金屬材料焊接成型中的主要缺陷及控制措施

羅 剛

（酒泉職業(yè)技術學院，甘肅酒泉 735000）

目前許多行業(yè)在發(fā)展過程中，都會使用到金屬產(chǎn)品，這些金屬產(chǎn)品的生產(chǎn)也離不開金屬材料的加工處理，焊接作為常用的生產(chǎn)手段，其焊接質量也將直接影響到產(chǎn)品成型質量。針對金屬材料焊接成型過程中常見缺陷的原因，擬定相應的處理對策，不僅可以提高焊接效果，而且能夠提升金屬產(chǎn)品質量，推動行業(yè)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

1 影響金屬材料焊接成型的因素

1.1 氧化物因素

基于以往應用經(jīng)驗可以得知，在金屬材料焊接過程中，其焊接時的溫度在800~1 400℃，在此高溫作用下，很容易產(chǎn)生氧化物。待金屬氧化物產(chǎn)生后，其熔化后填充時無法很好地潤濕母材表面，這樣在氧化物凝固之后，也會造成結合處非常脆弱，強度只有常規(guī)狀態(tài)下的60%~80%，從而增加金屬產(chǎn)品裂縫問題的發(fā)生概率。尤其是鎂、鉻、鈦等活性較大的金屬材料，在800℃~1 400℃的焊接溫度下產(chǎn)生的氧化物數(shù)量眾多，將直接影響到焊接質量。對此在開展金屬焊接時，一般都會在保護氣或真空環(huán)境下進行焊接，或者使用助焊劑來參與焊接，從而提高焊接質量的可靠性，達到既定的焊接要求。

1.2 蒸汽壓因素

結合以往實踐資料可以得知，超過90%的金屬材料在應用中，均不會產(chǎn)生較高的飽和蒸汽壓，但是有些金屬材料在應用中，則會產(chǎn)生較高的飽和蒸汽壓，如鎘和鋅，在焊接溫度超過400℃時，其飽和蒸氣壓也會增加，此時便會損壞填充料中的相關元素，導致20%~40%的成分缺失，無法達到預期的生產(chǎn)要求，從而影響到金屬成品的生產(chǎn)質量?；诖耍枰侠砗Y選合金材料，期間也需要考慮蒸汽壓因素帶來的影響，以此來避免填充料質量較差時，帶來金屬焊接質量不足的問題。

1.3 熱環(huán)境因素

從實際應用情況來看，在金屬材料焊接過程中，熱環(huán)境因素也會帶來較大的負面影響。在對金屬進行焊接時，如果焊接時的溫度超過材料再結晶溫度（一般會超過1 000℃），那么此時也會造成加工硬化的問題，使得焊接后金屬材料的強度下降10%~15%，而且晶粒也會在此溫度下變粗3%~10%，從而影響到結構的焊接質量?；诖耍趯嶋H應用中也需要做好加熱溫度、加溫時間的控制工作，以此來確保焊接節(jié)點的均衡性，減少結構變形問題的發(fā)生概率。

1.4 基材因素

除上述提到的影響因素外，在焊接作業(yè)中基材因素也會帶來較多影響。在具體作業(yè)中，金屬母材會和填充料產(chǎn)生交互作用，主要體現(xiàn)在母材潤濕性的提升，焊接點機械性質的提高。為使填充料對金屬母材的潤濕性更好，或是促使填料熔點下降，可以通過改進填料來實現(xiàn)，一般會在填料中增添一些像鈦元素這樣的活性元素。但需要注意的是當填料成分改變后，就一定要在作業(yè)中有效規(guī)避金屬化合物的形成，以避免其對焊接點的強度產(chǎn)生不良影響。除此之外，還應當注意在金屬材料硬焊接中，需要預防母材和填充料之間出現(xiàn)合金化。

2 金屬材料焊接成型中的主要缺陷

2.1 裂紋缺陷

在金屬材料焊接成型處理中，焊接裂紋的出現(xiàn)是最為常見的一個方面，同樣也是對于后續(xù)金屬產(chǎn)品應用影響極大的一個問題表現(xiàn)。這種焊接裂紋在具體處理中主要表現(xiàn)為熱裂紋和冷裂紋兩種基本類型。熱裂紋的出現(xiàn)主要就是指在金屬焊接過程中，其由液態(tài)結晶轉化為固態(tài)的過程中，因為一些不當操作，或者是外界環(huán)境的不良威脅，最終形成的一些裂紋缺陷，在焊接操作完成后會直接表現(xiàn)，比如所用金屬材料的質量不佳，含有過多的雜質，或者是相應焊接周圍環(huán)境的濕度不合理，都會嚴重干擾其整體焊接效果，出現(xiàn)熱裂紋。冷裂紋則主要是指相應金屬材料在焊接完成后的冷卻過程中出現(xiàn)了較為明顯的裂紋現(xiàn)象，其除了在焊后直接表現(xiàn)出來之外，還會在焊接完成后的幾天，甚至是更長時間后出現(xiàn)，具備更為突出的不可控特點，該類裂紋的出現(xiàn)主要就是因為焊縫的處理不當造成的，相應焊縫區(qū)域出現(xiàn)了淬硬組織，并且產(chǎn)生了較為明顯的約束應力，形成了裂紋表現(xiàn)。

