金屬材料焊接成型中的主要缺陷及控制方法分析

劉生濱

（中鐵長安重工有限公司， 陜西 西安 710032）

0 引言

在金屬材料加工中，焊接成型極為重要，這一環(huán)節(jié)直接關系著金屬材料的成型質(zhì)量，需要相關人員重點關注。在金屬材料焊接成型的過程中，常會發(fā)生一些問題，包括裂紋、氣孔等等，均降低了金屬材料成型的質(zhì)量。因此，相關人員要針對不同的缺陷問題進行控制，最大程度的保障焊接效果。

1 金屬材料焊接成型中的主要缺陷分析

1.1 熱裂紋問題

在金屬材料焊接成型的過程中，熱裂紋問題的出現(xiàn)極為容易。當焊縫所用的金屬在由液轉(zhuǎn)固的過程中，受到內(nèi)外部因素的影響而產(chǎn)生裂縫時，就意味著熱裂紋問題的發(fā)生。熱裂紋會引發(fā)金屬材料構件中其他結(jié)構的破壞[1]。其中，引發(fā)熱裂紋產(chǎn)生的外部因素主要為溶池純凈度不足、包含大量熔點較低的雜質(zhì)等，例如硫、銅等物質(zhì)。此時，就會由于熱脹冷縮的影響，導致熱裂紋的產(chǎn)生。

1.2 冷裂紋問題

冷裂紋也是在金屬材料焊接成型過程中常會發(fā)生的一種裂紋問題，與熱裂紋問題不同，其主要形成于金屬材料焊接成型的冷卻過程中。同時，形成原因也與熱裂紋形成原因有著明顯差異，主要是母材以及母材焊縫交接融合線位置產(chǎn)生的裂紋，一般在焊縫融合成型后的數(shù)小時或是數(shù)天后產(chǎn)生，存在著時間上的延遲。

1.3 焊瘤問題

焊瘤指的是正常焊縫外附著的多余焊著金屬。在平焊操作中，焊縫的產(chǎn)生原因主要如下：當熔池溫度過高時，會導致燒穿現(xiàn)象的產(chǎn)生，致使熔化鐵水下墜，最終在焊縫背面形成焊瘤[2]。在立焊操作中，焊縫的產(chǎn)生原因主要如下：當熔池溫度過高時，會使焊條深入過深，導致熔化金屬過多的流向背面，最終形成背面焊瘤；當焊接角度不當、移動速度過慢時，會形成正面焊瘤。在仰焊操作中，焊縫的產(chǎn)生原因主要如下：當焊接電流過大、焊條的移動不平均、運調(diào)幅度相對較小時，會使得金屬熔化溫度過高、結(jié)晶速度下降，在自重的應相信導致正面焊瘤的產(chǎn)生。

1.4 夾渣問題

在金屬材料焊接成型中，有非金屬固體存在于焊縫金屬中，或是在熔焊過程中出現(xiàn)夾雜物，則意味著夾渣問題的發(fā)生。從總體上來說，夾渣問題主要是由于電流小、焊速快、電弧長、操作工藝不當?shù)纫鸬模槍Σ煌暮附硬僮鳎瑠A渣問題的發(fā)生原因也有著一定的差異。例如，在平焊操作中，夾渣問題主要由于電弧吹不動熔渣、熔渣與鐵水未分離時熔池凝固、焊接速度過慢、焊接角度不正確等引起的；在立焊操作中，夾渣問題主要由于電弧擺動過快、未看清熔渣下淌等引起的。

1.5 氣孔問題

氣孔問題也是金屬材料焊接成型過程中常發(fā)生的問題。引發(fā)氣孔問題產(chǎn)生原因有很多，主要包括熔渣的氧化性、焊條的藥皮與焊劑、鐵水及水分、焊接方法、工藝參數(shù)、電弧長度、電流的種類與極性等。其中，若是熔渣的氧化性提升時，產(chǎn)生一氧化碳氣孔的概率也隨之增加，但是產(chǎn)生氫氣孔的概率降低；若焊條、焊劑受潮或是烘干操作不夠充分，或是空氣潮濕等，也會導致氣孔的產(chǎn)生概率增加。

