金屬材料焊接中的主要缺陷與措施分析

解利芹

（河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 河北　石家莊　050026）

經(jīng)驗交流

金屬材料焊接中的主要缺陷與措施分析

解利芹

（河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 河北石家莊050026）

著重分析金屬材料焊接過程中出現(xiàn)的主要缺陷問題，包括焊接裂紋、焊接未熔合和未焊透、焊接夾渣、焊接氣孔、咬邊問題、焊瘤及弧坑等，并針對這些控制缺陷提出相關(guān)預(yù)防和解決措施，旨在為金屬焊接工藝技術(shù)發(fā)展提供可行性參考。

金屬材料焊接主要缺陷措施分析

隨著工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展，對各行各業(yè)所需的產(chǎn)品使用材料有了新要求。金屬材料因其優(yōu)良的物理性質(zhì)受到多個行業(yè)的青睞和關(guān)注，在加工和應(yīng)用方面具有比強(qiáng)度和比剛度高、耐磨、導(dǎo)電性能好、易于表面處理等優(yōu)良特性，而且部分金屬材料在實際應(yīng)用中也具有高回收再成型特質(zhì)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛[1]。近年來，焊接技術(shù)的進(jìn)步為金屬材料的應(yīng)用范圍提供了新思路，金屬材料焊接工藝的完善成熟，使金屬材料在化工機(jī)械、建筑、橋梁、車輛等行業(yè)得到了日益廣泛的應(yīng)用。金屬材料的焊接工藝分很多種，不同的焊接工藝存在著不同的技術(shù)要點，為了保證金屬材料的焊接質(zhì)量，提高金屬材料的實用率，需要針對金屬材料焊接缺陷做好措施應(yīng)對工作，防止金屬材料焊接缺陷的出現(xiàn)，提高我國金屬焊接工藝水平。

1　金屬材料焊接中的主要缺陷分析

1.1焊接裂紋問題

金屬材料焊接出現(xiàn)焊接裂紋是焊接接頭最主要的缺陷之一，在焊接過程中，具體的焊接裂紋可以分為縱向裂紋、橫向裂紋、弧坑裂紋、顯微裂紋和焊趾裂紋等等。這些焊接裂紋是金屬材料在由結(jié)晶狀態(tài)向著固化狀態(tài)轉(zhuǎn)化中出現(xiàn)的，其中有些金屬裂紋是在焊接后立刻顯現(xiàn)的，也有的是在焊接完后一定時間才顯現(xiàn)出來的。按照焊接裂紋的產(chǎn)生機(jī)理可以分為冷裂紋和熱裂紋，這兩種裂紋的產(chǎn)生都會對金屬焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響，如果不加防范，會對金屬應(yīng)用產(chǎn)生極大的危害[2]。

冷裂紋是常見的焊接裂縫，是在金屬焊接過程完成后的冷卻過程中焊接交界處的融合點出現(xiàn)的裂紋，這種類型的裂紋產(chǎn)生時間不固定，可能在焊接完成冷凝之后6～8 h出現(xiàn)，也有可能在焊接工藝完成后立馬就顯露出來。冷裂紋的產(chǎn)生原因主要有三點：一是在金屬焊接過程中，會產(chǎn)生一定量的氫氣，如果氫氣含量過多就會導(dǎo)致焊接交界處形成裂縫；二是由于金屬焊接中應(yīng)用的金屬材料含有雜質(zhì)和焊接母體的承受能力弱會引起焊接裂縫的出現(xiàn)，一般情況下，承受能力越弱，冷裂縫產(chǎn)生的幾率就越高；三是金屬焊接冷凝時的溫度不合適會引起冷裂紋的出現(xiàn)。

