表面處理件的焊接工藝研究

郭希峰

摘要：本文針對焊接產品在表面處理后出現的表面缺陷，梳理缺陷種類，分析形成原因，通過更改焊接結構、缺陷修補等措施解決表面處理缺陷;

關鍵詞：焊接產品;表面處理;焊接結構;缺陷修補;

0 引言

近年來，由于我國軌道交通設備的突飛猛進，金屬焊接件焊后表面處理在軌道車輛方面的應用越來越廣泛。

碳鋼件的防腐能力很差，需要通過表面處理提高防腐能力。碳鋼件鍍鋅成為防腐的主要處理方式之一。但碳鋼件的表面處理，特別是焊接件的表面處理，通常會出現吐酸、鍍鋅層殘缺等缺陷。在實際解決問題中，由于焊接和表面處理兩道工序上下相互連接、相互影響，往往出現鍍鋅不合格時，焊接工序和表面處理工序互相推諉扯皮的現象，使問題更撲朔迷離，難以解決。

鋁合金材料的產品經表面處理后，既可以防腐蝕又有裝飾的作用。例如軌道車輛的側窗窗框，通常采用陽極氧化的表面處理方式。在鋁合金母材材質合格的情況下，表面氧化的鋁合金很少出現外觀質量問題。但因為鋁合金的焊接氣孔問題，焊接窗框的焊縫和熱影響區域位置卻經常導致外觀質量的不合格現象。實際問題解決中，問題往往受多種因素影響，難以找到準確原因從根本上解決。

綜合以上兩種材料，研究如何避免這些缺陷成為焊接工藝必須考慮的問題。

1 鋼焊接件鍍鋅缺陷

1.1 缺陷現象

1）焊縫表面鍍鋅層殘缺

2）未焊接的縫隙吐酸，造成鍍鋅層腐蝕

1.2 缺陷形成原因分析

1）焊縫表面鍍鋅層殘缺

碳鋼焊接件由于使用手工電弧焊（E 111）、CO2氣體保護焊、金屬熔化極活性氣體保護焊（MAG 135）等焊接方法，焊后焊縫表面形成焊渣、氧化皮等類硅酸鹽化合物。焊接后雖然大部分氧化皮都可以清理掉，但通常有些夾渣會嵌入焊縫，機械方法很難清理干凈。由于硅酸鹽基本不溶于普通酸堿，即使鍍鋅前化學預處理也很難去除。電鍍工藝依靠離子在金屬表面放電達到堆積沉淀作用，鍍鋅時，因夾渣基本不導電，表面就無法鍍鋅，最終形成局部鍍鋅層殘缺。

2）鍍鋅層腐蝕

碳鋼焊接件，由于非封閉焊縫設計、零件存在制造公差和裝配時存在間隙等原因，焊后常常存在很多縫隙。當進行鍍鋅前處理工序時，鍍鋅各工序槽液分別進入縫隙內，由于縫隙能夠含藏槽液，使各工序之間清洗不徹底，污染槽液的同時，還不利于最終的烘干工序。鍍鋅后縫隙中鈍化液沒有清洗干凈，烘干不徹底，殘留液體水分減少，濃度上升，腐蝕周邊鍍鋅層;徹底風干后，當遇到潮濕環境時，經過一段時間后，烘干的鈍化液成分在空氣中吸收水分，逐漸從縫隙中膨脹出來，形成吐酸。

1.3 解決措施

1. 焊接工藝中控制焊接方法的使用

避免使用手工電弧焊、藥芯焊絲氣體保護焊、埋弧焊等有藥皮的焊接方法，推薦使用鎢極氬弧焊（TIG 141）， 合格的焊工可以達到焊縫表面成型美觀，表面成型后基本無焊渣和氧化皮，即使有少量，也易于機械清理。

