論固體夾雜的分類(lèi)與特點(diǎn)

馮濤

摘 要：固體夾雜是焊縫中殘留的固體異物，是一種表層下類(lèi)型的非連續(xù)性缺陷。本文就固體夾雜的分類(lèi)與特點(diǎn)進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：熱影響區(qū) 焊縫 夾渣 熔渣

固體夾雜是焊縫中殘留的固體異物，根據(jù)異物的屬性，分為非金屬夾雜和金屬夾雜兩大類(lèi)，前者較為典型的是加渣、氧化物、硫化物夾雜，后者有夾鎢、夾銅及夾入其他金屬。

一、非金屬夾雜

非金屬夾雜是陷入焊縫內(nèi)或融合線上非金屬夾雜物，這類(lèi)固體異物是絕大部分電弧焊焊縫金屬中共有的。

1.夾渣

夾渣是由于焊接操作失誤和設(shè)計(jì)提供的接頭施焊通道不當(dāng)造成的。接頭邊緣內(nèi)的或通道之間的尖銳缺口往往會(huì)在熔融金屬下引起夾渣。仰焊時(shí)，為免除金屬下墜，熔融金屬凝固迅速，因此夾渣多于平焊。

焊縫中殘留的由造渣劑生成的熔渣，是手弧焊焊條藥皮、埋弧焊焊劑或其他形式焊劑在焊接過(guò)程中進(jìn)入的產(chǎn)物，鑄態(tài)金屬或焊縫熔敷金屬中的夾渣形狀大多呈球形。如果尺寸并不太大，不至于影響金屬的機(jī)械性能。但經(jīng)軋制或鍛造等熱加工后被拉長(zhǎng)擴(kuò)展的熔渣，假如處于某些應(yīng)力集中部位，將帶來(lái)隱患。

影響夾渣的因素，按上述可歸納為：

（1）溫度——溫度越高，熔渣在焊縫金屬內(nèi)的溶解量越大，易于流動(dòng)，夾渣聚合上升至表面越慢。

（2）熔體黏度——熔體越黏稠，冷卻越快，夾渣聚合上升至表面越慢。

（3）冷卻速度——凝固速度越快，留存熔渣的可能性越大，極易形成夾渣。

（4）攪拌作用——熔池?cái)嚢鑿?qiáng)烈，殘留熔渣的概率增大。

2.非金屬夾雜物

一般工業(yè)用的鋼中，總有一些非金屬夾雜物，這在一般碳鋼焊接結(jié)構(gòu)中問(wèn)題不大，但隨著鋼材強(qiáng)度等級(jí)的提高和尖端產(chǎn)品的發(fā)展，鋼材中非金屬夾雜物成為冷裂縫、消除應(yīng)力裂縫、疲勞破壞及脆性斷裂等的裂源。高強(qiáng)鋼對(duì)缺口非常敏感，鋼中的非金屬夾雜物恰恰引起缺口效應(yīng)，導(dǎo)致應(yīng)力集中，而且，常常造成位錯(cuò)集聚，成為應(yīng)力集中的重要因素。

（1）非金屬夾雜物的形成過(guò)程。

①氧化物夾雜。氧化物夾雜的類(lèi)型、尺寸和分布狀況主要取決于焊絲、焊條藥皮或焊劑中所添加的脫氧劑，還取決于焊絲和木材中的含氧量。用硅—錳脫氧比用鋁脫氧在液固兩相之間析出的硅酸鹽多，因此黏度較高，硅酸鹽上浮困難，凝聚作用也受到抑制，發(fā)展成大型夾雜物的可能性也就比較小。

②硫化物夾雜。硫溶于鋼水中，但在固態(tài)鋼中的溶解度很小。鋼焊縫凝固時(shí)以金屬硫化物的形式沉淀，沉淀形式受其強(qiáng)烈偏析趨勢(shì)的影響。沉淀析出的金屬硫化物主要有FeS和MnS兩種。

（2）非金屬夾雜物對(duì)鋼機(jī)械性能的影響。非金屬夾雜物對(duì)沖擊韌性的影響主要在于焊縫金屬的含氧量。隨著硅酸鹽等夾雜密度的提高，焊縫金屬總氧量增多，這將降低埋弧焊縫沖擊韌性，提高M(jìn)IG、TIG焊縫脆性轉(zhuǎn)變溫度。

（3）防止或減少非金屬夾雜物的措施。防止或減少非金屬夾雜物的唯一措施是改善鋼的純度。這些夾雜物是鋼焊縫金屬的組成部分，與鋼中的氧和硫共同存在，可以減少其數(shù)量，控制其大小，改善其形狀與分布，但絕不能完全避免。目前所能采用的措施有：采用純凈鋼母材與焊接材料和應(yīng)用高溫處理。

二、金屬夾雜

在特定焊接條件下，一些金屬微粒會(huì)進(jìn)入焊縫或熱影響區(qū)，如鎢極電弧焊時(shí)的夾鎢和利用銅墊板時(shí)的銅污染。

1.夾鎢

夾鎢是陷入焊縫金屬內(nèi)的鎢顆粒。特別在以鎢極引燃電弧施焊時(shí)，如果鎢極浸入熔融金屬或焊接電流過(guò)大致使鎢熔滴過(guò)渡入焊縫金屬時(shí)極易產(chǎn)生夾鎢。由于鎢較鋼或鋁等易為射線吸收，因此，在X射線照相上呈現(xiàn)較為明亮的印記。

鋁及某些鋁合金的靜拉伸疲勞試驗(yàn)證實(shí)，夾鎢是無(wú)足輕重的。實(shí)際使用中，除非尺寸較大，數(shù)量較多，夾鎢一般是無(wú)害的。

2.夾銅

使用銅墊板不慎局部熔化而使銅進(jìn)入焊縫金屬即為夾銅，常見(jiàn)于焊縫背部表面或內(nèi)側(cè)。據(jù)最近研究，由于銅或銅合金夾具磨蝕，進(jìn)入焊接熱影響區(qū)會(huì)導(dǎo)致一種形式迥異的稱(chēng)為銅污染裂縫的缺陷，這是夾銅的另一種形式。此中銅污染裂縫經(jīng)常出現(xiàn)在稍離熔化界面的熱影響區(qū)內(nèi)，而又與熔合線不相連接。裂縫對(duì)合金類(lèi)型有明顯的選擇性：與銅有較低的互溶性，與銅在固—液態(tài)間無(wú)金屬間化合物，與液態(tài)金屬間有障礙層。

3.夾入其他金屬

焊前或焊接過(guò)程中在接頭內(nèi)加上一段或多段填充焊絲或零星余料的稱(chēng)為填料頭，屬于夾入其他金屬的缺陷。這種現(xiàn)象在不負(fù)責(zé)任的操作中時(shí)有發(fā)生。顯然，這對(duì)于有強(qiáng)度要求的焊縫是非常有害的。

參考文獻(xiàn)：

[1]周敏惠，於美甫.焊接缺陷與對(duì)策[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1989.

[2]于啟湛.鋼的焊接脆化[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

（作者單位：鄒城市技工學(xué)校）endprint