金屬材料焊接成型中存在的缺陷及其控制措施

王海成

（甘肅省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測研究院，甘肅蘭州 730000）

近年來行業(yè)中對于金屬成型工作普遍采用金屬材料焊接工藝，金屬焊接是連接金屬的制造或雕塑過程，焊接時，經(jīng)過高溫加熱，工件和焊料間雖然可能熔化或不熔化，但之后都會將兩個金屬直接連接，過程中會產(chǎn)生焊縫。另外這個過程中，往往也還需要施加壓力來促進(jìn)焊件接合。

1 不同金屬材料焊接成型的特點(diǎn)

1.1 鋁鎂合金材料的特點(diǎn)

焊接成型特點(diǎn)：鋁鎂合金材料擁有極強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，同時兼具耐腐蝕、高強(qiáng)度，以及一定的可塑性能等，在航空、機(jī)械等行業(yè)普遍應(yīng)用。焊接時，高溫燃燒的作用下，鋁鎂合金材料很容易氧化，會產(chǎn)生裂縫、氣孔等問題，極大地影響了焊接質(zhì)量。

1.1.1 壓焊成型特點(diǎn)

一般鋁鎂合金壓焊主要采用攪拌摩擦焊、真空擴(kuò)散焊的技術(shù)。其中比較重要的是攪拌摩擦焊接技術(shù)，作為一種全新的技術(shù)，特點(diǎn)是在焊接時采用攪拌摩擦焊接方式，可以提升被焊接材料焊接縫的硬度。而傳統(tǒng)的真空擴(kuò)散焊則能夠在鋁鎂合金焊接時使用不相溶解的金屬材料。

1.1.2 鋁鎂合金溶焊特點(diǎn)

經(jīng)常使用的技術(shù)類型為TIG、激光焊、激光膠焊接等，該技術(shù)由于節(jié)省成本、效率較高而被利用，但是對鋁鎂合金焊接時，可能會產(chǎn)生出金屬化合物，需要后期清理。TIG 焊：焊接時擴(kuò)散層可能生成金屬化合物，導(dǎo)致焊接縫出現(xiàn)裂縫，因此在鍍錫焊接時，建議采用釬焊加溶焊的方式，能夠使接頭獲得更好的質(zhì)量，避免裂縫。激光焊：加熱時能夠在節(jié)省能量的同時迅速匯集熱能，對于熱敏感性高的材料進(jìn)行焊接時常采用激光焊技術(shù)。激光膠焊接：融合了膠接與電焊兩項(xiàng)技術(shù)，會使焊接過程獲得很高的靜載負(fù)荷能力，產(chǎn)生材料不易老化的性能。而且用激光膠技術(shù)，也不易產(chǎn)生氣孔和金屬化合物，日常工作中建議掌握激光膠焊接技術(shù)。

1.2 鈦合金材料的特點(diǎn)

（1）鈦合金材料擁有良好的物理性質(zhì)，包括較強(qiáng)的韌性以及耐酸堿性，可以被運(yùn)用到諸多高科技領(lǐng)域，如航空、化工等。

（2）鈦的化學(xué)性質(zhì)較活潑，當(dāng)溫度達(dá)到一定高度時，會和空氣中的氮、氧、氫離子等發(fā)生化學(xué)作用：250℃時，會與氫離子發(fā)生化學(xué)作用；400℃時，會與氧離子發(fā)生作用；600℃時，會與氮離子發(fā)生化學(xué)作用。因此在焊接時，要對鈦合金進(jìn)行保護(hù)措施，如使用惰性氣體，使鈦合金與空氣隔離，以防止出現(xiàn)離子化學(xué)反應(yīng)。另外，鈦合金電阻率很高，焊接時可能會比較耗費(fèi)人力、物力以及時間。

1.3 氬弧焊接的特點(diǎn)

純凈的氫氣化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，難以與鈦合金發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者熔合作用，也能夠避免鈦合金與空氣接觸。而且采取氬弧焊可以形成電弧把金屬當(dāng)中的氧化物清除，通常焊接時也會在瞬間產(chǎn)生局部的巨大熱量，這些都能夠極大程度地提高焊接質(zhì)量。不僅如此，由于焊接時形成的電弧比較穩(wěn)定，可以適用于薄金屬材料。

1.4 真空焊接的特點(diǎn)

為了防止鈦金屬與空氣中的活性氣體離子接觸產(chǎn)生化學(xué)作用，最好的方法便是在真空環(huán)境進(jìn)行作業(yè)操作，而且在真空環(huán)境下，還能使焊縫冷卻時間延長，可以使焊接過程更加細(xì)致，提高質(zhì)量。在真空環(huán)境中，還有一定的環(huán)保作用，可以降低輻射擴(kuò)散，減少對操作者的危害。

