探究金屬材料焊接中的缺陷及防治措施

陳 濤

（維升特建筑系統（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215400）

不同類型的焊接工藝一直都在焊接金屬材料時發揮著重要的作用，不同類型的焊接工藝內部確實存在著一定的差異。因此，進行金屬焊接的工作人員只有有效地分析存在于金屬材料內部的缺陷才能夠更好地提出針對性的措施，避免在焊接金屬時出現新的問題。

1 金屬材料焊接概述

1.1 金屬材料焊接定義

金屬材料焊接指的是讓不同的金屬材料能夠在一定的焊接規范、焊接結構和焊接形式的基礎上獲得優質焊接能力的過程。如果可以通過針對一種金屬來采用合適的金屬焊接工藝，自然就可以使得該金屬表現出多種焊接功能。

從理論上看，如果可以在熔化的狀態下形成不同形式的合金，實際都可以更好地實現高效焊接。而原則性的焊接過程又被稱為物理焊接，但是這種焊接方式并不表明任何材料可以匹配任何不同形式的焊接方法。即便是同一種金屬在不同的焊接方法的背景下也可以表現出很大的差異[1]。

從上述的分析可以看出金屬材料的焊接不僅和材料自身的特性有著直接的關系，實際也和不同的焊接工藝有著一定的關系。隨著焊接工藝的變化，即便是同一種焊接材料，其內部的焊接性能也會有所不同。

1.2 影響金屬材料焊接的重要因素

1.2.1 材料因素

從物理角度看，包括金屬的熔點、導熱率、密度和其他不同的因素都會對整個金屬加工的過程產生不同的影響。如果采用了不同的材料不僅會直接影響材料的性能，更會影響材料焊接的工藝。類似不銹鋼一類的焊接材料都會在焊接時產生較大的溫差，內部也會存在較大的變形，最終讓材料無法發揮原本的作用。

從化學的角度看，碳元素的含量會最終決定金屬的性能和質量。如果金屬內部碳元素的量較多，則其可焊接性較差，如果含碳量小于0.25%，則可焊接性較強。容易被焊接的金屬不僅可以在較短的時間內被處理，更可以提升焊接的質量。

不同種類的焊接材料勢必會參與不同的化學反應，化學反應的過程勢必會直接決定焊接金屬的成分、組織和不同的性能。如果在加工時沒有直接和母材進行匹配，則不能夠獲得高質量的金屬。從上述一系列分析可以看出只有選擇高質量的焊接材料才能夠更好地保證焊接金屬的質量。

1.2.2 工藝因素

金屬焊接時的工藝因素主要是由焊接方式、焊接參數、焊接順序和其他不同的處理工藝組成。不同的焊接工藝對焊接的過程會產生不同的影響。不同類型的焊接方法在工藝、熱能、能量密度和其他不同的工藝方面都會有很大的差別，存在于不同熱源下的金屬自然也會顯示出不同的焊接性能。例如，常見的電渣焊接雖然功率較大，但是整體能量密度不高，使得其加熱的溫度也會有所不同，真正處理時必須咬采用正火處理的策略。

1.2.3 結構因素

不同的焊接接頭和焊接設計形式會直接影響金屬材料的性能。包括材料形狀、尺寸、厚度和不同的形式都會直接影響焊接的過程。不同類型的接口其傳遞熱的方向和速度也會有所不同，如果沒有采用合適的方法進行處理，勢必會直接影響熔池結晶生長的方向。因此，在設計金屬結構時必須通過有效地減少接頭的剛度和交叉縫來更好地解決不同類型金屬結構所產生的問題。

1.2.4 使用條件

只有采用合適的使用方法才能夠提升金屬焊接的質量。實際在低溫條件下工作時一定要讓金屬具有一定的抗脆性和抗斷裂的性能；在高溫中工作時需要讓其具備一定的抗蠕性能；在交變荷載條件下進行工作則需要其具有一定的抗疲勞性能；在酸堿條件下進行工作時需要讓不同的容器有一定的耐腐蝕性能。從上述的分析可以看出，施工條件的苛刻會對金屬性能提出更高的要求，實際更不能夠直接保證材料焊接的性能。

2 金屬材料在焊接中存在的缺陷

2.1 熱裂縫

熱裂縫指的是當金屬在進行液態結晶時所產生的裂縫，一般這種裂縫重點發生在焊接過程中，在完成焊接之后就可以馬上被發現。產生熱裂縫的原因主要包括如下幾點：第一，如果在焊接的過程中存在熔點較低的雜質則這些雜質會在焊接的過程中凝固地較慢。第二，即便將這些雜質直接凝固之后，其可塑性和強度都會顯得較低[2]。

2.2 冷裂縫

所有的冷裂縫都是在焊接融合過程中出現在融合線上的裂縫，冷裂縫可能在較短的時間內發生，也有可能在完成焊接之后的幾個小時發生。產生冷裂縫的原因包括如下幾點原因：第一，在焊接熱循環影響區內部形成淬硬組織；第二，如果焊接縫內部的熱影響區域內出現較多的擴散氫，則會在之后的一段時間內出現冷裂縫。

2.3 焊接氣孔

在焊接常見的金屬材料時也很容易出現氣孔。如果焊接人員沒有在工作中直接清除存在于邊緣地帶的雜物，自然會使得坡口邊緣存在較多的油污，如果沒有采用合適的方法來處理這些油污，自然會影響到金屬焊接的質量，久而久之金屬材料內部就會存在氣孔。此外，如果焊接人員沒有采用合適的焊接標準來直接處理焊條，則會使得焊接氣孔的問題進一步加劇。

