探究金属材料焊接中的缺陷及防治措施

陈 涛

（维升特建筑系统（苏州）有限公司，江苏 苏州 215400）

不同类型的焊接工艺一直都在焊接金属材料时发挥着重要的作用，不同类型的焊接工艺内部确实存在着一定的差异。因此，进行金属焊接的工作人员只有有效地分析存在于金属材料内部的缺陷才能够更好地提出针对性的措施，避免在焊接金属时出现新的问题。

1 金属材料焊接概述

1.1 金属材料焊接定义

金属材料焊接指的是让不同的金属材料能够在一定的焊接规范、焊接结构和焊接形式的基础上获得优质焊接能力的过程。如果可以通过针对一种金属来采用合适的金属焊接工艺，自然就可以使得该金属表现出多种焊接功能。

从理论上看，如果可以在熔化的状态下形成不同形式的合金，实际都可以更好地实现高效焊接。而原则性的焊接过程又被称为物理焊接，但是这种焊接方式并不表明任何材料可以匹配任何不同形式的焊接方法。即便是同一种金属在不同的焊接方法的背景下也可以表现出很大的差异[1]。

从上述的分析可以看出金属材料的焊接不仅和材料自身的特性有着直接的关系，实际也和不同的焊接工艺有着一定的关系。随着焊接工艺的变化，即便是同一种焊接材料，其内部的焊接性能也会有所不同。

1.2 影响金属材料焊接的重要因素

1.2.1 材料因素

从物理角度看，包括金属的熔点、导热率、密度和其他不同的因素都会对整个金属加工的过程产生不同的影响。如果采用了不同的材料不仅会直接影响材料的性能，更会影响材料焊接的工艺。类似不锈钢一类的焊接材料都会在焊接时产生较大的温差，内部也会存在较大的变形，最终让材料无法发挥原本的作用。

从化学的角度看，碳元素的含量会最终决定金属的性能和质量。如果金属内部碳元素的量较多，则其可焊接性较差，如果含碳量小于0.25%，则可焊接性较强。容易被焊接的金属不仅可以在较短的时间内被处理，更可以提升焊接的质量。

不同种类的焊接材料势必会参与不同的化学反应，化学反应的过程势必会直接决定焊接金属的成分、组织和不同的性能。如果在加工时没有直接和母材进行匹配，则不能够获得高质量的金属。从上述一系列分析可以看出只有选择高质量的焊接材料才能够更好地保证焊接金属的质量。

1.2.2 工艺因素

金属焊接时的工艺因素主要是由焊接方式、焊接参数、焊接顺序和其他不同的处理工艺组成。不同的焊接工艺对焊接的过程会产生不同的影响。不同类型的焊接方法在工艺、热能、能量密度和其他不同的工艺方面都会有很大的差别，存在于不同热源下的金属自然也会显示出不同的焊接性能。例如，常见的电渣焊接虽然功率较大，但是整体能量密度不高，使得其加热的温度也会有所不同，真正处理时必须咬采用正火处理的策略。

1.2.3 结构因素

不同的焊接接头和焊接设计形式会直接影响金属材料的性能。包括材料形状、尺寸、厚度和不同的形式都会直接影响焊接的过程。不同类型的接口其传递热的方向和速度也会有所不同，如果没有采用合适的方法进行处理，势必会直接影响熔池结晶生长的方向。因此，在设计金属结构时必须通过有效地减少接头的刚度和交叉缝来更好地解决不同类型金属结构所产生的问题。

1.2.4 使用条件

只有采用合适的使用方法才能够提升金属焊接的质量。实际在低温条件下工作时一定要让金属具有一定的抗脆性和抗断裂的性能；在高温中工作时需要让其具备一定的抗蠕性能；在交变荷载条件下进行工作则需要其具有一定的抗疲劳性能；在酸碱条件下进行工作时需要让不同的容器有一定的耐腐蚀性能。从上述的分析可以看出，施工条件的苛刻会对金属性能提出更高的要求，实际更不能够直接保证材料焊接的性能。

2 金属材料在焊接中存在的缺陷

2.1 热裂缝

热裂缝指的是当金属在进行液态结晶时所产生的裂缝，一般这种裂缝重点发生在焊接过程中，在完成焊接之后就可以马上被发现。产生热裂缝的原因主要包括如下几点：第一，如果在焊接的过程中存在熔点较低的杂质则这些杂质会在焊接的过程中凝固地较慢。第二，即便将这些杂质直接凝固之后，其可塑性和强度都会显得较低[2]。

2.2 冷裂缝

所有的冷裂缝都是在焊接融合过程中出现在融合线上的裂缝，冷裂缝可能在较短的时间内发生，也有可能在完成焊接之后的几个小时发生。产生冷裂缝的原因包括如下几点原因：第一，在焊接热循环影响区内部形成淬硬组织；第二，如果焊接缝内部的热影响区域内出现较多的扩散氢，则会在之后的一段时间内出现冷裂缝。

2.3 焊接气孔

在焊接常见的金属材料时也很容易出现气孔。如果焊接人员没有在工作中直接清除存在于边缘地带的杂物，自然会使得坡口边缘存在较多的油污，如果没有采用合适的方法来处理这些油污，自然会影响到金属焊接的质量，久而久之金属材料内部就会存在气孔。此外，如果焊接人员没有采用合适的焊接标准来直接处理焊条，则会使得焊接气孔的问题进一步加剧。

