金屬材料焊接成型中存在的缺陷及其控制措施

王海成

（甘肅省特種設備檢驗檢測研究院，甘肅蘭州 730000）

近年來行業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，過程中會產生焊縫。另外這個過程中，往往也還需要施加壓力來促進焊件接合。

1 不同金屬材料焊接成型的特點

1.1 鋁鎂合金材料的特點

焊接成型特點：鋁鎂合金材料擁有極強的化學穩定性，同時兼具耐腐蝕、高強度，以及一定的可塑性能等，在航空、機械等行業普遍應用。焊接時，高溫燃燒的作用下，鋁鎂合金材料很容易氧化，會產生裂縫、氣孔等問題，極大地影響了焊接質量。

1.1.1 壓焊成型特點

一般鋁鎂合金壓焊主要采用攪拌摩擦焊、真空擴散焊的技術。其中比較重要的是攪拌摩擦焊接技術，作為一種全新的技術，特點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。而傳統的真空擴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

經常使用的技術類型為TIG、激光焊、激光膠焊接等，該技術由于節省成本、效率較高而被利用，但是對鋁鎂合金焊接時，可能會產生出金屬化合物，需要后期清理。TIG 焊：焊接時擴散層可能生成金屬化合物，導致焊接縫出現裂縫，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量，避免裂縫。激光焊：加熱時能夠在節省能量的同時迅速匯集熱能，對于熱敏感性高的材料進行焊接時常采用激光焊技術。激光膠焊接：融合了膠接與電焊兩項技術，會使焊接過程獲得很高的靜載負荷能力，產生材料不易老化的性能。而且用激光膠技術，也不易產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。

1.2 鈦合金材料的特點

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

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

1.3 氬弧焊接的特點

純凈的氫氣化學性質穩定，難以與鈦合金發生化學反應或者熔合作用，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中的氧化物清除，通常焊接時也會在瞬間產生局部的巨大熱量，這些都能夠極大程度地提高焊接質量。不僅如此，由于焊接時形成的電弧比較穩定，可以適用于薄金屬材料。

1.4 真空焊接的特點

為了防止鈦金屬與空氣中的活性氣體離子接觸產生化學作用，最好的方法便是在真空環境進行作業操作，而且在真空環境下，還能使焊縫冷卻時間延長，可以使焊接過程更加細致，提高質量。在真空環境中，還有一定的環保作用，可以降低輻射擴散，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，焊縫中可能會產生熔渣，夾雜其中影響金屬材料的日后使用。熔渣主要發生于焊接過程中對焊縫周圍進行切割之時，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致。據分析了解到，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生熔渣；如果焊條較堿性，焊條燃燒時就會形成長電弧而產生熔渣。

2.2 焊縫出現裂紋問題

焊縫出現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，會在焊接熱循環區域形成淬硬組織和擴散氫，在焊縫冷卻后導致裂縫的產生。冷裂紋還有一種形成可能，當接頭承載了過度的約束力，導致后期裂紋出現。熱裂紋是指雜質結晶凝固期間，可能會碰到強大的外部干擾，導致金屬材料產生收縮，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，導致焊縫層沒有被完全焊接。問題的出現除了人為操作不細致外，還有的是因為焊條直徑過大，或焊接裝配的縫隙偏小導致焊接過程中產生了長電弧，或者是焊接破口處沒有對氧化膜進行徹底清理等原因所導致。

3 金屬材料的控制措施

3.1 防止夾渣出現的措施

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工作；把控好焊接速度和電流強度；選用合適的焊條。這些都將極大程度地降低夾渣出現概率。

3.2 防止焊接裂紋出現的措施

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、水分進行清除；采用去氫方式清除淬硬組織，提高焊接結構的韌性；降低焊接過程中所形成的應力；設定符合需求和現況的焊接工藝參數，確保金屬材料焊接點的冷卻速度，以達到預防焊接裂紋出現的效果。而如果焊接裂紋已經出現，則可以利用小電流、多層焊接的方式對裂紋進行彌補和清除。

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、氧化物、水、油污等；其次，焊接時要防止熔渣的進入，嚴格按照施工規范和標準；最后，在金屬材料焊接成型過程中，也要養成經常檢查的習慣，及時發現問題，才能夠及時地采取措施進行補救。

如果問題已經出現，要采取符合流程的修補措施，要向領導及時匯報修補次數，保證焊接修補工作的安全性，并由專業人士在修補期間負責督導、檢修，從而進一步避免焊接缺陷問題。一般建議修理、補救時，不要采用壓背水方式，而且應該對預熱材料進行提前的熱處理，可以進一步防止金屬材料焊接成型出現未融合情況。而修補的方法具有很多種，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缺陷，則可以輔助運用錘擊的方式。

4 結束語

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。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，必須認真梳理金屬材料的各種特性，以及焊接過程中可能出現的問題，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的認識，深刻了解問題出現后可能導致的重大影響，才能真正做到對于焊接質量的重視程度。從業者們必須規范焊接技術的施工程序，不斷提升個人技能水平和經驗，提高從業責任，以確保焊接金屬材料的使用安全。