焊接技术在农业机械中的应用与探讨

陆平平

（宜兴高等职业技术学校，江苏 无锡 214206）

焊接技术是工业技术中极为重要的技术之一，随着我国农业机械生产规模的扩大，该技术在农业机械生产以及农业机械使用维修方面的应用越来越广泛。目前，农业机械焊接技术常见问题主要涉及技术人员本身技术不良、农机材质以及焊材不匹配等问题。实践证明，以创新焊接技术为抓手，以改进农机材质为保障，有利于确保焊接技术在农业机械当中得到广泛应用。

1 焊接技术概述

焊接就是通过各种手段将金属端面熔化，从而将两个或者多个分散的主体的原子结合而形成一个整体[1]。我国的焊接技术主要分为两个发展阶段：第一阶段是20 世纪80 年代之前，当时以手提焊机、氩弧焊机、二氧化碳气体保护焊为主要设备，它们可以代替机械当中螺纹对接、铆接、锻造、铸造等方式，起到了很好的降本增效作用；第二阶段是20 世纪80 年代后，从发达国家引进的成套的焊接设备，其中以自动焊接、焊接机器人等为具体代表。如今的数字化焊接便是以自动焊接、焊接机器人为基础形成的更高水平的焊接技术。目前，数字化焊接技术在我国轿车生产、机械生产中已日益普及。

2 农业机械中焊接技术应用的重要性

葛勇等[2]在《新疆农机智能焊接制造业现状》中指出，新疆属于农业大省，也是农业机械制造大省，但是因为焊接操作当中仍然使用传统工艺的缘故，导致农业机械外形粗糙，在一定程度上影响到了农机的灵敏度以及驾驶者的使用感受。不仅新疆如此，放眼我国农业机械生产制造，焊接技术都有待进一步改革提高。这也从另外一个角度证明了焊接技术在农业机械当中具有不可代替的作用。总体而言，焊接技术在农业机械领域应用的重要性体现在以下几个方面。

1）提高材料的使用效率。在农业机械生产制造过程中，会有一定量的边角余料产生，这些边角余料对于生产企业而言也是成本组成之一。融入焊接技术之后，可以将边角余料加工成为农机设备的某个组成，减少了材料浪费。对于企业来说，等同于增加了效益。

2）提高农业机械质量。对于一些需要加固之处，通过焊接手段可以加大两个连接件的接触面积，增加整个设备的稳定性。机械设备在之后运行当中，即便是发生较大的震动也不会出现脱落等问题，提高了设备的安全水平。

3）修复破损机械，避免浪费。农业机械在使用过程中一些部位发生了磨损、破坏，导致设备使用性能下降，通过焊接技术来修复便可以延长该设备的使用寿命，在一定程度上避免了浪费现象。

4）提高生产效率。先进的焊接技术应用到农业机械生产当中，能够提升生产速度，为我国农业机械普及率的增长作出贡献。

3 农业机械焊接技术常见问题

我国农业机械使用范围越来越大，因为使用环境、使用方法的影响，很多机械会出现一些破损，要经常用到焊接技术对这类器械进行修复。总的来说，大型设备结构件维修、液压管件维修、轴类零件堆焊是最常见的焊接工作内容[3]。农业机械焊接技术最常见的问题就是焊接出现咬边、焊瘤、塌陷、气孔、裂纹、烧穿、工件变形等现象。分析这些问题的原因是提升农业机械焊接技术的根本前提。

1）技术人员的技术掌握不足。在农业机械生产中，一些焊接操作时，技术人员经验不足，焊接手法不细致、不均匀，不能很好地掌握焊接热度（一般都是焊接电流过大导致的热度过高）导致的咬边[4]、焊接时间长导致的烧穿、焊接时没有很好清洁焊接部位而导致的焊接不牢等问题。在平焊、立焊的过程中，由于没有掌握好电流强度，而且焊接时长过长，熔池温度升高，熔池体积加大，变成液态的金属在重力作用下下坠而形成焊瘤。

