金屬材料焊接成型中的常見缺陷問題及優化控制策略

白愛東，羅寶宇

（1.阿克蘇地區庫車中等職業技術學校，新疆 阿克蘇 842000；2.阿克蘇地區沙雅中等職業技術學校，新疆 阿克蘇 842200）

隨著我國綜合國力的提升，金屬材料的應用已經全方位地得到了普及應用，進而金屬材料的焊接成型問題也成為發展諸多產業中的不可忽視的一部分。金屬材料焊接成型作為金屬材料主要成型的方式之一，相應的焊接成型技術的能力和水平直接影響相應金屬產品的品質好壞。目前金屬材料焊接成型過程中，仍然存在一些隱患和缺陷，需要相關的專業人士高度重視這一問題，并且采取相應科學合理的措施和辦法加以優化處理。同時對焊接過程嚴格把控，能夠進一步提升金屬材料焊接成型的標準化和規范化，進而提高焊接成型的效果和質量[1]。

1 金屬材料焊接成型的內容概述

1.1 金屬材料焊接成型概念

金屬材料焊接成型是通過用加熱、加壓等方法，使兩塊同種金屬或者不同種金屬的表面之間形成原子間的結合與擴散作用，進而使分離的金屬材料牢固連接且不能拆卸接頭的材料成型工藝方法。

1.2 金屬材料焊接成型的分類

根據使用熱源的性質、形成接觸面的形態以及是否采用加壓方法可大致將金屬材料的焊接成型劃分為熔化焊、壓力焊、釬焊三種。熔化焊是將焊件接頭加熱至金屬熔化狀態，不用施加壓力即可完成焊接的焊接方法。壓力焊是指通過對焊件施加一定壓力完成焊接的焊接方法。而釬焊是指采用比焊接母材熔點低一些的金屬材料作為焊接所用釬料，加熱到所用釬料熔點之上而又在焊接母材熔點之下的溫度區間內，通過使液態釬料浸潤母材并充分填充焊接接頭間隙，并使釬料與焊接母材相互彌散，最終是相應焊接接頭連接牢固的焊接方法[2]。

1.3 金屬材料焊接成型的特點

金屬材料焊接成型的優點：1.節省金屬用料且接頭牢固密封性好。2.化繁為簡、以小拼大。3.同種金屬或不同種金屬皆可連接，并且方便生成異種金屬復合結構。4.焊接件重量輕便，且加工裝配易操作。金屬材料焊接成型的缺點：焊接后，母材接頭焊縫處的力學性能有一定程度的降低和相關材料的組織發生的改變不可控，并且一些個別焊接工藝方法生產出的焊件的焊接質量不方便檢驗，不能夠及時、高效地形成相應的生產鏈條。

2 金屬材料焊接成型中的常見缺陷問題及分析

2.1 金屬材料焊接裂紋缺陷

在金屬材料焊接成型過程中，對操作人員技術水平和能力有著非常嚴格的要求，在焊接過程中的任何環節出現紕漏，都可能會使金屬制品產生各種缺陷。焊接裂紋缺陷通常是其中最為常見的缺陷問題，當然同時也是對金屬制品成品質量危險性最大的一種缺陷，焊接裂紋的產生會對金屬制品的后續應用造成非常明顯的影響[3]。根據金屬材料焊接裂紋的產生機理也可分為熱裂紋與冷裂紋兩種裂紋形態，而這兩種裂紋對金屬材料焊接質量會產生不同的影響結果，若不對這兩種裂紋形態加以控制和防范，將會對金屬材料后續應用產生非常大的危害。

熱裂紋的產生機理是金屬材料在焊接成型操作過程中，金屬在由熔融態開始結晶時到完全轉變為金屬固態結晶的過程中，由于焊接操作人員操作不當或者其他客觀原因影響形成的熱裂紋。熱裂紋會在焊接后直接顯現在金屬制品的表面，且多在焊縫位置處出現，嚴重影響金屬制品的外觀完整性和制品美觀性。金屬材料質量不達標、金屬材料內含雜質元素含量過多或者焊接過程的整體濕度環境不合格等問題，都會直接影響金屬材料的整體焊接質量和焊接效果，進而使相應金屬制品增大了產生熱裂紋缺陷的概率。

