金属材料焊接成型中存在的缺陷及其控制措施

王海成

（甘肃省特种设备检验检测研究院，甘肃兰州 730000）

近年来行业中对于金属成型工作普遍采用金属材料焊接工艺，金属焊接是连接金属的制造或雕塑过程，焊接时，经过高温加热，工件和焊料间虽然可能熔化或不熔化，但之后都会将两个金属直接连接，过程中会产生焊缝。另外这个过程中，往往也还需要施加压力来促进焊件接合。

1 不同金属材料焊接成型的特点

1.1 铝镁合金材料的特点

焊接成型特点：铝镁合金材料拥有极强的化学稳定性，同时兼具耐腐蚀、高强度，以及一定的可塑性能等，在航空、机械等行业普遍应用。焊接时，高温燃烧的作用下，铝镁合金材料很容易氧化，会产生裂缝、气孔等问题，极大地影响了焊接质量。

1.1.1 压焊成型特点

一般铝镁合金压焊主要采用搅拌摩擦焊、真空扩散焊的技术。其中比较重要的是搅拌摩擦焊接技术，作为一种全新的技术，特点是在焊接时采用搅拌摩擦焊接方式，可以提升被焊接材料焊接缝的硬度。而传统的真空扩散焊则能够在铝镁合金焊接时使用不相溶解的金属材料。

1.1.2 铝镁合金溶焊特点

经常使用的技术类型为TIG、激光焊、激光胶焊接等，该技术由于节省成本、效率较高而被利用，但是对铝镁合金焊接时，可能会产生出金属化合物，需要后期清理。TIG 焊：焊接时扩散层可能生成金属化合物，导致焊接缝出现裂缝，因此在镀锡焊接时，建议采用钎焊加溶焊的方式，能够使接头获得更好的质量，避免裂缝。激光焊：加热时能够在节省能量的同时迅速汇集热能，对于热敏感性高的材料进行焊接时常采用激光焊技术。激光胶焊接：融合了胶接与电焊两项技术，会使焊接过程获得很高的静载负荷能力，产生材料不易老化的性能。而且用激光胶技术，也不易产生气孔和金属化合物，日常工作中建议掌握激光胶焊接技术。

1.2 钛合金材料的特点

（1）钛合金材料拥有良好的物理性质，包括较强的韧性以及耐酸碱性，可以被运用到诸多高科技领域，如航空、化工等。

（2）钛的化学性质较活泼，当温度达到一定高度时，会和空气中的氮、氧、氢离子等发生化学作用：250℃时，会与氢离子发生化学作用；400℃时，会与氧离子发生作用；600℃时，会与氮离子发生化学作用。因此在焊接时，要对钛合金进行保护措施，如使用惰性气体，使钛合金与空气隔离，以防止出现离子化学反应。另外，钛合金电阻率很高，焊接时可能会比较耗费人力、物力以及时间。

1.3 氩弧焊接的特点

纯净的氢气化学性质稳定，难以与钛合金发生化学反应或者熔合作用，也能够避免钛合金与空气接触。而且采取氩弧焊可以形成电弧把金属当中的氧化物清除，通常焊接时也会在瞬间产生局部的巨大热量，这些都能够极大程度地提高焊接质量。不仅如此，由于焊接时形成的电弧比较稳定，可以适用于薄金属材料。

1.4 真空焊接的特点

为了防止钛金属与空气中的活性气体离子接触产生化学作用，最好的方法便是在真空环境进行作业操作，而且在真空环境下，还能使焊缝冷却时间延长，可以使焊接过程更加细致，提高质量。在真空环境中，还有一定的环保作用，可以降低辐射扩散，减少对操作者的危害。

2 金属材料焊接成型中存在的缺陷

2.1 焊缝夹渣问题

在金属材料焊接成型过程中，焊缝中可能会产生熔渣，夹杂其中影响金属材料的日后使用。熔渣主要发生于焊接过程中对焊缝周围进行切割之时，没有采用合适的焊条，或者是焊接速度太快，或者是焊接时电流不足等原因所导致。据分析了解到，在选用焊条时，如果焊条较酸性，焊条燃烧时会因电流不足而产生熔渣；如果焊条较碱性，焊条燃烧时就会形成长电弧而产生熔渣。

2.2 焊缝出现裂纹问题

焊缝出现裂纹一般分为两种类型——冷裂纹和热裂纹。总体而言，在焊接金属材料期间，会在焊接热循环区域形成淬硬组织和扩散氢，在焊缝冷却后导致裂缝的产生。冷裂纹还有一种形成可能，当接头承载了过度的约束力，导致后期裂纹出现。热裂纹是指杂质结晶凝固期间，可能会碰到强大的外部干扰，导致金属材料产生收缩，造成金属材料断裂。

2.3 金属材料未完全融合的问题

该问题是指在焊接成型时焊接接头的根部并未全部熔透，导致焊缝层没有被完全焊接。问题的出现除了人为操作不细致外，还有的是因为焊条直径过大，或焊接装配的缝隙偏小导致焊接过程中产生了长电弧，或者是焊接破口处没有对氧化膜进行彻底清理等原因所导致。

3 金属材料的控制措施

3.1 防止夹渣出现的措施

尽可能选用合理尺寸的坡口尺寸，以提高清理坡口处熔渣的清除维护工作；把控好焊接速度和电流强度；选用合适的焊条。这些都将极大程度地降低夹渣出现概率。

3.2 防止焊接裂纹出现的措施

选用低氢型、干燥的焊条，减少氢在焊缝里的流失，同时可以对坡口上的氧化物、水分进行清除；采用去氢方式清除淬硬组织，提高焊接结构的韧性；降低焊接过程中所形成的应力；设定符合需求和现况的焊接工艺参数，确保金属材料焊接点的冷却速度，以达到预防焊接裂纹出现的效果。而如果焊接裂纹已经出现，则可以利用小电流、多层焊接的方式对裂纹进行弥补和清除。

3.3 解决金属材料未完全融合的措施

首先要选用合适的焊接坡口角度以及焊条直径，把握好电流的速度和大小，在焊接之前，彻底清理坡口处上的杂质、氧化物、水、油污等；其次，焊接时要防止熔渣的进入，严格按照施工规范和标准；最后，在金属材料焊接成型过程中，也要养成经常检查的习惯，及时发现问题，才能够及时地采取措施进行补救。

如果问题已经出现，要采取符合流程的修补措施，要向领导及时汇报修补次数，保证焊接修补工作的安全性，并由专业人士在修补期间负责督导、检修，从而进一步避免焊接缺陷问题。一般建议修理、补救时，不要采用压背水方式，而且应该对预热材料进行提前的热处理，可以进一步防止金属材料焊接成型出现未融合情况。而修补的方法具有很多种，一般建议采用不摆动、小电流、多层道焊接方式，而对于刚性较大的焊补缺陷，则可以辅助运用锤击的方式。

4 结束语

综上所述，金属材料的焊接成型过程会要求操作者掌握较高的焊接技术。由于金属材料焊接水平将直接影响到金属材料的成型，以及未来的使用效果。所以，必须认真梳理金属材料的各种特性，以及焊接过程中可能出现的问题，比如夹渣、裂纹、焊接缝未融合等缺陷，只有提高对于这些特质的认识，深刻了解问题出现后可能导致的重大影响，才能真正做到对于焊接质量的重视程度。从业者们必须规范焊接技术的施工程序，不断提升个人技能水平和经验，提高从业责任，以确保焊接金属材料的使用安全。