2 金屬材料焊接成型中的缺陷控制的具體方法探究

2.1 熱裂紋問題的控制

結(jié)合上文的分析能夠了解到，金屬材料焊接成型中的熱裂紋問題的發(fā)生主要是由于熔池純凈度不足導致的。針對這一情況，相關人員在進行焊接的過程中，必須要保證熔池的純凈程度，并最大程度的避免雜質(zhì)落入熔池，降低金屬的冷卻速度。同時，為了更好的防止金屬材料焊接成型中熱裂紋問題的發(fā)生，還要重點落實以下操作：在焊接成型中，應當嚴格落實施工程序要求完成焊接操作，并結(jié)合實際情況確定焊接方式，保障焊接工藝的科學性；必須要控制焊接過程中的各項參數(shù)合理，控制焊接電流與工序，避免焊接失誤現(xiàn)象的出現(xiàn)[3]。

2.2 冷裂紋問題的控制

為了避免金屬材料焊接成型過程中冷裂縫問題的發(fā)生，相關人員要重點完成以下工作：在實際的焊接過程中，要盡可能選擇與使用低氫型焊條，避免氫氣大量聚集而引發(fā)的冷裂紋形成；應重點關注與控制焊條的保管工作，防止其由于受潮而導致性能降低；在焊接中，必須要將焊條放入保溫箱中保存，實現(xiàn)隨焊隨取；；可以使用分段退焊法，降低焊接應力的產(chǎn)生，避免冷裂紋問題的發(fā)生。

2.3 焊瘤問題的控制

相關人員要結(jié)合金屬材料焊接成型的不同工藝，使用針對性的策略避免焊瘤的產(chǎn)生。其中，為了避免平焊操作中焊瘤的產(chǎn)生，需要完成如下工作：控制熔池的實際溫度避免其或高，并使用適當?shù)暮附与娏鳎灰坏┌l(fā)現(xiàn)熔池水平位置瞬時下降的情況，則表明已經(jīng)燒穿，此時要立即滅弧。為了避免立焊操作中焊瘤的產(chǎn)生，需要完成如下工作：選定合適的焊接范圍與焊縫間隙，將焊接電流降低8%-10%；控制熔池溫度，在必要的情況下可以應用滅弧、挑弧的操作完成降溫；應當盡可能保證熔池形狀為橢圓形，可以在運條過程中左右擺動形成橢圓形；若是出現(xiàn)熔池溫度過高的情況，且在熔池下部產(chǎn)生“小鼓肚”，則應當使用左右擺動的運條形式實現(xiàn)降溫。為了避免仰焊操作中焊瘤的產(chǎn)生，需要完成如下工作：控制熔池溫度，將焊接電流降低10%-15%；提升在兩側(cè)的停留時間以及在中間運條的速度；重點觀察根焊時的熔池形狀與溫度，一旦出現(xiàn)金屬下墜的跡象，應當立即展開滅弧操作。

2.4 夾渣問題的控制

在控制金屬材料焊接成型過程中夾渣問題的產(chǎn)生時，除了要保證焊縫、焊條的清潔程度外，還要結(jié)合不同的焊接操作形式完成控制，具體的控制策略如下表所示：

表1 夾渣問題的控制

2.5 氣孔問題的控制

想要更有效的避免金屬材料焊接成型過程中氣孔問題的發(fā)生，相關人員要重點關注以下操作：保證焊劑與焊條藥皮中的氧化劑、脫氧劑組分適當，通過調(diào)整脫氧劑含量，能夠防止氣孔的產(chǎn)生；應在焊劑中適當加入造渣劑與合金劑，避免生成氣孔；應當在焊接前清除焊縫、焊絲等區(qū)域的污垢、雜質(zhì)、水分、油污、銹蝕等；必須控制焊接環(huán)境的濕度，確保焊接電弧 1米范圍內(nèi)的空氣濕度小于80%-90%，在焊接重點位置時，可以采取相關措施適當降低環(huán)境濕度；當焊條暴露在空氣中一定的時間后，應當展開重新烘干，不得使用未達標的焊接材料。

3 總結(jié)

綜上所述，在金屬材料加工中，焊接成型極為重要，這一環(huán)節(jié)直接關系著金屬材料的成型質(zhì)量。通過分析并了解不同主要缺陷的現(xiàn)象與成因，并落實熱裂紋問題控制、冷裂紋問題控制、焊瘤問題控制、夾渣問題控制、氣孔問題控制的相關措施，能夠避免金屬材料焊接成型中焊接缺陷的產(chǎn)生，更好的保證了金屬材料加工與成型的質(zhì)量。