2）材料问题。没有根据母材选择正确的焊接材料，会导致焊接质量下降[5]。母材当中硫含量高会导致热裂纹。当然，若是焊接材料（又称填充材料）当中硫含量超标，也会导致热裂纹现象。另外，焊接母材质地不均匀，造成受热不均匀，焊接后会发生工件变形这一现象。这里母材的选用就与农业机械研发、生产有关。

3）工作环境影响。工作环境过于寒冷或者过于潮湿都会对焊接结构形成影响。例如，在潮湿环境下焊接，焊材受潮会导致焊缝当中出现气孔。

4 提高农业机械焊接技术的对策

4.1 培养技能全面的焊接人才

1）多元主体培养焊接人才。在焊接人才培养方面，我国存在多元主体，主要包括中职技术类学校、以焊接业务为主要内容的社会企业。中职技术类学校在教学当中，必须以校企合作形式来培养人才，让学生在真正的劳动环境下学习技术，真正地跟企业师傅学习焊接技巧，以实现理论和实践结合，提高焊接人才质量。以焊接业务为主要内容的企业在人才培养当中，必须抓住考核关，在选用焊接技术人员时，必须首先考查他们的技术水平，需要优中选优，才能组建一支技术过硬的队伍。当然，需要按照绩效考核对接奖惩，才能让焊接技术人员提高工作质量。

2）积极学习先进焊接工艺。农业机械制造当中，电阻焊接能提升农业机械焊件的焊接质量。王明、王秀平在《农业机械设计制造工艺及精密加工技术探析》当中指出，在实际工作中很难保证电流控制的稳定性，或者是焊接工作受环境影响较为明显，大部分农业机械生产制造当中焊接都是不尽如人意的。为了提高农业机械质量，必须重视焊接环节。目前，有一种焊机其不用区分焊接正负极，接通电流便可以进行焊接工作[6]。该种焊接便是电阻焊接，焊接过程中电阻会持续生热，当热到一定程度后便可以将金属熔化并实现焊接目的。电阻焊接具有稳定特点，适用于农业机械的精细化生产。

4.2 常见问题处理对策

1）咬边的对策。除电流过大导致咬边之外，焊接角度不合理也会导致咬边。所以，应对咬边就从焊接电流控制入手，同时要找对焊接角度。一般焊接电流选择要根据焊条类型、母材情况、接头类型、焊缝位置、焊道层数等综合确定。一般行业内公认的电流调整公式为：I=K×d，其中，K为经验系数，d为焊条直径，焊条直径与经验系数如表1所示。

表1 焊条直径与经验系数表

在电焊之前，寻找与焊件类似的材料尝试运焊角度，直到找到正确角度再加以焊接。经过长期训练后，必然会形成自己独有防止咬边的办法。这说明在焊接当中，焊接人员技术水平对焊接结果影响是十分明显的，这也是农机生产厂家要培养专业焊接人员的原因。

2）焊瘤的对策。焊瘤成因同样与电焊电流大小、母材材质有关，所以它的预防措施和咬边类似。在具体操作中还要时刻观察，若是发现熔池出现鼓胀，要轻微摆动焊件，避免出现焊瘤。焊接坡口立焊接头或者加强焊缝时，要选择3.2 mm 焊条，同时适当减小电流。减小电流便意味着降低热度，从而有效降低熔池温度，避免熔池过快鼓胀。

3）裂纹的对策。焊接裂纹会给机械设备后期使用带来隐性安全问题。例如，农机的重要承重部件若是存在焊接裂纹，就会在重载时出现破裂，会造成不可预想的后果。经过多年总结发现，该种现象是焊接时焊接部位和未焊接部位存在热膨胀和冷收缩应力的缘故。同时，与母材含有过量的锰、碳也有关。在应对上，首选低氢焊条，同时要注意焊接顺序。在焊接之后可以进行热处理，也可以预热母材，焊接后缓慢冷却，这样可以避免快速热、快速冷形成的过高温差所致的裂纹。

