論固體夾雜的分類與特點

馮濤

摘 要：固體夾雜是焊縫中殘留的固體異物，是一種表層下類型的非連續(xù)性缺陷。本文就固體夾雜的分類與特點進行了介紹。

關鍵詞：熱影響區(qū) 焊縫 夾渣 熔渣

固體夾雜是焊縫中殘留的固體異物，根據(jù)異物的屬性，分為非金屬夾雜和金屬夾雜兩大類，前者較為典型的是加渣、氧化物、硫化物夾雜，后者有夾鎢、夾銅及夾入其他金屬。

一、非金屬夾雜

非金屬夾雜是陷入焊縫內或融合線上非金屬夾雜物，這類固體異物是絕大部分電弧焊焊縫金屬中共有的。

1.夾渣

夾渣是由于焊接操作失誤和設計提供的接頭施焊通道不當造成的。接頭邊緣內的或通道之間的尖銳缺口往往會在熔融金屬下引起夾渣。仰焊時，為免除金屬下墜，熔融金屬凝固迅速，因此夾渣多于平焊。

焊縫中殘留的由造渣劑生成的熔渣，是手弧焊焊條藥皮、埋弧焊焊劑或其他形式焊劑在焊接過程中進入的產(chǎn)物，鑄態(tài)金屬或焊縫熔敷金屬中的夾渣形狀大多呈球形。如果尺寸并不太大，不至于影響金屬的機械性能。但經(jīng)軋制或鍛造等熱加工后被拉長擴展的熔渣，假如處于某些應力集中部位，將帶來隱患。

影響夾渣的因素，按上述可歸納為：

（1）溫度——溫度越高，熔渣在焊縫金屬內的溶解量越大，易于流動，夾渣聚合上升至表面越慢。

（2）熔體黏度——熔體越黏稠，冷卻越快，夾渣聚合上升至表面越慢。

（3）冷卻速度——凝固速度越快，留存熔渣的可能性越大，極易形成夾渣。

（4）攪拌作用——熔池攪拌強烈，殘留熔渣的概率增大。

2.非金屬夾雜物

一般工業(yè)用的鋼中，總有一些非金屬夾雜物，這在一般碳鋼焊接結構中問題不大，但隨著鋼材強度等級的提高和尖端產(chǎn)品的發(fā)展，鋼材中非金屬夾雜物成為冷裂縫、消除應力裂縫、疲勞破壞及脆性斷裂等的裂源。高強鋼對缺口非常敏感，鋼中的非金屬夾雜物恰恰引起缺口效應，導致應力集中，而且，常常造成位錯集聚，成為應力集中的重要因素。

（1）非金屬夾雜物的形成過程。

①氧化物夾雜。氧化物夾雜的類型、尺寸和分布狀況主要取決于焊絲、焊條藥皮或焊劑中所添加的脫氧劑，還取決于焊絲和木材中的含氧量。用硅—錳脫氧比用鋁脫氧在液固兩相之間析出的硅酸鹽多，因此黏度較高，硅酸鹽上浮困難，凝聚作用也受到抑制，發(fā)展成大型夾雜物的可能性也就比較小。

②硫化物夾雜。硫溶于鋼水中，但在固態(tài)鋼中的溶解度很小。鋼焊縫凝固時以金屬硫化物的形式沉淀，沉淀形式受其強烈偏析趨勢的影響。沉淀析出的金屬硫化物主要有FeS和MnS兩種。

（2）非金屬夾雜物對鋼機械性能的影響。非金屬夾雜物對沖擊韌性的影響主要在于焊縫金屬的含氧量。隨著硅酸鹽等夾雜密度的提高，焊縫金屬總氧量增多，這將降低埋弧焊縫沖擊韌性，提高MIG、TIG焊縫脆性轉變溫度。

（3）防止或減少非金屬夾雜物的措施。防止或減少非金屬夾雜物的唯一措施是改善鋼的純度。這些夾雜物是鋼焊縫金屬的組成部分，與鋼中的氧和硫共同存在，可以減少其數(shù)量，控制其大小，改善其形狀與分布，但絕不能完全避免。目前所能采用的措施有：采用純凈鋼母材與焊接材料和應用高溫處理。

二、金屬夾雜

在特定焊接條件下，一些金屬微粒會進入焊縫或熱影響區(qū)，如鎢極電弧焊時的夾鎢和利用銅墊板時的銅污染。

1.夾鎢

夾鎢是陷入焊縫金屬內的鎢顆粒。特別在以鎢極引燃電弧施焊時，如果鎢極浸入熔融金屬或焊接電流過大致使鎢熔滴過渡入焊縫金屬時極易產(chǎn)生夾鎢。由于鎢較鋼或鋁等易為射線吸收，因此，在X射線照相上呈現(xiàn)較為明亮的印記。

鋁及某些鋁合金的靜拉伸疲勞試驗證實，夾鎢是無足輕重的。實際使用中，除非尺寸較大，數(shù)量較多，夾鎢一般是無害的。

2.夾銅

使用銅墊板不慎局部熔化而使銅進入焊縫金屬即為夾銅，常見于焊縫背部表面或內側。據(jù)最近研究，由于銅或銅合金夾具磨蝕，進入焊接熱影響區(qū)會導致一種形式迥異的稱為銅污染裂縫的缺陷，這是夾銅的另一種形式。此中銅污染裂縫經(jīng)常出現(xiàn)在稍離熔化界面的熱影響區(qū)內，而又與熔合線不相連接。裂縫對合金類型有明顯的選擇性：與銅有較低的互溶性，與銅在固—液態(tài)間無金屬間化合物，與液態(tài)金屬間有障礙層。

3.夾入其他金屬

焊前或焊接過程中在接頭內加上一段或多段填充焊絲或零星余料的稱為填料頭，屬于夾入其他金屬的缺陷。這種現(xiàn)象在不負責任的操作中時有發(fā)生。顯然，這對于有強度要求的焊縫是非常有害的。

參考文獻：

[1]周敏惠，於美甫.焊接缺陷與對策[M].上海：上海科學技術文獻出版社，1989.

[2]于啟湛.鋼的焊接脆化[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992.

（作者單位：鄒城市技工學校）endprint