论固体夹杂的分类与特点

冯涛

摘 要：固体夹杂是焊缝中残留的固体异物，是一种表层下类型的非连续性缺陷。本文就固体夹杂的分类与特点进行了介绍。

关键词：热影响区 焊缝 夹渣 熔渣

固体夹杂是焊缝中残留的固体异物，根据异物的属性，分为非金属夹杂和金属夹杂两大类，前者较为典型的是加渣、氧化物、硫化物夹杂，后者有夹钨、夹铜及夹入其他金属。

一、非金属夹杂

非金属夹杂是陷入焊缝内或融合线上非金属夹杂物，这类固体异物是绝大部分电弧焊焊缝金属中共有的。

1.夹渣

夹渣是由于焊接操作失误和设计提供的接头施焊通道不当造成的。接头边缘内的或通道之间的尖锐缺口往往会在熔融金属下引起夹渣。仰焊时，为免除金属下坠，熔融金属凝固迅速，因此夹渣多于平焊。

焊缝中残留的由造渣剂生成的熔渣，是手弧焊焊条药皮、埋弧焊焊剂或其他形式焊剂在焊接过程中进入的产物，铸态金属或焊缝熔敷金属中的夹渣形状大多呈球形。如果尺寸并不太大，不至于影响金属的机械性能。但经轧制或锻造等热加工后被拉长扩展的熔渣，假如处于某些应力集中部位，将带来隐患。

影响夹渣的因素，按上述可归纳为：

（1）温度——温度越高，熔渣在焊缝金属内的溶解量越大，易于流动，夹渣聚合上升至表面越慢。

（2）熔体黏度——熔体越黏稠，冷却越快，夹渣聚合上升至表面越慢。

（3）冷却速度——凝固速度越快，留存熔渣的可能性越大，极易形成夹渣。

（4）搅拌作用——熔池搅拌强烈，残留熔渣的概率增大。

2.非金属夹杂物

一般工业用的钢中，总有一些非金属夹杂物，这在一般碳钢焊接结构中问题不大，但随着钢材强度等级的提高和尖端产品的发展，钢材中非金属夹杂物成为冷裂缝、消除应力裂缝、疲劳破坏及脆性断裂等的裂源。高强钢对缺口非常敏感，钢中的非金属夹杂物恰恰引起缺口效应，导致应力集中，而且，常常造成位错集聚，成为应力集中的重要因素。

（1）非金属夹杂物的形成过程。

①氧化物夹杂。氧化物夹杂的类型、尺寸和分布状况主要取决于焊丝、焊条药皮或焊剂中所添加的脱氧剂，还取决于焊丝和木材中的含氧量。用硅—锰脱氧比用铝脱氧在液固两相之间析出的硅酸盐多，因此黏度较高，硅酸盐上浮困难，凝聚作用也受到抑制，发展成大型夹杂物的可能性也就比较小。

②硫化物夹杂。硫溶于钢水中，但在固态钢中的溶解度很小。钢焊缝凝固时以金属硫化物的形式沉淀，沉淀形式受其强烈偏析趋势的影响。沉淀析出的金属硫化物主要有FeS和MnS两种。

（2）非金属夹杂物对钢机械性能的影响。非金属夹杂物对冲击韧性的影响主要在于焊缝金属的含氧量。随着硅酸盐等夹杂密度的提高，焊缝金属总氧量增多，这将降低埋弧焊缝冲击韧性，提高MIG、TIG焊缝脆性转变温度。

（3）防止或减少非金属夹杂物的措施。防止或减少非金属夹杂物的唯一措施是改善钢的纯度。这些夹杂物是钢焊缝金属的组成部分，与钢中的氧和硫共同存在，可以减少其数量，控制其大小，改善其形状与分布，但绝不能完全避免。目前所能采用的措施有：采用纯净钢母材与焊接材料和应用高温处理。

二、金属夹杂

在特定焊接条件下，一些金属微粒会进入焊缝或热影响区，如钨极电弧焊时的夹钨和利用铜垫板时的铜污染。

1.夹钨

夹钨是陷入焊缝金属内的钨颗粒。特别在以钨极引燃电弧施焊时，如果钨极浸入熔融金属或焊接电流过大致使钨熔滴过渡入焊缝金属时极易产生夹钨。由于钨较钢或铝等易为射线吸收，因此，在X射线照相上呈现较为明亮的印记。

铝及某些铝合金的静拉伸疲劳试验证实，夹钨是无足轻重的。实际使用中，除非尺寸较大，数量较多，夹钨一般是无害的。

2.夹铜

使用铜垫板不慎局部熔化而使铜进入焊缝金属即为夹铜，常见于焊缝背部表面或内侧。据最近研究，由于铜或铜合金夹具磨蚀，进入焊接热影响区会导致一种形式迥异的称为铜污染裂缝的缺陷，这是夹铜的另一种形式。此中铜污染裂缝经常出现在稍离熔化界面的热影响区内，而又与熔合线不相连接。裂缝对合金类型有明显的选择性：与铜有较低的互溶性，与铜在固—液态间无金属间化合物，与液态金属间有障碍层。

3.夹入其他金属

焊前或焊接过程中在接头内加上一段或多段填充焊丝或零星余料的称为填料头，属于夹入其他金属的缺陷。这种现象在不负责任的操作中时有发生。显然，这对于有强度要求的焊缝是非常有害的。

参考文献：

[1]周敏惠，於美甫.焊接缺陷与对策[M].上海：上海科学技术文献出版社，1989.

[2]于启湛.钢的焊接脆化[M].北京：机械工业出版社，1992.

（作者单位：邹城市技工学校）endprint