2.4 未焊接透金属

在实际焊接金属时，很多种类的额金属并没有被焊接透彻，实际也无法在第一时间直接融合材料，不同的金属材料自然无法实现完整焊接。在实际焊接材料时，正因为不同类型的电流之间确实存在不同的差异，所以在焊接的过程中势必会产生不同的杂质，如果此时又没有直接焊透金属，自然使得金属的牢固性无法更好地被保证，如果后续焊接的强度又会不断地增强，金属内部容易在第一时间出现断裂的现象。

2.5 其他不同的焊接缺陷

在实际焊接金属材料时会出现如下几个方面的缺陷：第一，因为金属内部的化学成分不达标或者焊接过程中对金属元素造成损害而使得金属内部的化学元素发生变化。如果焊接缝隙内部的组织不符合相关的要求，自然会使得焊接缝自身的力学性能得以下降，实际还是会影响接头的性能。第二，如果在焊接时没有对坡口进行彻底清理自然会使得内部存在诸多氢气孔，甚至会在焊接的过程中存在较多的水分和油污。第三，如果焊接的过程中没有掌握合适的焊接角度，就会使得焊接缝的边缘出现诸多凹陷。如果没有能够直接填充金属又会出现咬边的现象，这样不仅可以直接减少金属材料的用量，更可以降低其抗压性能，最终产生新的裂缝。

3 防止金属材料中存在缺陷的措施

可以采用如下几点对应的措施来更好地防止金属材料中存在的缺陷。

3.1 防止热裂缝的措施

可以采用如下几点措施来防止热裂缝的产生：第一，注意在焊接时认真贯彻执行相关的工艺规程，并注意在焊接时尽可能地减少焊接产生的应力。第二，注意在焊接时尽可能地控制焊接的参数，最终才能够在降低冷却速度的基础上防止产生新的热裂缝；第三，注意更好地提升焊接过程中的形状系数，注意尽可能地配合小电流来进行施工作业，这样才能够防止因为大电流而产生的焊接问题；第四，注意尽可能采用多层焊接的方式进行焊接，为的是在最后更好地提升焊接的质量。

3.2 防止冷裂缝的措施

注意在焊接时通过采用如下几种措施来防止冷裂缝的产生：第一，注意在焊接的过程中采用低氢型的焊条，这样才能够在第一时间防止出现冷裂缝；第二，平时注意有效地采用严格的策略来保管合适的焊接材料，并采用合适的使用方法来使用材料；第三，注意采用合适的策略来直接管理材料，避免材料表面变得潮湿。注意有效地保证坡口边缘变得更加干净整洁，如果一旦表面出现油污、锈迹和其他不良情况时，则需要采用合适的措施来清理这些杂质。第四，注意在焊接之前就先进行预热处理，并在焊接之后采用缓冷处理的措施，只有相互配合才能够更好地防止冷裂缝的产生。第四，采用多层工序来进行焊接，并注意通过控制温度来更好地控制焊接的过程。第五，一定要采用科学方式进行焊接，并通过减少焊接的接应力来使得其达到最佳效果。

3.3 防止气孔的措施

可以采用如下几点措施来防止产生气孔：第一，注意在有效地选择焊接电流和速度的基础上来让焊接的过程更好地符合相关的要求；第二，争取采用合适的措施来直接清理存在坡口的水分和其他不良物品，最终才能够更好地保证焊接材料的质量。第三，在焊接时尽可能地控制焊接的速度和质量。

3.4 防止未焊透的措施

可以采用如下几点措施来防止出现未焊透的现象：第一，注意选择正确的坡口尺寸，这样才能够让焊接的过程变得更加充分；第二，注意第一时间清理干净存在于坡口表面的油污；第三，注意在焊接有效地关注两侧存在的融合情况。

3.5 其他措施

可以采用其他不同的措施来防止不同的金属焊接缺陷：第一，注意在施工时有效地关注施工的环境。如果气温直接低于零摄氏度，则可以采用必要的措施来保证材料的温度。第二，在现场设立合适的施工清洁区，为的是更好地保证加工金属的环境；第三，定期对加工金属的装备进行检修。注意正确处理包括金属打磨角度、焊接停留时间和其他不同的措施，并避免施工管道内部存在风。第四，注意让施工的环境时刻保持通风的状态，并让空气内部的湿度保持在90%左右。

4 金属焊接性能评定策略

在采用合适的方法防止金属材料内部存在缺陷之后需要采用合适的策略来评定金属焊接之后新金属的性能。第一，采用直接评定法来判断金属的性能。可以在分析不同金属内部产生的热裂纹、冷裂纹和其他不同类型的缺陷之后来找出内部存在的规律，并在之后采用直接评定法来判断焊接金属的性能。第二，合适的压板对接焊接裂纹试验法可以用来评定不同焊纹内部产生的敏感性。可以通过将试件安装在合适的FISCO 装置来调整坡口间隙对裂纹产生的影响。第三，可以运用刚性对接裂纹试验方法更好地检测不同类型的裂纹，并在找出不同类型的裂纹之后来查看金属的焊接质量。

5 结语

综上所述，在焊接金属的过程中确实容易存在诸多缺陷，所有的施工人员都需要在采用合适的策略进行分析之后才能够找出针对性的措施，最终才能更好地提升金属焊接的水平。施工人员不仅要从实践中有效地吸取经验，更需要在实际施工时采用针对性的预防措施，争取让金属焊接的过程能够变得更加顺利。