金属材料焊接中的主要缺陷与措施分析

解利芹

（河北化工医药职业技术学院， 河北　石家庄　050026）

经验交流

金属材料焊接中的主要缺陷与措施分析

解利芹

（河北化工医药职业技术学院， 河北石家庄050026）

着重分析金属材料焊接过程中出现的主要缺陷问题，包括焊接裂纹、焊接未熔合和未焊透、焊接夹渣、焊接气孔、咬边问题、焊瘤及弧坑等，并针对这些控制缺陷提出相关预防和解决措施，旨在为金属焊接工艺技术发展提供可行性参考。

金属材料焊接主要缺陷措施分析

随着工业技术的高速发展，对各行各业所需的产品使用材料有了新要求。金属材料因其优良的物理性质受到多个行业的青睐和关注，在加工和应用方面具有比强度和比刚度高、耐磨、导电性能好、易于表面处理等优良特性，而且部分金属材料在实际应用中也具有高回收再成型特质，因此其应用领域较为广泛[1]。近年来，焊接技术的进步为金属材料的应用范围提供了新思路，金属材料焊接工艺的完善成熟，使金属材料在化工机械、建筑、桥梁、车辆等行业得到了日益广泛的应用。金属材料的焊接工艺分很多种，不同的焊接工艺存在着不同的技术要点，为了保证金属材料的焊接质量，提高金属材料的实用率，需要针对金属材料焊接缺陷做好措施应对工作，防止金属材料焊接缺陷的出现，提高我国金属焊接工艺水平。

1　金属材料焊接中的主要缺陷分析

1.1焊接裂纹问题

金属材料焊接出现焊接裂纹是焊接接头最主要的缺陷之一，在焊接过程中，具体的焊接裂纹可以分为纵向裂纹、横向裂纹、弧坑裂纹、显微裂纹和焊趾裂纹等等。这些焊接裂纹是金属材料在由结晶状态向着固化状态转化中出现的，其中有些金属裂纹是在焊接后立刻显现的，也有的是在焊接完后一定时间才显现出来的。按照焊接裂纹的产生机理可以分为冷裂纹和热裂纹，这两种裂纹的产生都会对金属焊接质量产生影响，如果不加防范，会对金属应用产生极大的危害[2]。

冷裂纹是常见的焊接裂缝，是在金属焊接过程完成后的冷却过程中焊接交界处的融合点出现的裂纹，这种类型的裂纹产生时间不固定，可能在焊接完成冷凝之后6～8 h出现，也有可能在焊接工艺完成后立马就显露出来。冷裂纹的产生原因主要有三点：一是在金属焊接过程中，会产生一定量的氢气，如果氢气含量过多就会导致焊接交界处形成裂缝；二是由于金属焊接中应用的金属材料含有杂质和焊接母体的承受能力弱会引起焊接裂缝的出现，一般情况下，承受能力越弱，冷裂缝产生的几率就越高；三是金属焊接冷凝时的温度不合适会引起冷裂纹的出现。

热裂纹是另一种常见的裂纹方式，和冷裂纹不同的是，热裂纹是在金属焊接过程中液体凝结时产生的，一般主要发生在焊缝的中心位置，在金属焊接完成后可以立即看到。热裂纹的产生主要是由金属材料中的杂质在焊接凝固中引发的，在焊接时，除金属和焊条以外，必然存在其他熔点比较低的杂质，相比之下，金属熔点较高，杂质凝固反应也会发生在金属凝固反应之前，由于杂质凝固强度和硬度远不如金属，这就使得金属焊接完成后，凝固后的杂质在外力作用下，受到不同程度的腐蚀和风化等外力作用影响，导致产生热裂纹。

