浅谈铆焊件制作时焊接温度的控制

【摘 要】铆焊属于电焊，用于焊接厚度较大的金属块件。通过铆焊工艺生产的产品称为铆焊件，它在我国工程机械设计和制造中运用较为广泛，并随着铆焊技术的不断突破趋于精细化。铆焊技术的发展将我国机械设计和制造水平推到一个新的高度，从热力学角度分析，铆焊分为冷铆和热铆两种，前者是通过铆钉连接，而后者是通过高温熔化将金属块件连接在一起。在本文中是以热铆为研究对象，热铆的关键技术在于焊接时的温度控制，是加工试件不可规避的关键问题之一，研究铆焊的温度控制对于提高产品的合格率具有重要意义。笔者试通过阐述与分析铆焊的热力学性质、温度控制对铆焊件的影响及加强温度控制的对策，来研究和论证焊接温度控制的关键作用与意义，希望能引起同行的注意。

【关键词】铆焊件；温度控制；热力学；焊接缺陷

铆焊被大量应用机械产品的制作，它包括钳工、车工、焊工、铆工等工作分类，主要工作就是根据设计方提供的图纸和制作要求，利用优质原料和适用工具，把各种板材、型材制作成符合相关标准的合格产品的过程。铆焊技术被广泛应用于航空航天、桥梁、船舶和石油化工等行业，基本上涉及所有的应用领域。

1 铆焊件温度控制的热力学分析

本文重点从技术角度进行研究，在铆焊件焊接的工作当中，主要是通过加热加压来实现，也可以填加一定的填充材料，从而实现由图纸向产品转化的过程。

1.1 焊接传热的基本形式

热铆工艺伴随着试件升温过程，存在局部受热性，根据热力学原理，热量会在试件内部或是与周围环境发生热传递。一般而言，热传递方式分为三种，即传导、辐射与对流。大量的学者通过实践研究证明：在特定条件下，通过热源传递到焊件上的能量，以对流和辐射为主；焊条和基材获得热能量后，以传导的方式进行传播。所以，在铆焊件的焊接过程中，要充分考虑到焊件整体上的温度分布情况以及随时间的消耗性，这是我们在研究铆焊件温控时不得不思考的问题。

1.2 焊接传热部位分类

在铆焊件的焊接过程中，按接触细节大致可将焊接传热部位分为焊缝、热熔区和影响区三个部分。焊缝指的是依靠母材的热传导作用，金属结晶凝固的方式，使液态金属结晶呈现柱状，其成长方向与焊接熔池壁相垂直，交汇于熔池中呈固态结晶状；熔合区指的是母材与焊缝连接的过渡区域，从微观状态来看，熔合线呈现半熔化状态。在焊接时，所谓的熔合线指的是固态母材与液态焊接金属的线状交界。熔合区的温度介于固液两态相交线的温度之间，该区域晶粒十分粗大，固态组织与化学成分呈现出不均匀分布状态，成型后为过热组织；所谓的热影响区域，在整个切割和焊接的过程当中，材料在未熔化的前提下，因为受热而发生机械性和金相组织变化的部分区域。

2 温度控制对铆焊件的影响

2.1 焊接的热过程

分析焊接的热过程对于研究焊接温度控制具有重要意义。焊接热过程有如下几个特点：①焊接温度高，一般高于AC3水平，在电弧中心区域最高温度可接近1400℃；②升温速度快，热铆温度的传递速度是普通热处理的数百倍以上，此时焊接热源相对集中，焊接效率高；③高温持续时间短，热铆温度上升快，同时消散的速率也很快，超过AC3以上的温度水平仅能够维持在数秒内；④自然连续冷却，热铆加工过程中往往采用自然连续冷却的方式使焊接处自然成型，一般而言，无需采用保温处理或是其他特殊冷却手段。

2.2 铆焊件制作的焊接缺陷

常见的焊接缺陷种类很多，一般分为内部和外部两种。其中内部缺陷主要出现熔合区域，具备一定的隐蔽性，只有通过破坏性的试验或者无损检验法，才能够发现。比如未熔合和焊透、气孔、夹渣、裂缝等；外部缺陷指的是内眼可视或者采用简单工具可以发现的问题。如焊瘤、咬边、弧坑、裂纹或者表面气孔等现象。

