合金管材焊接作業中產生裂紋的防控因素研究

梁向榮 崔彥龍

【摘 ?要】焊接技術作為合金工業生產中重要的環節之一，選擇合適的焊接方法以及合金材料都可以一定程度上避免裂紋的情況發生。本文將通過分析焊接作業中裂紋的種類以及其產生的原因，進行深入的研究討論。提出采取措施，來避免焊接作業中裂紋的情況出現。

【關鍵詞】合金管材：焊接作業：焊接裂紋

1、鋁合金材料焊接裂紋的種類以及產生原因

在合金焊接的過程中，導致焊接接頭出現裂紋的兩個主要原因分別是和金屬材料的性質、種類以及焊接方法的不同有著密不可分的關系，焊接裂紋會導致金屬結構的強度大幅度減弱，嚴重更會引起整個金屬結構受到破壞，因此一定要避免合金材料在焊接中出現裂紋。

1.1焊接裂紋種類

焊接裂紋情況發生的主要原因是由于在焊接的過程中，焊接處受到一定的外力因素，導致金屬原子之間不能進行正常的結合，從而出現裂紋情況。焊接過程并不是導致裂紋出現的唯一階段，由于其具有潛伏期，溫度的變化以及外界的壓力都將會一定程度上增大焊接處出現裂紋的幾率。根據裂紋部位可以大體將焊接裂紋分為兩種，分別為熱影響區裂紋、焊接金屬裂紋，前者主要包括顯微熱裂紋、層狀裂紋、焊趾裂紋。焊接金屬裂紋主要包括橫向裂紋、縱向裂紋、弧狀裂紋等。依據產生裂紋的溫度還可以分為冷裂紋以及熱裂紋，在鋁合金焊接中其一般溫度較高，因此熱裂紋是最為常見的，而相對的冷裂紋極為少見。

1.2焊接裂紋產生的原因

將焊接結晶可以規劃為三個階段，目的是為了便于更好的研究分析焊接裂紋產生的原因。

（1）液固階段

在高溫冷卻結晶時，只存在著較少的晶核，但由于冷卻時間的增加和溫度的不斷降低，晶核體積不斷增加，并伴隨新的晶核出現，在此階段液相占比要一直大于固相，并且兩個晶粒之間相互不接觸，對于沒有凝固的液態合金來說不存在任何的阻礙。即使近體之間存在著拉伸應力，但是被分離開的空隙，會被液態金屬及時填充，由此可以得出結論，在焊接的液固階段不會出現裂紋的情況

（2）固液階段

隨著結晶不斷的進行，熔池中的液相不斷減少，結晶核的體積不斷增大，當溫度降低到一定水平時，凝固合金內的金屬晶體就不斷的會發生碰撞，這時液態合金的流動受到了一定的影響導致這一情況的主要原因是因為在拉伸應力的作用下，被拉伸得縫隙無法及時的得到填充，在這個階段，若是收到外力的影響，機會有產生焊接裂紋的可能，因此固液階段又被稱之為“脆性溫度區”。

（3）完全固體階段

熔池內的合金金屬在達到完全凝固后，在拉應力表現后，會具有一定的抗壓力以及塑性，內部脆性溫度區較為狹小，拉應力在此區間的作用時間較短，因此在此階段發生翰接裂紋的情況較少，但是金屬成份較高，雜質少的金屬，其脆性溫度區較大，因此拉伸力在此區間作用時間要遠遠長于雜質較少的金屬，因此出現裂紋的幾率較大。

2、避免焊接裂紋產生的方法

通過對合金焊接產生熱裂紋的原因肌理進行深入的研究討論，得出可以通過冶金技術、焊接水平兩個方面進行改進，以此來降低在合金焊接時發生裂紋的幾率。

2.1改變其金屬自身結構

為了避免焊接裂紋的情況發生，可以通過使用改變焊接合金結構的方法以及加入矢量的變質劑，變質劑的主要是由元素微小的顆粒構成，目的是增強晶體的流動性，從而提高焊接點的穩定性，可以有效地改變其自身結構，其關鍵是在于通過減小晶粒體積來增加焊接處的塑型和牢固性，從而實現防止焊接裂紋的目的。在材料的選擇方面應選用規格較大、氧化區較少的焊絲，在使用的過程中要保利用率實現最大化，當合金材料的厚度較低時，可以試著采用坡口處理，結合實際情況對坡角度進行適當的改變，以此來提高焊接的精準度，焊接前應使用二甲基酮溶液或是鋼刷清理掉表面雜質，目的是為了防止雜質融到材料當中。

2.2提高焊接水平

在進行合金材料的焊接時，通過對其材質的嚴格把關可以大幅度的減少焊接裂紋情況發生的幾率，焊接裂紋會直接導致鋼結構的質量一落千丈。因此需要制定出更加規范的工藝操作標準，對原材料各項性能參數進行統計分析，來確保焊接工作的完整性，通過選用熱集中的焊接方法，將合金之間的焊縫進行鏈接，可以保證晶體在凝固期間的穩定性，從而提高焊接區域的抗壓、抗裂性。在焊接的過程中避免使用電流過大的情況出現，選擇電流較小的方式均勻慢速焊接，并防止液態金屬熔池的出現。

在焊接工藝中可以對合金材料進行預熱處理。通過消除晶體間的液態間層，來降低焊縫的剛性，和降低阻量數值，從而減少發生焊接裂紋的幾率。在使用焊接工藝進行工作時，適當減小材料與材料之間的距離，或是對其進行坡口處理過后，嚴格依照焊接規范操作流程開展焊接工作。

在焊接工作結束后應及時將焊接熱源移走，并將焊弧坑及時填埋，防止由于溫差過大而導致弧坑裂紋，在合金材料焊接結束后，應根據不同金屬的不同特性選用不同的氣體進行保護，保證氣體不會高溫下的金屬材料發生反應，在完成合金材料焊接后考慮到體積會發生變化，從而影響焊接質量，因此可以選用點狀式的敲擊方法，來實現焊縫的延伸現象，在敲擊時需要注意避免敲擊下方根部，容易會導致裂紋的出現，通過利用以上手段來確保焊接后合金的穩定性不會被外力形變所影響。

3、結語

由于合金材料本身的特性，導致在焊接階段若是選擇不當的焊接方法和材料就會導致產生裂紋，其裂紋部分硬度不容可觀，會導致整個合金材料受到破壞。在對合金材料在焊接前需要做好必要的準備工作，并根據規范標準的焊接技術進行焊接，避免焊接金屬發生形變，不但可以避免裂紋情況的出現，還能提高焊接部分的質量。

參考文獻：

[1]馮朝明.合金管材在焊接作業中產生裂紋的防控因素研究[J].智庫時代，2019（26）：236+238.

[2]賈全倉，楊淑霞.簡析鋼結構產生焊接裂紋的原因及其處理方法[J].科技視界，2018（05）：42+33.

[3]魏兆中.鋁合金焊接裂紋產生的原因和預防措施[J].黃河水利職業技術學院學報，2010，22（03）：50-51.

作者簡介：

梁向榮，男，本科，主要從事特種材料、焊接研究工作。

（作者單位：宣達實業集團有限公司）