熱裂紋是另一種常見的裂紋方式，和冷裂紋不同的是，熱裂紋是在金屬焊接過程中液體凝結(jié)時產(chǎn)生的，一般主要發(fā)生在焊縫的中心位置，在金屬焊接完成后可以立即看到。熱裂紋的產(chǎn)生主要是由金屬材料中的雜質(zhì)在焊接凝固中引發(fā)的，在焊接時，除金屬和焊條以外，必然存在其他熔點比較低的雜質(zhì)，相比之下，金屬熔點較高，雜質(zhì)凝固反應(yīng)也會發(fā)生在金屬凝固反應(yīng)之前，由于雜質(zhì)凝固強(qiáng)度和硬度遠(yuǎn)不如金屬，這就使得金屬焊接完成后，凝固后的雜質(zhì)在外力作用下，受到不同程度的腐蝕和風(fēng)化等外力作用影響，導(dǎo)致產(chǎn)生熱裂紋。

1.2焊接未熔合、未焊透問題

在金屬材料焊接過程中，焊接未熔合現(xiàn)象是堅決不允許存在的，未焊透現(xiàn)象對于雙面焊接的焊縫也是堅決不允許出現(xiàn)的。金屬材料在焊接中出現(xiàn)未焊透、未熔合缺陷主要的原因有三點：第一，焊接母體尚未真正融化或者已經(jīng)開始融化時表面氧化膜未經(jīng)清除就添加了融化金屬，在這種情況下，極容易發(fā)生焊接未熔合缺陷。第二，母金屬材料在還沒有完全熔掉時，金屬材料也沒有完全被焊進(jìn)接頭的根部，這就是未焊透現(xiàn)象產(chǎn)生所在。在金屬焊接時，焊接電流強(qiáng)度比較小，溶解度深淺也存在深淺差異，焊接坡度處的角度比較小，和焊接母體的焊接交界處標(biāo)準(zhǔn)不一，焊接交界處的清潔工作沒有做好，這些都會引起未焊透缺陷。一般情況下，焊接中所使用的焊條直徑不標(biāo)準(zhǔn)是比較容易引起焊接未焊透缺陷，未焊透缺陷會加大焊接裂紋的出現(xiàn)幾率和裂紋面積，也會使焊接強(qiáng)度減弱。第三，在焊接過程中，用于焊接的裝配未能滿足焊接實際要求，比如在焊接裝配間隙過大、坡口角度太大或太小、焊接鈍邊太厚或者太薄，都會讓焊接操作出現(xiàn)失誤，特別是在焊接操作時，焊接熔渣的流入使焊接接口氧化膜受到油污、油漬的污染，金屬焊接受到阻礙，電弧發(fā)生偏離，從而造成焊接邊緣出現(xiàn)未熔合問題[3]。焊接未熔合或是焊接未焊透缺陷都會不同程度地減小焊接成品的承載面積，使得焊接成品存在質(zhì)量問題。

1.3焊接夾渣問題

焊接夾渣也是金屬焊接比較重要的焊接缺陷之一，金屬焊縫夾渣分為金屬夾渣和非金屬夾渣兩種形式。在金屬焊接過程中，對于氣焊來說，焊接邊緣會不同程度地存在氧割或者熔渣，在焊接時又未能及時清除焊接產(chǎn)生的夾渣和熔渣，就容易使焊機(jī)接口處存在熔渣。另一方面，焊接坡口角度太大或者是焊接時電流太小而速度太快引起焊接夾渣，在這種情況下，焊接夾渣主要是“糊渣”，由于沒有正確把握焊接電流和速度，引起的金屬焊接邊緣出現(xiàn)焊接夾渣。對于TIG焊，出現(xiàn)金屬夾渣大多是由于焊接電流密度過大使焊絲達(dá)到熔點而產(chǎn)生的焊絲夾渣，這種焊接夾渣屬于由焊條選擇不當(dāng)引起的夾渣。由于焊條電弧過長或者焊接極性偏差引起的焊接夾渣，都會對焊接質(zhì)量造成不利影響。