2.2 焊縫折斷缺陷

結合信息技術統(tǒng)計結果顯示，在金屬材料焊接過程中，也會出現(xiàn)5%~10%的焊縫折斷缺陷，從而影響到焊縫區(qū)域的整體性。而此類問題的出現(xiàn)，會在受到70%~80%預期壓力時，導致金屬材料出現(xiàn)折斷或者突變的情況，進而影響到金屬產(chǎn)品的應用價值。導致此類缺陷出現(xiàn)的具體原因如下：

（1）在焊接過程中，其操作過程的規(guī)范性較差，從而導致無法充分焊透或者無法充分融合的情況，進而影響到焊接區(qū)域的施工質量。

（2）在焊接時其角度不滿足要求，在角度偏差超過5°后，也將導致焊接結果較差的情況，影響到最終的成品質量。

（3）在對焊條進行選擇時，其質量無法滿足相關焊接要求，或者在焊縫處理時沒有及時進行清潔，從而造成結構未焊透的情況，影響到最終的焊接質量。

2.3 夾渣缺陷

進行金屬材料焊接處理時，也容易出現(xiàn)夾渣缺陷（圖1），此類問題所帶來的危害性較大。具體體現(xiàn)在焊縫中有熔渣混入，降低3%~7%的結構整體性，結構強度也會因此下降15%~25%。導致此類問題出現(xiàn)的主要原因如下：

圖1 夾渣缺陷示意圖

（1）焊縫區(qū)域在切割處理時，存在不合理的問題，這樣也導致結構焊接時遺留了數(shù)量較多的殘渣，從而增加12%~15%的夾渣缺陷。

（2）在對焊條進行選擇時，其合理性相對較差，無法滿足相應的焊接要求，從而導致了夾渣缺陷。

（3）在焊接過程中其操作電流較小，使得焊接結果較差，從而造成夾渣問題，影響金屬材料的焊接質量。

2.4 氣孔缺陷

按要求進行金屬材料焊接處理時，也存在氣孔缺陷問題，其帶來的危害性也非常突出。此類缺陷主要是指，在焊接區(qū)域的表面、內(nèi)部、邊緣等位置，出現(xiàn)較為明顯的氣孔問題，從而影響到金屬材料整體的焊接質量。導致此類問題的出現(xiàn)原因如下：在焊接區(qū)域的處理中，相關人員沒有按要求進行清潔，這也使得焊接區(qū)域造成油污或水分問題，導致大量氣體問題，從而形成氣孔問題。而且這些產(chǎn)生的氣泡也會在焊縫周圍進行滯留，這樣也使得焊接整體質量出現(xiàn)問題，降低了焊接結果的可靠性[1]。

2.5 咬邊缺陷

結合信息技術統(tǒng)計結果顯示，在金屬材料焊接過程中，也會出現(xiàn)3%~8%的咬邊缺陷（如圖2所示），并且在此類問題的影響下，也會降低金屬材料15%~30%的綜合強度，影響結構的美觀性。導致此類問題出現(xiàn)的主要原因如下：在焊接時沒有遵循相應的焊接要求，使得焊接過程中通過電流過大，從而導致此類缺陷問題的出現(xiàn)[2]。另外，在焊接過程中，如果其焊接速度過快，也會導致焊縫區(qū)域的均勻度出現(xiàn)不足的情況，從而導致凹陷問題，影響到結構的完整性。

圖2 咬邊缺陷示意圖

2.6 焊瘤缺陷

除上述提到的焊接缺陷問題外，進行金屬材料焊接時，仍存在5%~8%的焊瘤缺陷（圖3），此類問題的出現(xiàn)也會使金屬材料強度下降至少10%，同時也會影響到焊縫美觀性。此類缺陷問題的出現(xiàn)，其主要原因在于，在800~1 400℃溫度下液態(tài)金屬下墜過程不合理，使得焊接處出現(xiàn)堆砌問題，導致焊瘤缺陷。同時在焊接時其電流過大或者焊接弧長超出要求，這也將導致焊瘤缺陷問題，影響到結構的焊接質量[3]。

