金屬材料焊接成型中的常見缺陷問題及優(yōu)化控制策略

白愛東，羅寶宇

（1.阿克蘇地區(qū)庫車中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，新疆 阿克蘇 842000；2.阿克蘇地區(qū)沙雅中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，新疆 阿克蘇 842200）

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的提升，金屬材料的應(yīng)用已經(jīng)全方位地得到了普及應(yīng)用，進(jìn)而金屬材料的焊接成型問題也成為發(fā)展諸多產(chǎn)業(yè)中的不可忽視的一部分。金屬材料焊接成型作為金屬材料主要成型的方式之一，相應(yīng)的焊接成型技術(shù)的能力和水平直接影響相應(yīng)金屬產(chǎn)品的品質(zhì)好壞。目前金屬材料焊接成型過程中，仍然存在一些隱患和缺陷，需要相關(guān)的專業(yè)人士高度重視這一問題，并且采取相應(yīng)科學(xué)合理的措施和辦法加以優(yōu)化處理。同時(shí)對(duì)焊接過程嚴(yán)格把控，能夠進(jìn)一步提升金屬材料焊接成型的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，進(jìn)而提高焊接成型的效果和質(zhì)量[1]。

1 金屬材料焊接成型的內(nèi)容概述

1.1 金屬材料焊接成型概念

金屬材料焊接成型是通過用加熱、加壓等方法，使兩塊同種金屬或者不同種金屬的表面之間形成原子間的結(jié)合與擴(kuò)散作用，進(jìn)而使分離的金屬材料牢固連接且不能拆卸接頭的材料成型工藝方法。

1.2 金屬材料焊接成型的分類

根據(jù)使用熱源的性質(zhì)、形成接觸面的形態(tài)以及是否采用加壓方法可大致將金屬材料的焊接成型劃分為熔化焊、壓力焊、釬焊三種。熔化焊是將焊件接頭加熱至金屬熔化狀態(tài)，不用施加壓力即可完成焊接的焊接方法。壓力焊是指通過對(duì)焊件施加一定壓力完成焊接的焊接方法。而釬焊是指采用比焊接母材熔點(diǎn)低一些的金屬材料作為焊接所用釬料，加熱到所用釬料熔點(diǎn)之上而又在焊接母材熔點(diǎn)之下的溫度區(qū)間內(nèi)，通過使液態(tài)釬料浸潤(rùn)母材并充分填充焊接接頭間隙，并使釬料與焊接母材相互彌散，最終是相應(yīng)焊接接頭連接牢固的焊接方法[2]。

1.3 金屬材料焊接成型的特點(diǎn)

金屬材料焊接成型的優(yōu)點(diǎn)：1.節(jié)省金屬用料且接頭牢固密封性好。2.化繁為簡(jiǎn)、以小拼大。3.同種金屬或不同種金屬皆可連接，并且方便生成異種金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)。4.焊接件重量輕便，且加工裝配易操作。金屬材料焊接成型的缺點(diǎn)：焊接后，母材接頭焊縫處的力學(xué)性能有一定程度的降低和相關(guān)材料的組織發(fā)生的改變不可控，并且一些個(gè)別焊接工藝方法生產(chǎn)出的焊件的焊接質(zhì)量不方便檢驗(yàn)，不能夠及時(shí)、高效地形成相應(yīng)的生產(chǎn)鏈條。

2 金屬材料焊接成型中的常見缺陷問題及分析

2.1 金屬材料焊接裂紋缺陷

在金屬材料焊接成型過程中，對(duì)操作人員技術(shù)水平和能力有著非常嚴(yán)格的要求，在焊接過程中的任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)紕漏，都可能會(huì)使金屬制品產(chǎn)生各種缺陷。焊接裂紋缺陷通常是其中最為常見的缺陷問題，當(dāng)然同時(shí)也是對(duì)金屬制品成品質(zhì)量危險(xiǎn)性最大的一種缺陷，焊接裂紋的產(chǎn)生會(huì)對(duì)金屬制品的后續(xù)應(yīng)用造成非常明顯的影響[3]。根據(jù)金屬材料焊接裂紋的產(chǎn)生機(jī)理也可分為熱裂紋與冷裂紋兩種裂紋形態(tài)，而這兩種裂紋對(duì)金屬材料焊接質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生不同的影響結(jié)果，若不對(duì)這兩種裂紋形態(tài)加以控制和防范，將會(huì)對(duì)金屬材料后續(xù)應(yīng)用產(chǎn)生非常大的危害。

熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)理是金屬材料在焊接成型操作過程中，金屬在由熔融態(tài)開始結(jié)晶時(shí)到完全轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俟虘B(tài)結(jié)晶的過程中，由于焊接操作人員操作不當(dāng)或者其他客觀原因影響形成的熱裂紋。熱裂紋會(huì)在焊接后直接顯現(xiàn)在金屬制品的表面，且多在焊縫位置處出現(xiàn)，嚴(yán)重影響金屬制品的外觀完整性和制品美觀性。金屬材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、金屬材料內(nèi)含雜質(zhì)元素含量過多或者焊接過程的整體濕度環(huán)境不合格等問題，都會(huì)直接影響金屬材料的整體焊接質(zhì)量和焊接效果，進(jìn)而使相應(yīng)金屬制品增大了產(chǎn)生熱裂紋缺陷的概率。

冷裂紋的產(chǎn)生機(jī)理一般是在金屬材料焊接完成后，由于焊接操作人員處置不科學(xué)合理或者其他客觀原因，在金屬制品進(jìn)行冷卻過程中在制品表面產(chǎn)生的相應(yīng)裂紋。一部分冷裂紋也可能會(huì)在焊接完成后直接出現(xiàn)，還有一部分冷裂紋則會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸顯現(xiàn)并加深，一般可能在金屬制品焊接成型之后幾天產(chǎn)生，冷裂紋的出現(xiàn)大部分是在金屬制品焊縫部位，因?yàn)楹缚p區(qū)域出現(xiàn)淬硬組織，進(jìn)一步加快釋放殘余應(yīng)力，從而形成冷裂紋。大多數(shù)情況下冷裂紋具有非常強(qiáng)的不可控性。

2.2 金屬材料焊接焊縫折斷缺陷

金屬材料未焊透、未熔合也是金屬材料焊接成型過程中嚴(yán)重的隱患問題之一。在焊接成型過程中，因?yàn)楹附咏宇^根部并未完全整體熔化透，進(jìn)而導(dǎo)致金屬焊縫部位以及各焊縫層之間存在不同程度的未焊透現(xiàn)象。同時(shí)焊接的金屬制品的裝配間隙過小或金屬制品的直徑太大，都會(huì)產(chǎn)生焊接放射電弧過長(zhǎng)的情況，再加上焊接坡口表面氧化皮未能完全清除干凈，容易形成殘留熔渣，進(jìn)而引發(fā)焊接成型的金屬制品部分邊緣產(chǎn)生不熔合的問題[4]。

2.3 金屬材料焊接夾渣和焊瘤缺陷

夾渣缺陷屬于相對(duì)比較常見的缺陷，該缺陷問題主要是由于金屬制品的焊縫部位存在熔渣而產(chǎn)生的。一旦出現(xiàn)夾渣缺陷，會(huì)嚴(yán)重影響金屬材料的焊縫強(qiáng)度和金屬制品的整體焊接成型質(zhì)量。一般在操作過程中，如果焊接坡口切割不規(guī)范合理，就會(huì)留下一定數(shù)量的金屬氧化皮和相應(yīng)殘?jiān)?。同時(shí)，焊接成型操作過程中，如果相應(yīng)的焊接電流較小，也很容易在金屬制品焊縫處產(chǎn)生夾渣。