1.4焊接氣孔問題

金屬焊接氣孔缺陷是僅次于焊接裂紋的重要缺陷。在各種材料的焊接中，金屬材料是極容易出現(xiàn)焊接氣孔的，焊接氣孔產(chǎn)生的機(jī)理也是比較復(fù)雜的，其產(chǎn)生的根源就是焊接時氫氣溶解在金屬材料中。金屬焊接表面產(chǎn)生氫氣孔，分為內(nèi)部氣孔、表面氣孔和接頭氣孔三種。出現(xiàn)這種氣孔最主要的原因是在焊接時，沒有做好坡口清潔工作，讓焊接坡口存在殘留水分和油污，在高溫焊接時水分蒸發(fā)和油污揮發(fā)，而水分蒸發(fā)容易造成焊接氣孔的出現(xiàn)，油污揮發(fā)不僅會出現(xiàn)氣孔，還會形成焊接夾渣，再加上金屬溶解速度較慢，冷卻速度很快，形成的氣孔受到的阻力和浮力比較小，使焊接氣孔的排除產(chǎn)生困難，就會積累更多的氣孔。焊接時，氫氣在金屬材料中的溶解是氣孔產(chǎn)生的重要原因。另外就是在焊接開始時，沒有正確規(guī)范使用焊條，焊條會隨著電流強(qiáng)度、焊接速度產(chǎn)生細(xì)微的變化，太大或太小的電流都會給焊接質(zhì)量帶來不利影響。

1.5其他焊接問題

金屬焊接工藝中存在的缺陷除上述提到的焊接裂紋、焊接未熔合、未焊透、焊接夾渣和焊接氣孔之外，還有咬邊問題、焊瘤及弧坑這類問題，這些問題的存在也會不同程度地對金屬焊接質(zhì)量造成影響。咬邊是指焊縫邊緣留下的凹陷，這種凹陷的存在會減小焊接母體材料接頭工作界面，無法讓焊接面完美契合。焊瘤及弧坑缺陷的出現(xiàn)主要是由于焊條運行速度不均勻、電流過大或者過小引起電弧過長，使金屬焊接交界表面產(chǎn)生夾渣，影響焊接質(zhì)量的提升。

2　預(yù)防金屬材料焊接缺陷的措施探討

隨著金屬材料應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，金屬材料焊接工藝也在不斷發(fā)展完善，目前主要的焊接工藝包括氣焊、氬弧焊、電阻焊、電子束焊、電渣焊和釬焊。焊接一旦出現(xiàn)問題，不僅會影響到金屬材料的使用壽命，引起金屬材料的浪費，也會給金屬材料的使用人群帶來人身危害和財產(chǎn)損失，所以應(yīng)針對金屬焊接過程中的缺陷采取有效的預(yù)防措施。

2.1預(yù)防焊接裂紋出現(xiàn)的措施

首先，在金屬焊接中，適當(dāng)減弱焊接應(yīng)力，嚴(yán)格遵循焊接工藝流程，針對金屬材料的不同特性選取焊接工藝，把握好金屬焊接中的冷卻速度，必要時還可以在焊接中利用小電流多層多道的焊接方式；其次，在金屬焊接時，著重焊條的選擇，盡量選擇低氫型焊條，最大程度地減少焊縫中氫氣的擴(kuò)散量，也能有效地減少焊接交界處邊緣的水分、油污，控制焊接過程出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)；最后，一定對要進(jìn)行焊接的金屬材料采取防潮、防曬管理措施，避免因材料保管不當(dāng)引起的焊接材料變異，預(yù)防金屬材料焊接出現(xiàn)裂紋[4]。

2.2預(yù)防未熔合、未焊透問題的措施

針對金屬材料焊接的面積、直徑大小，對焊接坡口尺寸和角度選取焊接焊條，應(yīng)采取以下措施：一是嚴(yán)格按照焊條合理選擇標(biāo)準(zhǔn)，防止因尺寸不合適、角度不合理造成未熔合和未焊透現(xiàn)象的出現(xiàn)；二是嚴(yán)格把握焊接電流強(qiáng)度和焊接速度，控制好焊接速度和電流強(qiáng)度，在金屬材料焊接過程中，選用合理幅度擺動焊條，關(guān)注焊接過程中兩端金屬材料的變化情況，在進(jìn)行焊接封底時，一定要做好焊接封底工作，并關(guān)注焊接坡口的融合情況，避免出現(xiàn)焊機(jī)邊緣不熔合現(xiàn)象。