2. 做好焊接前表面清理工作

焊接件表面的氧化皮、油污、塵土等雜質都有可能在焊接時形成夾渣，導致鍍鋅前處理不干凈，形成鍍鋅缺陷。從源頭上鏟除污染源，可以有效杜絕焊渣的產生。實際生產中，建議徹底完全的去除碳鋼件所有表面氧化皮露出金屬光澤，清理方法除了機械打磨外，推薦使用整體噴砂或拋丸工藝。注意只清理焊縫周圍的氧化皮只能滿足焊接要求，而且會造成鍍鋅后表面差異。

3. 優化焊接結構，封堵吐酸縫隙。

焊接結構的設計中，通常采用間斷焊接方式來控制焊接變形，但在鍍鋅件上，間斷焊接往往讓表面前處理工序一籌莫展，叫苦不迭！在焊接變形可以接受的條件下，盡量將間斷焊改為封閉連續焊接，使酸堿液體無處躲藏，徹底根除吐酸。不但能增加強度，還能使焊縫連續美觀。

2 鋁焊接件噴塑和氧化缺陷

2.1 缺陷現象

鋁合金表面處理缺陷由于采用TIG焊接方法，不存在夾渣現象，一般都是表面和內部氣孔缺陷。

2.2 缺陷形成原因分析

噴塑表面拱出的氣孔和氧化表面氣孔主要成因是焊接氣孔。

鋁合金的焊接在環境濕度大（相對濕度>60%）的時候，特別在夏天多雨季節，焊縫內部氣孔是無法完全避免的。焊接過程中，水在電弧作用下分解為氫氣和氧氣，其中氫氣在液態鋁合金熔池中的溶解度遠大于在固態鋁合金中的溶解度，導致在熔池冷卻過程中，多余的氫氣溢出，形成氫氣孔。在濕度高的環境中，母材表面、保護氣體中、焊絲表面都有水份的存在，即使濕度控制在60%以下，通過工藝評定認可的焊縫，焊縫中也不可能完全沒有氣孔。

這些氣孔離散分布在焊縫內部，當焊縫打磨面恰好穿過氣孔，化學拋光前處理就可以看到“明氣孔”;當打磨面在臨近氣孔上方時，前處理環節看不到氣孔，但在噴塑加溫過程中這種“暗氣孔”會因孔內氣壓升高而爆裂，在噴塑表面形成拱出型氣孔;在氧化過程中會因為氧化工藝的前處理，化學拋光腐蝕致使氣孔直徑變大，從微觀氣孔變為可視氣孔，從而影響外觀。

2.3 解決措施

1.嚴格控制焊接環境濕度

經過大量生產經驗數據的積累，證實只有當環境相對濕度<30%時，焊縫內部氣孔的數量和大小才會大幅減少，才不會對表面處理件的外觀產生顯著影響。

2. 提前預熱烘干去除水分

因條件限制，濕度無法更好的控制時，可以采用烘箱預熱焊接件、焊接材料，烘干表面水汽，預熱溫度在60-80℃，15-20min。但當大氣環境相對濕度很高時（>80%），預熱方法也很難奏效。

3.電火花修補技術

以上兩種方法都無效的情況下，還可以采用事后修補措施，以達到表面處理的完美。

當出現氣孔后，再用弧焊方法修補，很容易造成焊縫中其它氣孔溢出到熔池中，產生新的表面氣孔。修補效果很差，往往需要重復多遍也不一定能消除氣孔。電火花堆焊修復設備（鑄造缺陷修復機），該設備原理類似低溫堆焊技術，母材基本不熔化的基礎上可以修復氣孔缺陷，完全滿足噴塑處理要求;但因堆焊金屬與焊縫金屬組織差異較大，存在色差，難以應用在基材金屬組織可見的氧化處理修復中。

3 結? 論

1.鋼焊接件的表面缺陷控制措施：

通過控制焊接方法來減少焊縫表面夾渣生成;

同時嚴格進行焊前清理;

優化焊接結構，封堵縫隙;

2.鋁焊接件的表面氣孔缺陷控制措施：

控制焊接環境濕度<30%;

整體預熱烘干焊接件及焊接材料;

電火花堆焊修復。