1.2焊接未熔合、未焊透问题

在金属材料焊接过程中，焊接未熔合现象是坚决不允许存在的，未焊透现象对于双面焊接的焊缝也是坚决不允许出现的。金属材料在焊接中出现未焊透、未熔合缺陷主要的原因有三点：第一，焊接母体尚未真正融化或者已经开始融化时表面氧化膜未经清除就添加了融化金属，在这种情况下，极容易发生焊接未熔合缺陷。第二，母金属材料在还没有完全熔掉时，金属材料也没有完全被焊进接头的根部，这就是未焊透现象产生所在。在金属焊接时，焊接电流强度比较小，溶解度深浅也存在深浅差异，焊接坡度处的角度比较小，和焊接母体的焊接交界处标准不一，焊接交界处的清洁工作没有做好，这些都会引起未焊透缺陷。一般情况下，焊接中所使用的焊条直径不标准是比较容易引起焊接未焊透缺陷，未焊透缺陷会加大焊接裂纹的出现几率和裂纹面积，也会使焊接强度减弱。第三，在焊接过程中，用于焊接的装配未能满足焊接实际要求，比如在焊接装配间隙过大、坡口角度太大或太小、焊接钝边太厚或者太薄，都会让焊接操作出现失误，特别是在焊接操作时，焊接熔渣的流入使焊接接口氧化膜受到油污、油渍的污染，金属焊接受到阻碍，电弧发生偏离，从而造成焊接边缘出现未熔合问题[3]。焊接未熔合或是焊接未焊透缺陷都会不同程度地减小焊接成品的承载面积，使得焊接成品存在质量问题。

1.3焊接夹渣问题

焊接夹渣也是金属焊接比较重要的焊接缺陷之一，金属焊缝夹渣分为金属夹渣和非金属夹渣两种形式。在金属焊接过程中，对于气焊来说，焊接边缘会不同程度地存在氧割或者熔渣，在焊接时又未能及时清除焊接产生的夹渣和熔渣，就容易使焊机接口处存在熔渣。另一方面，焊接坡口角度太大或者是焊接时电流太小而速度太快引起焊接夹渣，在这种情况下，焊接夹渣主要是“糊渣”，由于没有正确把握焊接电流和速度，引起的金属焊接边缘出现焊接夹渣。对于TIG焊，出现金属夹渣大多是由于焊接电流密度过大使焊丝达到熔点而产生的焊丝夹渣，这种焊接夹渣属于由焊条选择不当引起的夹渣。由于焊条电弧过长或者焊接极性偏差引起的焊接夹渣，都会对焊接质量造成不利影响。

1.4焊接气孔问题

金属焊接气孔缺陷是仅次于焊接裂纹的重要缺陷。在各种材料的焊接中，金属材料是极容易出现焊接气孔的，焊接气孔产生的机理也是比较复杂的，其产生的根源就是焊接时氢气溶解在金属材料中。金属焊接表面产生氢气孔，分为内部气孔、表面气孔和接头气孔三种。出现这种气孔最主要的原因是在焊接时，没有做好坡口清洁工作，让焊接坡口存在残留水分和油污，在高温焊接时水分蒸发和油污挥发，而水分蒸发容易造成焊接气孔的出现，油污挥发不仅会出现气孔，还会形成焊接夹渣，再加上金属溶解速度较慢，冷却速度很快，形成的气孔受到的阻力和浮力比较小，使焊接气孔的排除产生困难，就会积累更多的气孔。焊接时，氢气在金属材料中的溶解是气孔产生的重要原因。另外就是在焊接开始时，没有正确规范使用焊条，焊条会随着电流强度、焊接速度产生细微的变化，太大或太小的电流都会给焊接质量带来不利影响。

1.5其他焊接问题

金属焊接工艺中存在的缺陷除上述提到的焊接裂纹、焊接未熔合、未焊透、焊接夹渣和焊接气孔之外，还有咬边问题、焊瘤及弧坑这类问题，这些问题的存在也会不同程度地对金属焊接质量造成影响。咬边是指焊缝边缘留下的凹陷，这种凹陷的存在会减小焊接母体材料接头工作界面，无法让焊接面完美契合。焊瘤及弧坑缺陷的出现主要是由于焊条运行速度不均匀、电流过大或者过小引起电弧过长，使金属焊接交界表面产生夹渣，影响焊接质量的提升。

2　预防金属材料焊接缺陷的措施探讨

随着金属材料应用范围的扩大，金属材料焊接工艺也在不断发展完善，目前主要的焊接工艺包括气焊、氩弧焊、电阻焊、电子束焊、电渣焊和钎焊。焊接一旦出现问题，不仅会影响到金属材料的使用寿命，引起金属材料的浪费，也会给金属材料的使用人群带来人身危害和财产损失，所以应针对金属焊接过程中的缺陷采取有效的预防措施。

