连接支承等。②管道类型：如所有油管、水管、气体管道等。③罩壳类：如齿轮箱罩壳、等。④油底壳等。上述焊接件一般采用厚度大于6mm的低碳钢。随着焊接技术的发展，上述大多数焊接部分目前都采用二氧化碳气体保护焊接。二氧化碳气体保护焊有以下优点：焊接速度快，范围广，低碳钢、高强度钢和普通铸铁的任意焊接，熔深大，焊接质量好，焊接中氢含量低，强度好，因此它被越来越广泛地使用。

1 如何提高CO2气体保护焊的焊接质量

CO2气体保护焊具有上述优点。但其固有缺陷包括成形不良、焊接飞溅、造成了焊缝清理困难以及零件表面质量差。此外，抗风性较低，焊缝容易产生气孔。运条不良很容易导致熔深浅，焊接强度较低。柴油机的大多数焊接件都是外露件。提高焊接质量尤为重要，尤其是外观质量。一般来说，焊接质量提高应从设备、焊接工艺、焊接材料等开始[1]。

1.1 焊接设备

CO2焊机经历了几个阶段，如抽头硅、晶闸管、IGBT管式换向和全数字逆变焊机。数字式逆变焊机控制着各个焊接点向结合熔池的过渡，从而改善了焊缝成形，电弧稳定减少了飞溅。这种焊机的费用大约是普通焊机费用的10倍。

1.2 焊接工艺

使用20%(Ar)+80%(CO2)混合物的焊接工艺需要添加气体分配器。氩气价格较高(约53美元/瓶，CO2约17美元/瓶)导致生产成本较高。同时，对焊机操作的技术要求也较高。该方法改进了焊接成形状态，减少了飞溅。

1.3 焊接材料

极低碳焊接，目前正在测试；采用药芯焊丝，是解决CO2气体保护焊成形差和大量飞溅的好方法。使用药芯焊丝时，电弧稳定，焊接成形美观，飞溅少，适合全位置焊接；气相和渣相双重保护，气孔少，强度优于实心焊丝焊接；熔体速度快，沉积效率高，生产效率比焊条电弧焊高3-5倍，药芯组成可调，适应各种钢的焊接，满足焊接质量要求。

2 影响柴油机焊接件焊接质量的因素

2.1 焊缝应力和应变

焊接加热过程不均匀，在焊接后会产生应力和应变。焊接残余应力可能会导致焊接构件中出现不同程度的裂纹，降低支撑结构的强度，并且在结构接触腐蚀环境时容易产生应力腐蚀和应力腐蚀中的裂纹。柴油机零件存在焊接残余应力可能会影响装配精度、柴油机的外观质量以及焊接零件的寿命。

2.2 焊接工艺和方法

目前柴油机焊接施工工艺主要使用气体保护焊，最常用的焊接方法包括：二氧化碳气体保护焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、手工电弧焊和火焰钎焊。CO2气体保护焊具有以下优点：焊接速度快、焊接范围广、操作性好、抗裂性好、热变形小。但是CO2气体焊接的固有缺陷包括成形差、焊接熔渣清理困难以及零件表面质量差。此外，抗风性较低，焊缝容易出现气孔。如果无损检测和进行表面处理时没有发现内部或表面的缺陷，焊接强度会降低，这会对柴油机焊接件的强度及外观造成影响[2]。

2.3 焊接技术水平

焊接技术水平直接影响焊接质量。焊接人员能力资质、焊接设备技术水平、焊接工艺符合性等因素直接影响焊接质量。柴油机质量好的焊缝坚固可靠，形状美观，没有气孔、咬边、渣等焊接缺陷，焊接技术水平对焊接质量起着决定性的作用。

3 提高柴油机焊接件焊接质量的措施

3.1 控制焊接的剩余应力和变形

降低焊接残余应力的措施：首先，使用合理的焊接顺序和方向。第一种方法是在焊接过程中尽量自由收缩。如果某些结构件是刚性的，为了减少焊接变形，则必须在焊接后进行去应力退火。先焊接大收缩焊缝，长焊缝采用分段对称退焊法。第二，锤击法。每次焊接后，焊接金属都会使用小锤子快速均匀地敲击，以形成横向宽度，从而减小焊接应力和焊接变形。

控制焊接件变形的措施：柴油机焊接施焊过程中，需要控制机座、机架等焊接件的变形。除了合理选择焊缝的尺寸和形状外，合理安排焊缝在设计中的位置、使用刚性紧固方法、防变形方法、合理选择焊缝顺序和方向、符合要求的焊接参数等技术措施也可以减少焊缝变形，提高焊缝质量。

3.2 合理选择焊接方法和工艺参数

首先选择焊接方法。选择焊接方法根据以下方面：焊接材料、焊缝的结构特征、产品焊接质量要求。目前，我们的主要焊接方法是二氧化碳气体保护焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、手工电弧焊和火焰钎焊等。CO2气体保护焊具有生产力高、成本低、焊接质量好、焊缝变形小等优点。主要用于焊接机座、机架、排气管、油底壳等长焊缝。埋弧焊焊缝成形美观、隔强光和烟尘、焊接质量稳定焊接速度快等优点，适用于机座、机架单片的易于进行翻转的长焊缝，容易获得高质量焊缝。钨极氩弧焊电弧加热集中、热影响区小、可焊的焊材范围广、电弧稳定，飞溅少，成形美观，适用于缸盖堆焊和加工件的修补。手工电弧焊接具有灵活性、方便性、适应性、设备简单等优点，特别是对于短焊缝。主要用于焊接进出口管道、法兰、接头等短焊缝。软钎焊具有较小的变形和良好的外观，可以连接到不同的金属，主要用于铜管焊接。第二，确定工艺参数。目前广泛使用CO2气体保护焊接并在CO2气体保护焊接实例中介绍了工艺参数的确定原则。CO2气体保护焊的焊接工艺参数包括焊丝直径、焊接电流、电弧电压、送丝速度等。这些参数会对熔接过程的稳定性、品质和生产力产生不同的影响。参数是相互关联的，因此必须适当配合才能取得令人满意的结果[3]。

4 结语

制造柴油机是离不开焊接技术，柴油机制造商注重产品质量从而在激烈竞争的市场上发挥竞争优势。焊接质量取决于柴油机的经济性、可用性和美观。参与制造柴油机制造的焊接工程师和生产人员应了解影响柴油机焊接质量的因素，以及制定提高焊接质量的措施，以便使焊接件符合经济、可靠和美观的要求，从而提高柴油机的质量。