氬弧焊焊接缺陷產(chǎn)生原因及對策

趙 昆

（中國重型汽車集團有限公司部件制造部，山東 濟南 250220）

1 氬弧焊焊接的原理、分類、特點

氬弧焊是目前焊接中應(yīng)用最廣泛的一種焊接技術(shù)，其是將氬作為氣體保護進行電弧焊接，氬能夠?qū)⒖諝夂芎玫母艚^在焊接區(qū)域之外，避免空氣對焊接區(qū)域造成氧化，確保焊接質(zhì)量[1]。目前根據(jù)不同的焊接電極，可以將氬弧焊分為熔化極氬弧焊以及非熔化極氬弧焊兩種氬弧焊技術(shù)，在實際應(yīng)用中，絕大多數(shù)焊接人員會采用非熔化極氬弧焊技術(shù)進行焊接。氬弧焊憑借本身的特點，具有極強的實用性，被廣泛應(yīng)用在鋼材、合金、銅等金屬的焊接之中，并且焊接速度快、質(zhì)量好，外表美觀，相比較于其他焊接技術(shù)而言，具有無與倫比的優(yōu)越性。

2 氬弧焊焊接缺陷的種類及成因分析

（1）焊接裂紋。在用氬弧焊進行焊接時，往往會出現(xiàn)焊接裂紋，嚴(yán)重影響相關(guān)焊接產(chǎn)品的質(zhì)量及外觀。焊接裂紋，顧名思義，就是在完成焊接工作之后，焊接的產(chǎn)品外表上會出現(xiàn)裂紋問題，具體而言，因為受到應(yīng)力的作用，處于焊接位置的金屬原子結(jié)合鍵斷裂，從而產(chǎn)生了斷面，而斷面足夠大之后，就會呈現(xiàn)出裂紋的外觀。根據(jù)焊接裂紋的出現(xiàn)原因以及特點不同，可以將其分為冷裂紋、熱裂紋、再熱裂紋、層狀撕裂以及應(yīng)力腐蝕裂紋[2]。本文主要介紹冷裂紋及熱裂紋兩種最常見的裂紋形式，兩種裂紋的出現(xiàn)原因是不同的，冷裂紋是在焊接結(jié)束之后，溫度冷卻過程中，焊接金屬溫度下降，從而出現(xiàn)裂紋，冷裂紋多出現(xiàn)在焊接熱影響區(qū)之中，但部分厚大焊接件以及超高強度鋼也會出現(xiàn)在焊縫上。熱裂紋是指在焊接過程中，焊縫以及熱影響區(qū)的金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)時所產(chǎn)生的焊接裂縫，相對于冷裂紋而言，熱裂紋出現(xiàn)的頻率更高，并且造成的問題也更加嚴(yán)重。熱裂紋出現(xiàn)的根本原因，是因為焊接材料內(nèi)部組成的物質(zhì)，分別具有不同的熔點，而在焊接過程中，溫度不斷升高，部分材料達到熔點，而部分材料卻沒有達到熔點，從而出現(xiàn)內(nèi)部元素偏析的情況，金屬之間的應(yīng)力增加，因此導(dǎo)致結(jié)合鍵斷裂，裂紋問題也就發(fā)生了[3]。除了焊接材料本身的影響外，焊接前的準(zhǔn)備工作，以及焊接設(shè)計、焊接操作等都會影響到焊接裂紋的出現(xiàn)。

（2）焊接不良。焊接不良，是在應(yīng)用氬弧焊的過程中，焊縫內(nèi)部的金屬在凝結(jié)過程中發(fā)生破壞，從而讓焊接位置上的材料與金屬沒有良好的結(jié)合，導(dǎo)致焊接質(zhì)量大幅下降。出現(xiàn)焊接不良的問題，主要是由于金屬表面存在氧化膜，在進行焊接前沒有對氧化膜進行清除，從而導(dǎo)致焊接不良問題的發(fā)生。氧化膜的存在，會導(dǎo)致氬弧焊不能夠直接對金屬進行加熱，從而影響到焊接的整體質(zhì)量，導(dǎo)致金屬熔合并不完全。對于焊接不良的問題，往往不能夠通過肉眼來確定，還需要采用超聲波等方法來進行探查[4]。

（3）未焊透。未焊透問題的出現(xiàn)，主要是由于焊接人員的焊接技術(shù)和操作不過關(guān)，導(dǎo)致焊接部位并未完全融化，最終導(dǎo)致未焊透問題的發(fā)生。很多因素都會導(dǎo)致這種問題的發(fā)生，主要包括了焊接速度過快、焊接坡口角度過小等。未焊透與焊接不良都會導(dǎo)致焊接質(zhì)量的大幅下降，嚴(yán)重時會導(dǎo)致焊接處發(fā)生斷裂以及變形，此種問題也需要采用超聲波或者射線的方式進行檢查。