4）烧穿的对策。这一点的防治比较简单，主要是注意电流、焊接时长。在焊接前充分了解母材，若是母材较薄，则需要调节焊接角度，要将角度控制在35°，加上控制电流大小和焊接时间，可以很好地避免烧穿问题的发生。

5）工件变形的对策。产生工件变形的原因除了母材材质不佳之外，还与焊接部件本身刚度与相邻部件的内应力有关，如果在焊接时没有有效消除这些内应力，就会导致焊接部件在内应力拉扯下变形[7]。所以在焊接时，要充分考虑到焊件和周围部件的关系，要尽可能考虑到内部应力。在应对上，目前有机械法、热力法、先破后立法。机械法是焊接时对焊缝进行敲打，一般要求焊缝温度保持在800 ℃~900 ℃，敲打力度随着焊缝温度降低而减小。热力法是将焊接部件放在200 ℃~500 ℃环境下加温，目的是防止焊接时瞬间高温、焊接后瞬间冷却导致的焊接部位与未焊接部位的温差，从而防止变形。先破后立法指的是在焊接部位开槽，开槽深度不得穿透焊件，然后进行焊接，这样可以避免焊接部位与周围区域形成应力，进而避免产生裂纹和变形。

6）农业机械焊接技术的基本流程。一般可以分为焊前准备、划线与放样、下料和边缘加工。焊前准备主要是采用除锈技术等对焊件进行处理，或者充分研究钢材类型，这样可以选择正确的焊头。放样划线方面主要有实体放样、光学放样，需要根据具体情况选择。下料环节一般选择手工下料，下料前需要认真确认尺寸，避免浪费[8]。

5 农业机械未来焊接技术展望

5.1 ABB机器人

李宁在《农业机械用S355 钢的焊接工艺优化方案探究》当中，认为传统S355 钢的焊接因为焊接技术影响会有更多的填充材料进入到零件之间，这样会导致焊缝受到应力影响而出现断裂问题。这是源于焊接时热影响区会发生结构变化，并不是简单的因为接头不当而造成的这种变化，这对焊接人员提出了挑战，需要其具有较为丰富的工作经验，而采用ABB机器人可以让传统焊接方案得到优化[9]。目前，ABB机器人技术已经发展40 余年，拥有较为完整的技术体系。但是，将ABB 机器人用于农业机械焊接方面还需要进一步加强技术人才培养，这样才能根据农业机械生产的需求形成更为灵活的程序，满足特殊情况下的焊接工作要求。

5.2 激光焊接的应用

激光焊接具有非接触、高速度、变形小等特点，非常适合应用于连续性和工作量较大的焊接工作当中。目前，随着激光设备不断增多，激光技术不断改进，激光焊接的能力也在不断增强。于帅在《激光切割与焊接在农业机械上的应用》当中指出，采用4 kWCO2激光器焊接1 mm的板材，焊接速度可达到20 m/s。在大型联合收割机的机罩大板拼接当中，便可以使用该技术。在激光焊接当中，穿透焊接、传导焊为常用两种形式。放眼未来，农业机械生产当中激光焊接必然会得到进一步的推广[10]。

6 小结

综上所述，焊接技术在我国拥有较久历史，将其用于农业机械生产、制造、维修当中也有较长的时间，行业内形成了一定经验。农业机械生产加工当中，焊接技术应用常见咬边、焊瘤、裂纹、烧穿、工件变形等问题，这些问题和焊接人员技术水平、母材材料质量、工作环境都有一定关系。故而在防治上从培养专业技术人员入手，同时要正确地选择焊材、明确划线放样等具体的施工程序，以保证焊接技术很好地融入到农业机械生产加工以及维修当中。ABB 焊接机器人、激光焊接等焊接技术的进一步发展，必将为农业机械生产制造及维修提供新动能。