2.4 未焊接透金屬

在實際焊接金屬時，很多種類的額金屬并沒有被焊接透徹，實際也無法在第一時間直接融合材料，不同的金屬材料自然無法實現完整焊接。在實際焊接材料時，正因為不同類型的電流之間確實存在不同的差異，所以在焊接的過程中勢必會產生不同的雜質，如果此時又沒有直接焊透金屬，自然使得金屬的牢固性無法更好地被保證，如果后續焊接的強度又會不斷地增強，金屬內部容易在第一時間出現斷裂的現象。

2.5 其他不同的焊接缺陷

在實際焊接金屬材料時會出現如下幾個方面的缺陷：第一，因為金屬內部的化學成分不達標或者焊接過程中對金屬元素造成損害而使得金屬內部的化學元素發生變化。如果焊接縫隙內部的組織不符合相關的要求，自然會使得焊接縫自身的力學性能得以下降，實際還是會影響接頭的性能。第二，如果在焊接時沒有對坡口進行徹底清理自然會使得內部存在諸多氫氣孔，甚至會在焊接的過程中存在較多的水分和油污。第三，如果焊接的過程中沒有掌握合適的焊接角度，就會使得焊接縫的邊緣出現諸多凹陷。如果沒有能夠直接填充金屬又會出現咬邊的現象，這樣不僅可以直接減少金屬材料的用量，更可以降低其抗壓性能，最終產生新的裂縫。

3 防止金屬材料中存在缺陷的措施

可以采用如下幾點對應的措施來更好地防止金屬材料中存在的缺陷。

3.1 防止熱裂縫的措施

可以采用如下幾點措施來防止熱裂縫的產生：第一，注意在焊接時認真貫徹執行相關的工藝規程，并注意在焊接時盡可能地減少焊接產生的應力。第二，注意在焊接時盡可能地控制焊接的參數，最終才能夠在降低冷卻速度的基礎上防止產生新的熱裂縫；第三，注意更好地提升焊接過程中的形狀系數，注意盡可能地配合小電流來進行施工作業，這樣才能夠防止因為大電流而產生的焊接問題；第四，注意盡可能采用多層焊接的方式進行焊接，為的是在最后更好地提升焊接的質量。

3.2 防止冷裂縫的措施

注意在焊接時通過采用如下幾種措施來防止冷裂縫的產生：第一，注意在焊接的過程中采用低氫型的焊條，這樣才能夠在第一時間防止出現冷裂縫；第二，平時注意有效地采用嚴格的策略來保管合適的焊接材料，并采用合適的使用方法來使用材料；第三，注意采用合適的策略來直接管理材料，避免材料表面變得潮濕。注意有效地保證坡口邊緣變得更加干凈整潔，如果一旦表面出現油污、銹跡和其他不良情況時，則需要采用合適的措施來清理這些雜質。第四，注意在焊接之前就先進行預熱處理，并在焊接之后采用緩冷處理的措施，只有相互配合才能夠更好地防止冷裂縫的產生。第四，采用多層工序來進行焊接，并注意通過控制溫度來更好地控制焊接的過程。第五，一定要采用科學方式進行焊接，并通過減少焊接的接應力來使得其達到最佳效果。

3.3 防止氣孔的措施

可以采用如下幾點措施來防止產生氣孔：第一，注意在有效地選擇焊接電流和速度的基礎上來讓焊接的過程更好地符合相關的要求；第二，爭取采用合適的措施來直接清理存在坡口的水分和其他不良物品，最終才能夠更好地保證焊接材料的質量。第三，在焊接時盡可能地控制焊接的速度和質量。

3.4 防止未焊透的措施

可以采用如下幾點措施來防止出現未焊透的現象：第一，注意選擇正確的坡口尺寸，這樣才能夠讓焊接的過程變得更加充分；第二，注意第一時間清理干凈存在于坡口表面的油污；第三，注意在焊接有效地關注兩側存在的融合情況。

3.5 其他措施

可以采用其他不同的措施來防止不同的金屬焊接缺陷：第一，注意在施工時有效地關注施工的環境。如果氣溫直接低于零攝氏度，則可以采用必要的措施來保證材料的溫度。第二，在現場設立合適的施工清潔區，為的是更好地保證加工金屬的環境；第三，定期對加工金屬的裝備進行檢修。注意正確處理包括金屬打磨角度、焊接停留時間和其他不同的措施，并避免施工管道內部存在風。第四，注意讓施工的環境時刻保持通風的狀態，并讓空氣內部的濕度保持在90%左右。

4 金屬焊接性能評定策略

在采用合適的方法防止金屬材料內部存在缺陷之后需要采用合適的策略來評定金屬焊接之后新金屬的性能。第一，采用直接評定法來判斷金屬的性能。可以在分析不同金屬內部產生的熱裂紋、冷裂紋和其他不同類型的缺陷之后來找出內部存在的規律，并在之后采用直接評定法來判斷焊接金屬的性能。第二，合適的壓板對接焊接裂紋試驗法可以用來評定不同焊紋內部產生的敏感性。可以通過將試件安裝在合適的FISCO 裝置來調整坡口間隙對裂紋產生的影響。第三，可以運用剛性對接裂紋試驗方法更好地檢測不同類型的裂紋，并在找出不同類型的裂紋之后來查看金屬的焊接質量。

5 結語

綜上所述，在焊接金屬的過程中確實容易存在諸多缺陷，所有的施工人員都需要在采用合適的策略進行分析之后才能夠找出針對性的措施，最終才能更好地提升金屬焊接的水平。施工人員不僅要從實踐中有效地吸取經驗，更需要在實際施工時采用針對性的預防措施，爭取讓金屬焊接的過程能夠變得更加順利。