冷裂紋的產生機理一般是在金屬材料焊接完成后，由于焊接操作人員處置不科學合理或者其他客觀原因，在金屬制品進行冷卻過程中在制品表面產生的相應裂紋。一部分冷裂紋也可能會在焊接完成后直接出現，還有一部分冷裂紋則會隨著時間的推移而逐漸顯現并加深，一般可能在金屬制品焊接成型之后幾天產生，冷裂紋的出現大部分是在金屬制品焊縫部位，因為焊縫區域出現淬硬組織，進一步加快釋放殘余應力，從而形成冷裂紋。大多數情況下冷裂紋具有非常強的不可控性。

2.2 金屬材料焊接焊縫折斷缺陷

金屬材料未焊透、未熔合也是金屬材料焊接成型過程中嚴重的隱患問題之一。在焊接成型過程中，因為焊接接頭根部并未完全整體熔化透，進而導致金屬焊縫部位以及各焊縫層之間存在不同程度的未焊透現象。同時焊接的金屬制品的裝配間隙過小或金屬制品的直徑太大，都會產生焊接放射電弧過長的情況，再加上焊接坡口表面氧化皮未能完全清除干凈，容易形成殘留熔渣，進而引發焊接成型的金屬制品部分邊緣產生不熔合的問題[4]。

2.3 金屬材料焊接夾渣和焊瘤缺陷

夾渣缺陷屬于相對比較常見的缺陷，該缺陷問題主要是由于金屬制品的焊縫部位存在熔渣而產生的。一旦出現夾渣缺陷，會嚴重影響金屬材料的焊縫強度和金屬制品的整體焊接成型質量。一般在操作過程中，如果焊接坡口切割不規范合理，就會留下一定數量的金屬氧化皮和相應殘渣。同時，焊接成型操作過程中，如果相應的焊接電流較小，也很容易在金屬制品焊縫處產生夾渣。

焊瘤缺陷是指在金屬材料焊接成型完畢后，在焊接的焊縫處周圍一定范圍內形成的比較明顯的金屬瘤。這種金屬瘤不但容易破壞焊縫的強度，而且嚴重影響金屬制品整體外觀的美感。通常情況下這種缺陷問題主要是由于焊接過程產生的熔融態金屬在下墜過程中被其他因素影響并干擾導致的，這種情況一般與焊接成型過程中所用的焊接電流輸出控制不穩定有一定關系，例如焊接電流輸出過大、焊接電弧放射行程過長，都可能致使金屬制品表面產生焊瘤問題。

2.4 金屬材料焊接氣孔缺陷

金屬材料焊接氣孔缺陷在金屬材料的焊接成型過程中一般也比較常見，氣孔缺陷的多出現在焊接區域內部、表面及其焊接接頭部位周圍等位置，無論出現在哪個部位，一旦產生了氣孔，相應的金屬材料的焊接完整性就會被破壞，致使整體金屬制品的強度下降，不滿足使用要求。氣孔缺陷的產生原因一般是由于金屬材料焊接區域表面遺留雜質和氧化皮等，整體金屬制品清潔不徹底等。例如在金屬材料焊接區域范圍內有水滴或油質物品，就會大概率提升氣孔缺陷產生的概率。在焊接時，相應的水滴和油質物品就會形成氣體，停留在焊縫區域周圍，從而使金屬材料焊接成型后產生氣孔。

2.5 金屬材料焊接咬邊缺陷

金屬材料焊接咬邊缺陷主要是指在相應金屬材料焊接區域內產生的比較明顯的凹陷邊緣，類似于在整體金屬材料中缺肉、掉邊角的情況，是金屬材料焊接成型過程中可能出現的缺陷之一。一般情況下，咬邊缺陷是在金屬材料焊接過程當中會發生的，主要是因為焊接過程中出現焊接速度過快，產生局部大電流或者焊條角度不符合焊接要求等在金屬材料焊接熔合封閉時，沿著焊縫邊緣的凹坑沒有在第一時間快速填充熔融態金屬液而造成的。焊接咬邊缺陷的產生會使金屬材料的整體焊縫強度下降，破壞相應材料焊接成型的整體性和美觀性[5]。