2.3 产生铆焊件缺陷的温控原因

热铆加工工艺是个复杂的热处理过程，任何环节的纰漏和技术上的疏忽都会影响试件的合格率。其主要原因是温度控制不到位，具体又分为如下因素：①质量意识不强，技能水平不高，或是没有按照铆焊加工工艺进行操作，导致温度控制不达标；②焊口表面清理不好，没有将表面的水锈或者油渍清理干净，影响焊接温度传递，导致试件加工失败；③生产器材质量问题，主要表现为CO2不纯净和焊机或者其他焊接器材质量不过关，导致升温时间过长或者达不到温度要求，影响焊接效果；④温度控制不良，主要表现为焊接人员对加热时间和温度掌握不好，导致传递时间过长，破坏内部结构；⑤环境要求不达标，主要表现为焊接场所温度过低、风速过大，即使有再严格的焊接流程，也难免在焊件上产生缺陷。

3 加强焊接温度控制的措施及对策

通过以上分析，我们可以看到，温度会影响铆焊件的金属晶粒的熔化和成长过程，这种影响往往体现在型材的相变，我们统称为热影响区域。产生热影响区域，会使相关区域晶粒粗大，焊接质量低，为了避免此类问题的发生，必须要采取相应的对策及办法。

3.1 做好准备工作

充分的准备工作是实现铆焊件成功焊接的必要条件，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，淬硬层往往以其低塑性而造成冷加工的开裂，进行这种处理可以有效的保证金属的热传递；必须要及时消除和清理焊接区域存在污渍问题，比如水分、锈迹、氧化膜及其他污物等，以确保能够实现既定温度，必要时要对焊接材料进行除湿处理，以保证实现应有的技术效果；对于技术要求较高的复杂件或者精密件，在开始加工前，必须要进行缓慢的预热，以防止快速加温而导致的变形和缺陷。

3.2 焊接操作方法

对电弧燃烧的时间控制可以实现对温度的控制，如果熔池温度过高，可以相应减少燃烧时间，降低温度；反之，则升温；在焊接的方法运用上，采取特定的摆幅和坡口两侧的停顿，来控制熔池的问题，使熔孔基本上一致，避免形成焊瘤；在焊接时，必须要高度重视焊接的角度，角度对温度的影响绝对是决定性的，当夹角垂直时，会使电弧相对集中，熔池温度高；反之，则温度低。另外，角度控制在75～90°之间时，可以使背面较为平整，防止和控制接头内凹现象；在起弧时，一定要先进行试验，在引弧板上调整好电流强度，对温度进行检测，合格后再划擦引弧，利用反馈电路加强对温度的控制，避免因升温过高过快而导致的烧伤，最好采取直线运条方式进行焊接；焊接后的热处理过程非常重要，如果处理不当，会导致前功尽弃。进行热处理的主要目的是消除残余应力的影响，改善焊接区域的性能，对焊接区域及就近部位，使用金属相变温度点以下的热量进行均匀加热，而后采用均匀冷却的方式，消除应力和退火。

4 结束语

本文通过对相关热学理论、焊接过程存在的问题及解决问题的对策进行了研究和探讨，取得了一定的理论成果。随着焊接技术的发展，越来越多的智能化系统被应用致焊接体系，对于温度的控制将会越来越精确，但对于铆焊件的焊接仍然要大量依赖于手工，不可能批量进行，所以加强对铆焊件焊接温控技术的研究仍然有其重要意义。

参考文献

[1]陈黎明.焊接过程中温度控制对焊件合格率的影响[J].中国包装工业，2012（18）.

[2]张林柱等.浅析铆焊件应用技术的标准及运用[J].电子制作，2013 （09）.

[3]彭勇.再流焊接的温度控制[J].金属铸锻焊技术，2009（08）.

[4]王红军.铆焊件制作时焊接温度的控制[J].科技创新与应用，2014 （08）.

作者简介：

唐永庭，男，1963年6月出生，安徽淮南人，大专学历，工作于安徽淮南凯盛重工有限公司，助理工程师，从事机械铆焊工艺及工装设计工作。