表面處理件的焊接工藝研究

郭希峰

摘要：本文針對(duì)焊接產(chǎn)品在表面處理后出現(xiàn)的表面缺陷，梳理缺陷種類，分析形成原因，通過更改焊接結(jié)構(gòu)、缺陷修補(bǔ)等措施解決表面處理缺陷;

關(guān)鍵詞：焊接產(chǎn)品;表面處理;焊接結(jié)構(gòu);缺陷修補(bǔ);

0 引言

近年來，由于我國軌道交通設(shè)備的突飛猛進(jìn)，金屬焊接件焊后表面處理在軌道車輛方面的應(yīng)用越來越廣泛。

碳鋼件的防腐能力很差，需要通過表面處理提高防腐能力。碳鋼件鍍鋅成為防腐的主要處理方式之一。但碳鋼件的表面處理，特別是焊接件的表面處理，通常會(huì)出現(xiàn)吐酸、鍍鋅層殘缺等缺陷。在實(shí)際解決問題中，由于焊接和表面處理兩道工序上下相互連接、相互影響，往往出現(xiàn)鍍鋅不合格時(shí)，焊接工序和表面處理工序互相推諉扯皮的現(xiàn)象，使問題更撲朔迷離，難以解決。

鋁合金材料的產(chǎn)品經(jīng)表面處理后，既可以防腐蝕又有裝飾的作用。例如軌道車輛的側(cè)窗窗框，通常采用陽極氧化的表面處理方式。在鋁合金母材材質(zhì)合格的情況下，表面氧化的鋁合金很少出現(xiàn)外觀質(zhì)量問題。但因?yàn)殇X合金的焊接氣孔問題，焊接窗框的焊縫和熱影響區(qū)域位置卻經(jīng)常導(dǎo)致外觀質(zhì)量的不合格現(xiàn)象。實(shí)際問題解決中，問題往往受多種因素影響，難以找到準(zhǔn)確原因從根本上解決。

綜合以上兩種材料，研究如何避免這些缺陷成為焊接工藝必須考慮的問題。

1 鋼焊接件鍍鋅缺陷

1.1 缺陷現(xiàn)象

1）焊縫表面鍍鋅層殘缺

2）未焊接的縫隙吐酸，造成鍍鋅層腐蝕

1.2 缺陷形成原因分析

1）焊縫表面鍍鋅層殘缺

碳鋼焊接件由于使用手工電弧焊（E 111）、CO2氣體保護(hù)焊、金屬熔化極活性氣體保護(hù)焊（MAG 135）等焊接方法，焊后焊縫表面形成焊渣、氧化皮等類硅酸鹽化合物。焊接后雖然大部分氧化皮都可以清理掉，但通常有些夾渣會(huì)嵌入焊縫，機(jī)械方法很難清理干凈。由于硅酸鹽基本不溶于普通酸堿，即使鍍鋅前化學(xué)預(yù)處理也很難去除。電鍍工藝依靠離子在金屬表面放電達(dá)到堆積沉淀作用，鍍鋅時(shí)，因夾渣基本不導(dǎo)電，表面就無法鍍鋅，最終形成局部鍍鋅層殘缺。

2）鍍鋅層腐蝕

碳鋼焊接件，由于非封閉焊縫設(shè)計(jì)、零件存在制造公差和裝配時(shí)存在間隙等原因，焊后常常存在很多縫隙。當(dāng)進(jìn)行鍍鋅前處理工序時(shí)，鍍鋅各工序槽液分別進(jìn)入縫隙內(nèi)，由于縫隙能夠含藏槽液，使各工序之間清洗不徹底，污染槽液的同時(shí)，還不利于最終的烘干工序。鍍鋅后縫隙中鈍化液沒有清洗干凈，烘干不徹底，殘留液體水分減少，濃度上升，腐蝕周邊鍍鋅層;徹底風(fēng)干后，當(dāng)遇到潮濕環(huán)境時(shí)，經(jīng)過一段時(shí)間后，烘干的鈍化液成分在空氣中吸收水分，逐漸從縫隙中膨脹出來，形成吐酸。

1.3 解決措施

1. 焊接工藝中控制焊接方法的使用

避免使用手工電弧焊、藥芯焊絲氣體保護(hù)焊、埋弧焊等有藥皮的焊接方法，推薦使用鎢極氬弧焊（TIG 141）， 合格的焊工可以達(dá)到焊縫表面成型美觀，表面成型后基本無焊渣和氧化皮，即使有少量，也易于機(jī)械清理。

2. 做好焊接前表面清理工作

焊接件表面的氧化皮、油污、塵土等雜質(zhì)都有可能在焊接時(shí)形成夾渣，導(dǎo)致鍍鋅前處理不干凈，形成鍍鋅缺陷。從源頭上鏟除污染源，可以有效杜絕焊渣的產(chǎn)生。實(shí)際生產(chǎn)中，建議徹底完全的去除碳鋼件所有表面氧化皮露出金屬光澤，清理方法除了機(jī)械打磨外，推薦使用整體噴砂或拋丸工藝。注意只清理焊縫周圍的氧化皮只能滿足焊接要求，而且會(huì)造成鍍鋅后表面差異。