2.1预防焊接裂纹出现的措施

首先，在金属焊接中，适当减弱焊接应力，严格遵循焊接工艺流程，针对金属材料的不同特性选取焊接工艺，把握好金属焊接中的冷却速度，必要时还可以在焊接中利用小电流多层多道的焊接方式；其次，在金属焊接时，着重焊条的选择，尽量选择低氢型焊条，最大程度地减少焊缝中氢气的扩散量，也能有效地减少焊接交界处边缘的水分、油污，控制焊接过程出现的化学反应；最后，一定对要进行焊接的金属材料采取防潮、防晒管理措施，避免因材料保管不当引起的焊接材料变异，预防金属材料焊接出现裂纹[4]。

2.2预防未熔合、未焊透问题的措施

针对金属材料焊接的面积、直径大小，对焊接坡口尺寸和角度选取焊接焊条，应采取以下措施：一是严格按照焊条合理选择标准，防止因尺寸不合适、角度不合理造成未熔合和未焊透现象的出现；二是严格把握焊接电流强度和焊接速度，控制好焊接速度和电流强度，在金属材料焊接过程中，选用合理幅度摆动焊条，关注焊接过程中两端金属材料的变化情况，在进行焊接封底时，一定要做好焊接封底工作，并关注焊接坡口的融合情况，避免出现焊机边缘不熔合现象。

2.3预防焊接夹渣问题的措施

在金属焊接过程中，要预防焊接夹渣的出现，一定要注意两方面。一方面是焊条的选择。通常情况下，如果焊接时选取的焊条是酸性的，就需要在焊接时加大电流强度；如果焊接时选取的焊条是碱性的，就需要在焊接时控制好电弧长度，避免因电弧过长出现焊接夹渣，以达到最佳的焊接效果。另一方面，在焊接时，做好坡口边缘清理工作，保证在焊接时边缘无污渍和水分，有效避免在焊缝边缘因氧割出现熔渣[5]。

2.4预防焊接气孔问题的措施

预防焊接气孔需要恰当选择焊接电流和焊接速度，既要保证焊接电流和速度符合金属焊接的相应标准，又要采取合理措施，及时清理焊接坡口出现的水分、油污和锈斑，确保不会因化学反应造成焊接气孔的频繁发生，同时，保证焊条质量符合金属焊接的要求，尽可能保管好焊条和金属焊接材料，最大程度地预防焊接气孔现象的出现[6]。

2.5预防其他问题的措施

焊接时，还需要关注金属材料焊接的环境、温度，保证清洁干净的焊接环境，保持适宜的焊接温度。当温度过低时，就需要采取余热措施，定期检查焊接环境中的焊接材料，注重焊接焊条的选择、金属材料的选择以及焊接时工艺技术的选择，同时，保证焊接环境的通风、散热，确保金属材料焊接在正常情况下顺利进行[7]。

3　结语

为了保证金属材料在各行各业的稳定应用，需要不断改进和完善金属材料焊接技术工艺，加强焊接技术人员的技能水平，严格按照焊接工作规定进行焊接操作，提高焊接材料性能，采取积极有效的预防措施对金属材料焊接中的缺陷问题进行防范，一旦发现焊接缺陷，就要对其进行防治，杜绝焊接缺陷的产生，提高焊接水平和质量，推动焊接技术工艺的不断进步和完善。

[1]郑玲.金属材料焊接中的主要缺陷及防止措施研究[J].轻工科技，2013（1）：21-22.

[2]于清峻.探析金属材料焊接成型中的主要缺陷及控制措施[J].科技创新与应用，2013（11）：82-83.

[3]曹月凤，曹荣林，陈亚群.浅析金属材料焊接成型中的主要缺陷及控制[J].山东工业技术，2016（13）：29.

[4]姜哮龙.金属材料焊接中的缺陷分析及对策探讨[J].科技传播，2014（21）：112；217.

[5]高瑜容.金属材料焊接中的主要缺陷及防治措施[J].科技创新与应用，2014（30）：120.

[6]寇勇.浅析电厂金属焊接工艺的缺陷及应对措施[J].民营科技，2012（8）：39.

[7]牟春树.电厂焊接中常见质量问题的原因及解决对策[J].科技视界，2012（28）：271.

（编辑：胡玉香）

TG441.7

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1672-1152（2016）04-0121-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.42

2016-07-08

解利芹（1976—），女，硕士，从事化工设备与维修专业教学，讲师。