焊瘤缺陷是指在金屬材料焊接成型完畢后，在焊接的焊縫處周圍一定范圍內(nèi)形成的比較明顯的金屬瘤。這種金屬瘤不但容易破壞焊縫的強(qiáng)度，而且嚴(yán)重影響金屬制品整體外觀的美感。通常情況下這種缺陷問題主要是由于焊接過程產(chǎn)生的熔融態(tài)金屬在下墜過程中被其他因素影響并干擾導(dǎo)致的，這種情況一般與焊接成型過程中所用的焊接電流輸出控制不穩(wěn)定有一定關(guān)系，例如焊接電流輸出過大、焊接電弧放射行程過長(zhǎng)，都可能致使金屬制品表面產(chǎn)生焊瘤問題。

2.4 金屬材料焊接氣孔缺陷

金屬材料焊接氣孔缺陷在金屬材料的焊接成型過程中一般也比較常見，氣孔缺陷的多出現(xiàn)在焊接區(qū)域內(nèi)部、表面及其焊接接頭部位周圍等位置，無論出現(xiàn)在哪個(gè)部位，一旦產(chǎn)生了氣孔，相應(yīng)的金屬材料的焊接完整性就會(huì)被破壞，致使整體金屬制品的強(qiáng)度下降，不滿足使用要求。氣孔缺陷的產(chǎn)生原因一般是由于金屬材料焊接區(qū)域表面遺留雜質(zhì)和氧化皮等，整體金屬制品清潔不徹底等。例如在金屬材料焊接區(qū)域范圍內(nèi)有水滴或油質(zhì)物品，就會(huì)大概率提升氣孔缺陷產(chǎn)生的概率。在焊接時(shí)，相應(yīng)的水滴和油質(zhì)物品就會(huì)形成氣體，停留在焊縫區(qū)域周圍，從而使金屬材料焊接成型后產(chǎn)生氣孔。

2.5 金屬材料焊接咬邊缺陷

金屬材料焊接咬邊缺陷主要是指在相應(yīng)金屬材料焊接區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的比較明顯的凹陷邊緣，類似于在整體金屬材料中缺肉、掉邊角的情況，是金屬材料焊接成型過程中可能出現(xiàn)的缺陷之一。一般情況下，咬邊缺陷是在金屬材料焊接過程當(dāng)中會(huì)發(fā)生的，主要是因?yàn)楹附舆^程中出現(xiàn)焊接速度過快，產(chǎn)生局部大電流或者焊條角度不符合焊接要求等在金屬材料焊接熔合封閉時(shí)，沿著焊縫邊緣的凹坑沒有在第一時(shí)間快速填充熔融態(tài)金屬液而造成的。焊接咬邊缺陷的產(chǎn)生會(huì)使金屬材料的整體焊縫強(qiáng)度下降，破壞相應(yīng)材料焊接成型的整體性和美觀性[5]。

3 金屬材料焊接成型中缺陷問題的優(yōu)化控制策略

3.1 優(yōu)化選擇合適的焊接方式

根據(jù)金屬材料在焊接成型過程中容易產(chǎn)生的各種缺陷問題，應(yīng)當(dāng)給不同金屬材料優(yōu)化選擇相應(yīng)合適的焊接方式，確保整個(gè)焊接技術(shù)操作過程符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而減小因?yàn)椴僮鞑划?dāng)而產(chǎn)生相應(yīng)缺陷的概率。

在金屬材料焊接成型加工前，首先應(yīng)當(dāng)細(xì)致分析相應(yīng)的材料性質(zhì)和加工條件，然后根據(jù)對(duì)應(yīng)的金屬材料焊接質(zhì)量要求，優(yōu)化選擇合適的焊接方式。焊接操作人員應(yīng)該在操作前熟悉并明確相應(yīng)焊接操作技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，按照焊接方式使用頻率從高到低排列，從中進(jìn)行優(yōu)化選擇，并且要保證相應(yīng)的焊接操作人員能夠熟悉并掌握金屬材料的整個(gè)焊接技術(shù)流程。金屬材料焊接方式已經(jīng)選定時(shí)，應(yīng)該首先評(píng)定相應(yīng)的金屬材料焊接工藝，裁定在整個(gè)金屬材料焊接成型過程中，是否在焊接前后操作過程中產(chǎn)生矛盾的情形。對(duì)于可能產(chǎn)生的缺陷隱患，像是裂紋缺陷、夾渣缺陷明顯缺陷，應(yīng)當(dāng)及時(shí)采取合適的優(yōu)化控制策略[6]。