圖3 焊瘤缺陷示意圖

3 金屬材料焊接成型缺陷的控制措施

3.1 合理選擇焊接方式

（1）對于待焊接時的材料性質進行梳理，以此來選擇相匹配的加工方式，同時參考金屬材料的焊接標準，來合理篩選焊接方式，借此來確保焊接質量的合規(guī)性。

（2）在對金屬材料焊接時，也需要梳理相應的焊接要求，并且也需要整理金屬材料的焊接流程，從而提高焊接結果的規(guī)范性。此過程中也會使用到仿真技術，以此來討論所選焊接方式是否滿足要求，從而提高所選焊接方式的合理性與可靠性。

（3）做好相應的預防工作，針對焊接過程中存在缺陷也需采取措施進行處理，以確保金屬材料焊接工作的有序展開。

3.2 合理控制焊接參數(shù)

通過合理控制焊接參數(shù)，能夠提高焊接過程的有序性，以提高金屬材料焊接成型效果。在具體實踐中，也需要注意以下內(nèi)容：

（1）根據(jù)所選焊接材料的特征與性質，篩選恰當?shù)暮附訁?shù)，涉及焊接方式、焊接時通過電流、焊接機械規(guī)格等，從而確保所擬定參數(shù)的合理性，滿足相應的施工要求。

（2）在焊接過程中，也需要做好焊接弧度、焊接角度等參數(shù)的控制工作，以此來提高焊接結果的準確性。

（3）如果金屬材料的零部件在焊接時出現(xiàn)了較大鈍邊，那么此時也需要做好焊接速度的控制工作，確保部件100%被焊透，從而提高金屬材料的成型質量，將焊接結果的合格率提高到95%以上。

3.3 搭建良好的焊接環(huán)境

（1）在金屬材料焊接工作開始前，也需要做好周圍環(huán)境的審查工作，及時采取全方位監(jiān)測來了解外部環(huán)境的變化情況，內(nèi)容涉及濕度、風荷載等，以此來為人員搭建有利于焊接工作順利進行的環(huán)境，從而降低焊接缺陷問題的發(fā)生概率。

（2）在焊接工作開展過程中，也需要加強焊縫檢查與監(jiān)督工作，以此來減少焊接時的問題，并且在焊接工作結束后，也需要及時清潔焊縫表面，從而為后續(xù)工序的順利推進奠定基礎，將焊接問題發(fā)生概率下調(diào)到5%以內(nèi)。

3.4 做好焊接過程控制

做好焊接過程控制，能夠及時發(fā)現(xiàn)焊接時存在問題，提高金屬材料焊接成型質量的可靠性。從實際應用情況來看，應做好全過程監(jiān)控管理工作，這樣也可以對焊接過程中存在問題進行實時監(jiān)督，以減少焊接質量問題。例如，在預防焊接氣孔缺陷問題時，需要提前清理好坡口，將表面上存在的油污和水分及時清除，以此來提高金屬材料的潔凈度。期間也會使用烘烤的方式來蒸發(fā)材料表面水分，使其具備良好的干燥性，并且所使用的焊絲也需滿足質量要求，合理控制焊條電弧長度，從而減少焊接缺陷，將金屬材料焊接合格率提升到97%以上。

3.5 及時修復焊接缺陷

通過及時修復焊接缺陷，可以進一步提升金屬材料成型質量，提高資源利用效率。從實際應用情況來看，在對其進行重新焊接處理時，不能在帶壓或背水狀態(tài)下進行補焊，同時在焊接時的溫度也需要控制在0℃以上，如果外界達不到此條件，也需要提前進行預熱，以營造良好的焊接環(huán)境。而且在補焊的過程中，也會使用到小電流、多層多道法進行焊接，期間需要確保整個過程的連續(xù)性，焊接時的溫度也不能低于100℃。另外，在焊接工作結束后，也需利用超聲波探傷儀、磁力探傷檢測儀來進行測定，直到符合標準要求后才可以使用。

4 結束語

合理選擇焊接方式，可以減少焊接時的缺陷問題，合理控制焊接參數(shù)；能夠提高焊接過程的有序性，搭建良好的焊接環(huán)境；可以加快焊接活動的推進速度，做好焊接過程控制；能夠及時發(fā)現(xiàn)焊接時存在問題，及時修復焊接缺陷；可以進一步提升金屬材料成型質量。通過采取恰當措施來提高金屬材料成型質量，對于促進行業(yè)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展有著積極的意義。