3. 優(yōu)化焊接結(jié)構(gòu)，封堵吐酸縫隙。

焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，通常采用間斷焊接方式來控制焊接變形，但在鍍鋅件上，間斷焊接往往讓表面前處理工序一籌莫展，叫苦不迭！在焊接變形可以接受的條件下，盡量將間斷焊改為封閉連續(xù)焊接，使酸堿液體無處躲藏，徹底根除吐酸。不但能增加強(qiáng)度，還能使焊縫連續(xù)美觀。

2 鋁焊接件噴塑和氧化缺陷

2.1 缺陷現(xiàn)象

鋁合金表面處理缺陷由于采用TIG焊接方法，不存在夾渣現(xiàn)象，一般都是表面和內(nèi)部氣孔缺陷。

2.2 缺陷形成原因分析

噴塑表面拱出的氣孔和氧化表面氣孔主要成因是焊接氣孔。

鋁合金的焊接在環(huán)境濕度大（相對(duì)濕度>60%）的時(shí)候，特別在夏天多雨季節(jié)，焊縫內(nèi)部氣孔是無法完全避免的。焊接過程中，水在電弧作用下分解為氫氣和氧氣，其中氫氣在液態(tài)鋁合金熔池中的溶解度遠(yuǎn)大于在固態(tài)鋁合金中的溶解度，導(dǎo)致在熔池冷卻過程中，多余的氫氣溢出，形成氫氣孔。在濕度高的環(huán)境中，母材表面、保護(hù)氣體中、焊絲表面都有水份的存在，即使?jié)穸瓤刂圃?0%以下，通過工藝評(píng)定認(rèn)可的焊縫，焊縫中也不可能完全沒有氣孔。

這些氣孔離散分布在焊縫內(nèi)部，當(dāng)焊縫打磨面恰好穿過氣孔，化學(xué)拋光前處理就可以看到“明氣孔”;當(dāng)打磨面在臨近氣孔上方時(shí)，前處理環(huán)節(jié)看不到氣孔，但在噴塑加溫過程中這種“暗氣孔”會(huì)因孔內(nèi)氣壓升高而爆裂，在噴塑表面形成拱出型氣孔;在氧化過程中會(huì)因?yàn)檠趸に嚨那疤幚?，化學(xué)拋光腐蝕致使氣孔直徑變大，從微觀氣孔變?yōu)榭梢暁饪祝瑥亩绊懲庥^。

2.3 解決措施

1.嚴(yán)格控制焊接環(huán)境濕度

經(jīng)過大量生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，證實(shí)只有當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度<30%時(shí)，焊縫內(nèi)部氣孔的數(shù)量和大小才會(huì)大幅減少，才不會(huì)對(duì)表面處理件的外觀產(chǎn)生顯著影響。

2. 提前預(yù)熱烘干去除水分

因條件限制，濕度無法更好的控制時(shí)，可以采用烘箱預(yù)熱焊接件、焊接材料，烘干表面水汽，預(yù)熱溫度在60-80℃，15-20min。但當(dāng)大氣環(huán)境相對(duì)濕度很高時(shí)（>80%），預(yù)熱方法也很難奏效。

3.電火花修補(bǔ)技術(shù)

以上兩種方法都無效的情況下，還可以采用事后修補(bǔ)措施，以達(dá)到表面處理的完美。

當(dāng)出現(xiàn)氣孔后，再用弧焊方法修補(bǔ)，很容易造成焊縫中其它氣孔溢出到熔池中，產(chǎn)生新的表面氣孔。修補(bǔ)效果很差，往往需要重復(fù)多遍也不一定能消除氣孔。電火花堆焊修復(fù)設(shè)備（鑄造缺陷修復(fù)機(jī)），該設(shè)備原理類似低溫堆焊技術(shù)，母材基本不熔化的基礎(chǔ)上可以修復(fù)氣孔缺陷，完全滿足噴塑處理要求;但因堆焊金屬與焊縫金屬組織差異較大，存在色差，難以應(yīng)用在基材金屬組織可見的氧化處理修復(fù)中。

3 結(jié)? 論

1.鋼焊接件的表面缺陷控制措施：

通過控制焊接方法來減少焊縫表面夾渣生成;

同時(shí)嚴(yán)格進(jìn)行焊前清理;

優(yōu)化焊接結(jié)構(gòu)，封堵縫隙;

2.鋁焊接件的表面氣孔缺陷控制措施：

控制焊接環(huán)境濕度<30%;

整體預(yù)熱烘干焊接件及焊接材料;

電火花堆焊修復(fù)。