3 金屬材料焊接成型中缺陷問題的優化控制策略

3.1 優化選擇合適的焊接方式

根據金屬材料在焊接成型過程中容易產生的各種缺陷問題，應當給不同金屬材料優化選擇相應合適的焊接方式，確保整個焊接技術操作過程符合規范標準，進而減小因為操作不當而產生相應缺陷的概率。

在金屬材料焊接成型加工前，首先應當細致分析相應的材料性質和加工條件，然后根據對應的金屬材料焊接質量要求，優化選擇合適的焊接方式。焊接操作人員應該在操作前熟悉并明確相應焊接操作技術規范標準，按照焊接方式使用頻率從高到低排列，從中進行優化選擇，并且要保證相應的焊接操作人員能夠熟悉并掌握金屬材料的整個焊接技術流程。金屬材料焊接方式已經選定時，應該首先評定相應的金屬材料焊接工藝，裁定在整個金屬材料焊接成型過程中，是否在焊接前后操作過程中產生矛盾的情形。對于可能產生的缺陷隱患，像是裂紋缺陷、夾渣缺陷明顯缺陷，應當及時采取合適的優化控制策略[6]。

3.2 嚴格控制金屬材料的焊接參數

焊接參數是控制焊接質量的一個重要因素，通過合理選擇相應金屬材料的焊接參數，并在焊接成型操作過程中嚴格控制對應的焊接參數，就能明顯減少金屬材料的各種缺陷隱患。例如焊接過程中焊接電流選擇不當，就會產生若干種類的焊接缺陷。可以根據金屬材料焊接特點和焊接工藝，合理選擇相應的焊接電流，確保焊接電流大小穩定，從而提高金屬制品的整體焊接質量。另外，金屬材料焊接成型過程中，對于焊接角度和焊接弧度的選擇也是焊接質量不可忽視的重要影響因素，必須嚴格遵循相應的金屬材料焊接成型技術規范標準來確定，以確保能夠有效控制對應的焊接參數。

3.3 檢查金屬材料的整體焊接環境

一般情況下，金屬材料的焊接環境比較差，對于視覺、聽覺、觸覺等多方面都是有影響的。同時金屬材料的焊接環境也是整個焊接過程中質量控制相對最不可控的部分。所以，在金屬材料焊接成型過程中，必須檢查好相應材料的整體焊接環境，盡可能避免外界環境的不利因素的干擾。對于外界環境的監控，需要重點監控環境實時溫濕度變化、風向和風力大小等影響因素，以保證相應的焊接環境條件能夠滿足相應的焊接工藝需求，從而進一步降低產生對應焊接缺陷的概率。同時需要控制好焊縫狀態，應當在完成焊縫坡口處理后，及時進行清理待焊接區域，以免殘留雜質和氧化皮，嚴重影響后續的焊接質量[7]。

3.4 及時修復金屬材料的焊縫缺陷

在金屬材料焊接成型后，如果發現金屬制品焊縫處產生缺陷問題，應該及時對其進行修復完善。如果整體焊接環境溫度在0℃以下，應當對材料采取預加熱措施。對于有熱處理要求的金屬焊件，應該在熱處理前修復缺陷，然后再進行熱處理。一般情況下，若需要進行補焊，應該應用小電流多層多道焊接方式，中間不允許停頓，從頭到尾需要一次補焊完成，應該將預加熱溫度和層間溫度保持在100℃以上。在完成焊縫缺陷修復后，按照焊縫探傷要求重新進行金屬探傷檢測，若焊縫修復不符合規范標準要求，可以繼續修復，直到探傷合格為止。

4 結語

綜上所述，在整個金屬材料焊接成型過程中，可能會產生一些常見的焊接質量缺陷問題，對于每種缺陷問題的形成原因、影響作用、分布區域等進行探討和分析，并以此為基礎，為焊接質量缺陷控制提供一定的依據。可以有效提升金屬材料焊接成型能力和水平，從而進一步提高金屬制品的整體焊接質量。