金屬材料焊接成型中的主要缺陷及控制措施

羅 剛

（酒泉職業技術學院，甘肅酒泉 735000）

目前許多行業在發展過程中，都會使用到金屬產品，這些金屬產品的生產也離不開金屬材料的加工處理，焊接作為常用的生產手段，其焊接質量也將直接影響到產品成型質量。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品質量，推動行業經濟的可持續發展。

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，很容易產生氧化物。待金屬氧化物產生后，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，強度只有常規狀態下的60%~80%，從而增加金屬產品裂縫問題的發生概率。尤其是鎂、鉻、鈦等活性較大的金屬材料，在800℃~1 400℃的焊接溫度下產生的氧化物數量眾多，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，均不會產生較高的飽和蒸汽壓，但是有些金屬材料在應用中，則會產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要求，從而影響到金屬成品的生產質量。基于此，需要合理篩選合金材料，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 熱環境因素

從實際應用情況來看，在金屬材料焊接過程中，熱環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。基于此，在實際應用中也需要做好加熱溫度、加溫時間的控制工作，以此來確保焊接節點的均衡性，減少結構變形問題的發生概率。

1.4 基材因素

除上述提到的影響因素外，在焊接作業中基材因素也會帶來較多影響。在具體作業中，金屬母材會和填充料產生交互作用，主要體現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，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，就一定要在作業中有效規避金屬化合物的形成，以避免其對焊接點的強度產生不良影響。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，焊接裂紋的出現是最為常見的一個方面，同樣也是對于后續金屬產品應用影響極大的一個問題表現。這種焊接裂紋在具體處理中主要表現為熱裂紋和冷裂紋兩種基本類型。熱裂紋的出現主要就是指在金屬焊接過程中，其由液態結晶轉化為固態的過程中，因為一些不當操作，或者是外界環境的不良威脅，最終形成的一些裂紋缺陷，在焊接操作完成后會直接表現，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境的濕度不合理，都會嚴重干擾其整體焊接效果，出現熱裂紋。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了較為明顯的裂紋現象，其除了在焊后直接表現出來之外，還會在焊接完成后的幾天，甚至是更長時間后出現，具備更為突出的不可控特點，該類裂紋的出現主要就是因為焊縫的處理不當造成的，相應焊縫區域出現了淬硬組織，并且產生了較為明顯的約束應力，形成了裂紋表現。

2.2 焊縫折斷缺陷

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

（1）在焊接過程中，其操作過程的規范性較差，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，也容易出現夾渣缺陷（圖1），此類問題所帶來的危害性較大。具體體現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%。導致此類問題出現的主要原因如下：

圖1 夾渣缺陷示意圖

（1）焊縫區域在切割處理時，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，在焊接區域的表面、內部、邊緣等位置，出現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原因如下：在焊接區域的處理中，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

結合信息技術統計結果顯示，在金屬材料焊接過程中，也會出現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[2]。另外，在焊接過程中，如果其焊接速度過快，也會導致焊縫區域的均勻度出現不足的情況，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，其主要原因在于，在800~1 400℃溫度下液態金屬下墜過程不合理，使得焊接處出現堆砌問題，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

通過合理控制焊接參數，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，也需要注意以下內容：

（1）根據所選焊接材料的特征與性質，篩選恰當的焊接參數，涉及焊接方式、焊接時通過電流、焊接機械規格等，從而確保所擬定參數的合理性，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 搭建良好的焊接環境

（1）在金屬材料焊接工作開始前，也需要做好周圍環境的審查工作，及時采取全方位監測來了解外部環境的變化情況，內容涉及濕度、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境，從而降低焊接缺陷問題的發生概率。

（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，從而為后續工序的順利推進奠定基礎，將焊接問題發生概率下調到5%以內。

3.4 做好焊接過程控制

做好焊接過程控制，能夠及時發現焊接時存在問題，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；能夠提高焊接過程的有序性，搭建良好的焊接環境；可以加快焊接活動的推進速度，做好焊接過程控制；能夠及時發現焊接時存在問題，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，對于促進行業經濟可持續發展有著積極的意義。