3.2 嚴(yán)格控制金屬材料的焊接參數(shù)

焊接參數(shù)是控制焊接質(zhì)量的一個(gè)重要因素，通過合理選擇相應(yīng)金屬材料的焊接參數(shù)，并在焊接成型操作過程中嚴(yán)格控制對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)，就能明顯減少金屬材料的各種缺陷隱患。例如焊接過程中焊接電流選擇不當(dāng)，就會(huì)產(chǎn)生若干種類的焊接缺陷?？梢愿鶕?jù)金屬材料焊接特點(diǎn)和焊接工藝，合理選擇相應(yīng)的焊接電流，確保焊接電流大小穩(wěn)定，從而提高金屬制品的整體焊接質(zhì)量。另外，金屬材料焊接成型過程中，對(duì)于焊接角度和焊接弧度的選擇也是焊接質(zhì)量不可忽視的重要影響因素，必須嚴(yán)格遵循相應(yīng)的金屬材料焊接成型技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來確定，以確保能夠有效控制對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)。

3.3 檢查金屬材料的整體焊接環(huán)境

一般情況下，金屬材料的焊接環(huán)境比較差，對(duì)于視覺、聽覺、觸覺等多方面都是有影響的。同時(shí)金屬材料的焊接環(huán)境也是整個(gè)焊接過程中質(zhì)量控制相對(duì)最不可控的部分。所以，在金屬材料焊接成型過程中，必須檢查好相應(yīng)材料的整體焊接環(huán)境，盡可能避免外界環(huán)境的不利因素的干擾。對(duì)于外界環(huán)境的監(jiān)控，需要重點(diǎn)監(jiān)控環(huán)境實(shí)時(shí)溫濕度變化、風(fēng)向和風(fēng)力大小等影響因素，以保證相應(yīng)的焊接環(huán)境條件能夠滿足相應(yīng)的焊接工藝需求，從而進(jìn)一步降低產(chǎn)生對(duì)應(yīng)焊接缺陷的概率。同時(shí)需要控制好焊縫狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)在完成焊縫坡口處理后，及時(shí)進(jìn)行清理待焊接區(qū)域，以免殘留雜質(zhì)和氧化皮，嚴(yán)重影響后續(xù)的焊接質(zhì)量[7]。

3.4 及時(shí)修復(fù)金屬材料的焊縫缺陷

在金屬材料焊接成型后，如果發(fā)現(xiàn)金屬制品焊縫處產(chǎn)生缺陷問題，應(yīng)該及時(shí)對(duì)其進(jìn)行修復(fù)完善。如果整體焊接環(huán)境溫度在0℃以下，應(yīng)當(dāng)對(duì)材料采取預(yù)加熱措施。對(duì)于有熱處理要求的金屬焊件，應(yīng)該在熱處理前修復(fù)缺陷，然后再進(jìn)行熱處理。一般情況下，若需要進(jìn)行補(bǔ)焊，應(yīng)該應(yīng)用小電流多層多道焊接方式，中間不允許停頓，從頭到尾需要一次補(bǔ)焊完成，應(yīng)該將預(yù)加熱溫度和層間溫度保持在100℃以上。在完成焊縫缺陷修復(fù)后，按照焊縫探傷要求重新進(jìn)行金屬探傷檢測(cè)，若焊縫修復(fù)不符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，可以繼續(xù)修復(fù)，直到探傷合格為止。

4 結(jié)語

綜上所述，在整個(gè)金屬材料焊接成型過程中，可能會(huì)產(chǎn)生一些常見的焊接質(zhì)量缺陷問題，對(duì)于每種缺陷問題的形成原因、影響作用、分布區(qū)域等進(jìn)行探討和分析，并以此為基礎(chǔ)，為焊接質(zhì)量缺陷控制提供一定的依據(jù)?？梢杂行嵘饘俨牧虾附映尚湍芰退?，從而進(jìn)一步提高金屬制品的整體焊接質(zhì)量。