2.3預(yù)防焊接夾渣問題的措施

在金屬焊接過程中，要預(yù)防焊接夾渣的出現(xiàn)，一定要注意兩方面。一方面是焊條的選擇。通常情況下，如果焊接時選取的焊條是酸性的，就需要在焊接時加大電流強(qiáng)度；如果焊接時選取的焊條是堿性的，就需要在焊接時控制好電弧長度，避免因電弧過長出現(xiàn)焊接夾渣，以達(dá)到最佳的焊接效果。另一方面，在焊接時，做好坡口邊緣清理工作，保證在焊接時邊緣無污漬和水分，有效避免在焊縫邊緣因氧割出現(xiàn)熔渣[5]。

2.4預(yù)防焊接氣孔問題的措施

預(yù)防焊接氣孔需要恰當(dāng)選擇焊接電流和焊接速度，既要保證焊接電流和速度符合金屬焊接的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，又要采取合理措施，及時清理焊接坡口出現(xiàn)的水分、油污和銹斑，確保不會因化學(xué)反應(yīng)造成焊接氣孔的頻繁發(fā)生，同時，保證焊條質(zhì)量符合金屬焊接的要求，盡可能保管好焊條和金屬焊接材料，最大程度地預(yù)防焊接氣孔現(xiàn)象的出現(xiàn)[6]。

2.5預(yù)防其他問題的措施

焊接時，還需要關(guān)注金屬材料焊接的環(huán)境、溫度，保證清潔干凈的焊接環(huán)境，保持適宜的焊接溫度。當(dāng)溫度過低時，就需要采取余熱措施，定期檢查焊接環(huán)境中的焊接材料，注重焊接焊條的選擇、金屬材料的選擇以及焊接時工藝技術(shù)的選擇，同時，保證焊接環(huán)境的通風(fēng)、散熱，確保金屬材料焊接在正常情況下順利進(jìn)行[7]。

3　結(jié)語

為了保證金屬材料在各行各業(yè)的穩(wěn)定應(yīng)用，需要不斷改進(jìn)和完善金屬材料焊接技術(shù)工藝，加強(qiáng)焊接技術(shù)人員的技能水平，嚴(yán)格按照焊接工作規(guī)定進(jìn)行焊接操作，提高焊接材料性能，采取積極有效的預(yù)防措施對金屬材料焊接中的缺陷問題進(jìn)行防范，一旦發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，就要對其進(jìn)行防治，杜絕焊接缺陷的產(chǎn)生，提高焊接水平和質(zhì)量，推動焊接技術(shù)工藝的不斷進(jìn)步和完善。

[1]鄭玲.金屬材料焊接中的主要缺陷及防止措施研究[J].輕工科技，2013（1）：21-22.

[2]于清峻.探析金屬材料焊接成型中的主要缺陷及控制措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（11）：82-83.

[3]曹月鳳，曹榮林，陳亞群.淺析金屬材料焊接成型中的主要缺陷及控制[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（13）：29.

[4]姜哮龍.金屬材料焊接中的缺陷分析及對策探討[J].科技傳播，2014（21）：112；217.

[5]高瑜容.金屬材料焊接中的主要缺陷及防治措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（30）：120.

[6]寇勇.淺析電廠金屬焊接工藝的缺陷及應(yīng)對措施[J].民營科技，2012（8）：39.

[7]牟春樹.電廠焊接中常見質(zhì)量問題的原因及解決對策[J].科技視界，2012（28）：271.

（編輯：胡玉香）

TG441.7

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1672-1152（2016）04-0121-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.42

2016-07-08

解利芹（1976—），女，碩士，從事化工設(shè)備與維修專業(yè)教學(xué)，講師。