（4）焊接夾雜。焊接夾雜，是指在進行焊接作業(yè)時，在焊接電極上出現(xiàn)了一些其他物質(zhì)，這些物質(zhì)影響了焊接的正常進行，最終引發(fā)焊接缺陷。出現(xiàn)焊接夾雜的問題，主要是由于焊接前期準(zhǔn)備工作不足，或者是焊接過程中沒有做好相關(guān)管理工作。目前出現(xiàn)的焊接夾雜問題之中，包括以下幾種類型，第一，鎢極夾雜物，其是在焊接過程中，鎢極的溫度過高，導(dǎo)致與其他材料接觸時發(fā)生污染情況，進而對焊接工作產(chǎn)生一定影響。第二，黑色金屬夾雜物，包括焊材、外來金屬對電極造成污染，最終都將會影響到焊接質(zhì)量。

（5）氣孔。氣孔問題，是氬弧焊應(yīng)用中最常出現(xiàn)的問題之一。在應(yīng)用氬弧焊技術(shù)時，因為要利用氬氣對焊接位置進行保護，所以要不斷沖入氬氣，但與此同時，焊接的位置與電極之間也會產(chǎn)生一定的化學(xué)反應(yīng)，進而產(chǎn)生部分氣體，這些氣體無法越過氬氣進入到周邊空氣中，因此會被遺留在熔池之中，隨著熔池的冷卻，就遺留在了焊接物質(zhì)內(nèi)部，最終出現(xiàn)氣孔的情況。在氬弧焊所導(dǎo)致的氣孔問題中，主要包括兩類，一是因為熔池金屬溫度下降而產(chǎn)生的氣體，包括氮氣、氫氣等，另外一種則是因為高溫產(chǎn)生的氣體，主要包括水蒸氣及一氧化碳等。

3 氬弧焊焊接缺陷的有效防止策略

3.1 嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝評定

在焊接作業(yè)前嚴(yán)格執(zhí)行工藝評定：對焊絲、基材的化學(xué)成分進行檢測，確保焊接材料符合技術(shù)條件。根據(jù)焊接要求，確保氬氣純度達到要求，焊接前對焊接材料進行清理，確保焊接接頭處無污染物，清理完成后立即實施焊接作業(yè)，焊接過程中盡量避免鎢極與熔池的接觸，并注意對鎢極的打磨，選擇溫度、濕度合適的作業(yè)環(huán)境。

3.2 選擇合理的焊接工藝

根據(jù)焊接項目選擇合適的焊接工藝，以解決焊接過程中可能出現(xiàn)的應(yīng)力和變形問題。例如：根據(jù)工件尺寸以及形狀來選擇相適應(yīng)的電流、電壓和氣體流量，能夠更好的保證焊接質(zhì)量。

3.3 選擇合理的裝配焊接順序

各構(gòu)件在焊接過程中都會產(chǎn)生慣性力矩，合理的裝配焊接順序能夠通過平衡力矩作用，抵消構(gòu)件間的焊接變形，減少焊接應(yīng)力。

例如，焊接對稱焊縫要按照從中間到外周的順序，在夾具的穩(wěn)定作用下進行焊接作業(yè)，盡量保持焊縫的自由收縮，以解決焊接結(jié)構(gòu)在應(yīng)力作用下的變形問題。

3.4 選擇合理的焊接方法

氬弧焊作業(yè)過程中可采用細絲形式充入氬氣，一方面降低焊接成本，提高生產(chǎn)效率。另一方面氬弧熱量更加集中、焊接速度更快，焊縫熱影響區(qū)更窄，能有效規(guī)避焊接變形問題，焊接質(zhì)量更穩(wěn)定。

3.5 采用合理的焊接工裝

焊接工裝能夠?qū)?gòu)件進行固定，有效控制焊接結(jié)構(gòu)的變形情況。在進行復(fù)雜結(jié)構(gòu)或某些重要部件的焊接時，能夠通過固定構(gòu)件位置，保證構(gòu)件間應(yīng)力和變形情況的平衡，以提高焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

4 結(jié)語

引起氬弧焊接質(zhì)量缺陷的因素固然較多，但只要在焊接前制定符合焊接項目要求的焊接工藝規(guī)程，焊接質(zhì)檢人員對每一道工序認(rèn)真檢查，焊工嚴(yán)格按焊接工藝規(guī)程施焊，就能夠最大限度的減少焊接缺陷的產(chǎn)生。