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(yàn)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(guò)程中出現(xiàn)的主要缺陷問(wèn)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(wèn)題、焊瘤及弧坑等，并針對(duì)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(duì)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(gè)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(shí)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(lái)，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(diǎn)，為了保證金屬材料的焊接質(zhì)量，提高金屬材料的實(shí)用率，需要針對(duì)金屬材料焊接缺陷做好措施應(yīng)對(duì)工作，防止金屬材料焊接缺陷的出現(xiàn)，提高我國(guó)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(wèn)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(guò)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(shí)間才顯現(xiàn)出來(lái)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(huì)對(duì)金屬焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響，如果不加防范，會(huì)對(duì)金屬應(yīng)用產(chǎn)生極大的危害[2]。

冷裂紋是常見(jiàn)的焊接裂縫，是在金屬焊接過(guò)程完成后的冷卻過(guò)程中焊接交界處的融合點(diǎn)出現(xiàn)的裂紋，這種類型的裂紋產(chǎn)生時(shí)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(lái)。冷裂紋的產(chǎn)生原因主要有三點(diǎn)：一是在金屬焊接過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一定量的氫氣，如果氫氣含量過(guò)多就會(huì)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(huì)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(shí)的溫度不合適會(huì)引起冷裂紋的出現(xiàn)。

熱裂紋是另一種常見(jiàn)的裂紋方式，和冷裂紋不同的是，熱裂紋是在金屬焊接過(guò)程中液體凝結(jié)時(shí)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(shí)，除金屬和焊條以外，必然存在其他熔點(diǎn)比較低的雜質(zhì)，相比之下，金屬熔點(diǎn)較高，雜質(zhì)凝固反應(yīng)也會(huì)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(wèn)題

在金屬材料焊接過(guò)程中，焊接未熔合現(xiàn)象是堅(jiān)決不允許存在的，未焊透現(xiàn)象對(duì)于雙面焊接的焊縫也是堅(jiān)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(diǎn)：第一，焊接母體尚未真正融化或者已經(jīng)開(kāi)始融化時(shí)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(méi)有完全熔掉時(shí)，金屬材料也沒(méi)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(shí)，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(méi)有做好，這些都會(huì)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(huì)加大焊接裂紋的出現(xiàn)幾率和裂紋面積，也會(huì)使焊接強(qiáng)度減弱。第三，在焊接過(guò)程中，用于焊接的裝配未能滿足焊接實(shí)際要求，比如在焊接裝配間隙過(guò)大、坡口角度太大或太小、焊接鈍邊太厚或者太薄，都會(huì)讓焊接操作出現(xiàn)失誤，特別是在焊接操作時(shí)，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(wèn)題[3]。焊接未熔合或是焊接未焊透缺陷都會(huì)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(wèn)題。

1.3焊接夾渣問(wèn)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(guò)程中，對(duì)于氣焊來(lái)說(shuō)，焊接邊緣會(huì)不同程度地存在氧割或者熔渣，在焊接時(shí)又未能及時(shí)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(shí)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(méi)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(duì)于TIG焊，出現(xiàn)金屬夾渣大多是由于焊接電流密度過(guò)大使焊絲達(dá)到熔點(diǎn)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(guò)長(zhǎng)或者焊接極性偏差引起的焊接夾渣，都會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量造成不利影響。

1.4焊接氣孔問(wèn)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(shí)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(shí)，沒(méi)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(shí)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(huì)出現(xiàn)氣孔，還會(huì)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(huì)積累更多的氣孔。焊接時(shí)，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(kāi)始時(shí)，沒(méi)有正確規(guī)范使用焊條，焊條會(huì)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(huì)給焊接質(zhì)量帶來(lái)不利影響。

1.5其他焊接問(wèn)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(wèn)題、焊瘤及弧坑這類問(wèn)題，這些問(wèn)題的存在也會(huì)不同程度地對(duì)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(huì)減小焊接母體材料接頭工作界面，無(wú)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(yùn)行速度不均勻、電流過(guò)大或者過(guò)小引起電弧過(guò)長(zhǎng)，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(wèn)題，不僅會(huì)影響到金屬材料的使用壽命，引起金屬材料的浪費(fèi)，也會(huì)給金屬材料的使用人群帶來(lái)人身危害和財(cái)產(chǎn)損失，所以應(yīng)針對(duì)金屬焊接過(guò)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(duì)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(shí)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(shí)，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(guò)程出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)；最后，一定對(duì)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(wèn)題的措施

針對(duì)金屬材料焊接的面積、直徑大小，對(duì)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(guò)程中，選用合理幅度擺動(dòng)焊條，關(guān)注焊接過(guò)程中兩端金屬材料的變化情況，在進(jìn)行焊接封底時(shí)，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(wèn)題的措施

在金屬焊接過(guò)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(shí)選取的焊條是酸性的，就需要在焊接時(shí)加大電流強(qiáng)度；如果焊接時(shí)選取的焊條是堿性的，就需要在焊接時(shí)控制好電弧長(zhǎng)度，避免因電弧過(guò)長(zhǎng)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(shí)，做好坡口邊緣清理工作，保證在焊接時(shí)邊緣無(wú)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(wèn)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(shí)清理焊接坡口出現(xiàn)的水分、油污和銹斑，確保不會(huì)因化學(xué)反應(yīng)造成焊接氣孔的頻繁發(fā)生，同時(shí)，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(wèn)題的措施

焊接時(shí)，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(guò)低時(shí)，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(shí)工藝技術(shù)的選擇，同時(shí)，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(yǔ)

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(duì)金屬材料焊接中的缺陷問(wèn)題進(jìn)行防范，一旦發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，就要對(duì)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(dòng)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(duì)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(duì)措施[J].民營(yíng)科技，2012（8）：39.

[7]牟春樹(shù).電廠焊接中常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題的原因及解決對(duì)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。