2 金屬材料焊接成型中存在的缺陷

2.1 焊縫夾渣問題

在金屬材料焊接成型過程中，焊縫中可能會產(chǎn)生熔渣，夾雜其中影響金屬材料的日后使用。熔渣主要發(fā)生于焊接過程中對焊縫周圍進(jìn)行切割之時，沒有采用合適的焊條，或者是焊接速度太快，或者是焊接時電流不足等原因所導(dǎo)致。據(jù)分析了解到，在選用焊條時，如果焊條較酸性，焊條燃燒時會因電流不足而產(chǎn)生熔渣；如果焊條較堿性，焊條燃燒時就會形成長電弧而產(chǎn)生熔渣。

2.2 焊縫出現(xiàn)裂紋問題

焊縫出現(xiàn)裂紋一般分為兩種類型——冷裂紋和熱裂紋。總體而言，在焊接金屬材料期間，會在焊接熱循環(huán)區(qū)域形成淬硬組織和擴(kuò)散氫，在焊縫冷卻后導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。冷裂紋還有一種形成可能，當(dāng)接頭承載了過度的約束力，導(dǎo)致后期裂紋出現(xiàn)。熱裂紋是指雜質(zhì)結(jié)晶凝固期間，可能會碰到強(qiáng)大的外部干擾，導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生收縮，造成金屬材料斷裂。

2.3 金屬材料未完全融合的問題

該問題是指在焊接成型時焊接接頭的根部并未全部熔透，導(dǎo)致焊縫層沒有被完全焊接。問題的出現(xiàn)除了人為操作不細(xì)致外，還有的是因?yàn)楹笚l直徑過大，或焊接裝配的縫隙偏小導(dǎo)致焊接過程中產(chǎn)生了長電弧，或者是焊接破口處沒有對氧化膜進(jìn)行徹底清理等原因所導(dǎo)致。

3 金屬材料的控制措施

3.1 防止夾渣出現(xiàn)的措施

盡可能選用合理尺寸的坡口尺寸，以提高清理坡口處熔渣的清除維護(hù)工作；把控好焊接速度和電流強(qiáng)度；選用合適的焊條。這些都將極大程度地降低夾渣出現(xiàn)概率。

3.2 防止焊接裂紋出現(xiàn)的措施

選用低氫型、干燥的焊條，減少氫在焊縫里的流失，同時可以對坡口上的氧化物、水分進(jìn)行清除；采用去氫方式清除淬硬組織，提高焊接結(jié)構(gòu)的韌性；降低焊接過程中所形成的應(yīng)力；設(shè)定符合需求和現(xiàn)況的焊接工藝參數(shù)，確保金屬材料焊接點(diǎn)的冷卻速度，以達(dá)到預(yù)防焊接裂紋出現(xiàn)的效果。而如果焊接裂紋已經(jīng)出現(xiàn)，則可以利用小電流、多層焊接的方式對裂紋進(jìn)行彌補(bǔ)和清除。

3.3 解決金屬材料未完全融合的措施

首先要選用合適的焊接坡口角度以及焊條直徑，把握好電流的速度和大小，在焊接之前，徹底清理坡口處上的雜質(zhì)、氧化物、水、油污等；其次，焊接時要防止熔渣的進(jìn)入，嚴(yán)格按照施工規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)；最后，在金屬材料焊接成型過程中，也要養(yǎng)成經(jīng)常檢查的習(xí)慣，及時發(fā)現(xiàn)問題，才能夠及時地采取措施進(jìn)行補(bǔ)救。

如果問題已經(jīng)出現(xiàn)，要采取符合流程的修補(bǔ)措施，要向領(lǐng)導(dǎo)及時匯報修補(bǔ)次數(shù)，保證焊接修補(bǔ)工作的安全性，并由專業(yè)人士在修補(bǔ)期間負(fù)責(zé)督導(dǎo)、檢修，從而進(jìn)一步避免焊接缺陷問題。一般建議修理、補(bǔ)救時，不要采用壓背水方式，而且應(yīng)該對預(yù)熱材料進(jìn)行提前的熱處理，可以進(jìn)一步防止金屬材料焊接成型出現(xiàn)未融合情況。而修補(bǔ)的方法具有很多種，一般建議采用不擺動、小電流、多層道焊接方式，而對于剛性較大的焊補(bǔ)缺陷，則可以輔助運(yùn)用錘擊的方式。

4 結(jié)束語

綜上所述，金屬材料的焊接成型過程會要求操作者掌握較高的焊接技術(shù)。由于金屬材料焊接水平將直接影響到金屬材料的成型，以及未來的使用效果。所以，必須認(rèn)真梳理金屬材料的各種特性，以及焊接過程中可能出現(xiàn)的問題，比如夾渣、裂紋、焊接縫未融合等缺陷，只有提高對于這些特質(zhì)的認(rèn)識，深刻了解問題出現(xiàn)后可能導(dǎo)致的重大影響，才能真正做到對于焊接質(zhì)量的重視程度。從業(yè)者們必須規(guī)范焊接技術(shù)的施工程序，不斷提升個人技能水平和經(jīng)驗(yàn)，提高從業(yè)責(zé)任，以確保焊接金屬材料的使用安全。