金属材料焊接成型中的常见缺陷问题及优化控制策略

2021-11-30白爱东罗宝宇

中国金属通报 2021年11期

白爱东，罗宝宇

（1.阿克苏地区库车中等职业技术学校，新疆阿克苏 842000；2.阿克苏地区沙雅中等职业技术学校，新疆阿克苏 842200）

随着我国综合国力的提升，金属材料的应用已经全方位地得到了普及应用，进而金属材料的焊接成型问题也成为发展诸多产业中的不可忽视的一部分。金属材料焊接成型作为金属材料主要成型的方式之一，相应的焊接成型技术的能力和水平直接影响相应金属产品的品质好坏。目前金属材料焊接成型过程中，仍然存在一些隐患和缺陷，需要相关的专业人士高度重视这一问题，并且采取相应科学合理的措施和办法加以优化处理。同时对焊接过程严格把控，能够进一步提升金属材料焊接成型的标准化和规范化，进而提高焊接成型的效果和质量[1]。

1 金属材料焊接成型的内容概述

1.1 金属材料焊接成型概念

金属材料焊接成型是通过用加热、加压等方法，使两块同种金属或者不同种金属的表面之间形成原子间的结合与扩散作用，进而使分离的金属材料牢固连接且不能拆卸接头的材料成型工艺方法。

1.2 金属材料焊接成型的分类

根据使用热源的性质、形成接触面的形态以及是否采用加压方法可大致将金属材料的焊接成型划分为熔化焊、压力焊、钎焊三种。熔化焊是将焊件接头加热至金属熔化状态，不用施加压力即可完成焊接的焊接方法。压力焊是指通过对焊件施加一定压力完成焊接的焊接方法。而钎焊是指采用比焊接母材熔点低一些的金属材料作为焊接所用钎料，加热到所用钎料熔点之上而又在焊接母材熔点之下的温度区间内，通过使液态钎料浸润母材并充分填充焊接接头间隙，并使钎料与焊接母材相互弥散，最终是相应焊接接头连接牢固的焊接方法[2]。

1.3 金属材料焊接成型的特点

金属材料焊接成型的优点：1.节省金属用料且接头牢固密封性好。2.化繁为简、以小拼大。3.同种金属或不同种金属皆可连接，并且方便生成异种金属复合结构。4.焊接件重量轻便，且加工装配易操作。金属材料焊接成型的缺点：焊接后，母材接头焊缝处的力学性能有一定程度的降低和相关材料的组织发生的改变不可控，并且一些个别焊接工艺方法生产出的焊件的焊接质量不方便检验，不能够及时、高效地形成相应的生产链条。

2 金属材料焊接成型中的常见缺陷问题及分析

2.1 金属材料焊接裂纹缺陷

在金属材料焊接成型过程中，对操作人员技术水平和能力有着非常严格的要求，在焊接过程中的任何环节出现纰漏，都可能会使金属制品产生各种缺陷。焊接裂纹缺陷通常是其中最为常见的缺陷问题，当然同时也是对金属制品成品质量危险性最大的一种缺陷，焊接裂纹的产生会对金属制品的后续应用造成非常明显的影响[3]。根据金属材料焊接裂纹的产生机理也可分为热裂纹与冷裂纹两种裂纹形态，而这两种裂纹对金属材料焊接质量会产生不同的影响结果，若不对这两种裂纹形态加以控制和防范，将会对金属材料后续应用产生非常大的危害。

热裂纹的产生机理是金属材料在焊接成型操作过程中，金属在由熔融态开始结晶时到完全转变为金属固态结晶的过程中，由于焊接操作人员操作不当或者其他客观原因影响形成的热裂纹。热裂纹会在焊接后直接显现在金属制品的表面，且多在焊缝位置处出现，严重影响金属制品的外观完整性和制品美观性。金属材料质量不达标、金属材料内含杂质元素含量过多或者焊接过程的整体湿度环境不合格等问题，都会直接影响金属材料的整体焊接质量和焊接效果，进而使相应金属制品增大了产生热裂纹缺陷的概率。

冷裂纹的产生机理一般是在金属材料焊接完成后，由于焊接操作人员处置不科学合理或者其他客观原因，在金属制品进行冷却过程中在制品表面产生的相应裂纹。一部分冷裂纹也可能会在焊接完成后直接出现，还有一部分冷裂纹则会随着时间的推移而逐渐显现并加深，一般可能在金属制品焊接成型之后几天产生，冷裂纹的出现大部分是在金属制品焊缝部位，因为焊缝区域出现淬硬组织，进一步加快释放残余应力，从而形成冷裂纹。大多数情况下冷裂纹具有非常强的不可控性。

2.2 金属材料焊接焊缝折断缺陷

金属材料未焊透、未熔合也是金属材料焊接成型过程中严重的隐患问题之一。在焊接成型过程中，因为焊接接头根部并未完全整体熔化透，进而导致金属焊缝部位以及各焊缝层之间存在不同程度的未焊透现象。同时焊接的金属制品的装配间隙过小或金属制品的直径太大，都会产生焊接放射电弧过长的情况，再加上焊接坡口表面氧化皮未能完全清除干净，容易形成残留熔渣，进而引发焊接成型的金属制品部分边缘产生不熔合的问题[4]。

2.3 金属材料焊接夹渣和焊瘤缺陷

夹渣缺陷属于相对比较常见的缺陷，该缺陷问题主要是由于金属制品的焊缝部位存在熔渣而产生的。一旦出现夹渣缺陷，会严重影响金属材料的焊缝强度和金属制品的整体焊接成型质量。一般在操作过程中，如果焊接坡口切割不规范合理，就会留下一定数量的金属氧化皮和相应残渣。同时，焊接成型操作过程中，如果相应的焊接电流较小，也很容易在金属制品焊缝处产生夹渣。

焊瘤缺陷是指在金属材料焊接成型完毕后，在焊接的焊缝处周围一定范围内形成的比较明显的金属瘤。这种金属瘤不但容易破坏焊缝的强度，而且严重影响金属制品整体外观的美感。通常情况下这种缺陷问题主要是由于焊接过程产生的熔融态金属在下坠过程中被其他因素影响并干扰导致的，这种情况一般与焊接成型过程中所用的焊接电流输出控制不稳定有一定关系，例如焊接电流输出过大、焊接电弧放射行程过长，都可能致使金属制品表面产生焊瘤问题。

2.4 金属材料焊接气孔缺陷

金属材料焊接气孔缺陷在金属材料的焊接成型过程中一般也比较常见，气孔缺陷的多出现在焊接区域内部、表面及其焊接接头部位周围等位置，无论出现在哪个部位，一旦产生了气孔，相应的金属材料的焊接完整性就会被破坏，致使整体金属制品的强度下降，不满足使用要求。气孔缺陷的产生原因一般是由于金属材料焊接区域表面遗留杂质和氧化皮等，整体金属制品清洁不彻底等。例如在金属材料焊接区域范围内有水滴或油质物品，就会大概率提升气孔缺陷产生的概率。在焊接时，相应的水滴和油质物品就会形成气体，停留在焊缝区域周围，从而使金属材料焊接成型后产生气孔。

2.5 金属材料焊接咬边缺陷

金属材料焊接咬边缺陷主要是指在相应金属材料焊接区域内产生的比较明显的凹陷边缘，类似于在整体金属材料中缺肉、掉边角的情况，是金属材料焊接成型过程中可能出现的缺陷之一。一般情况下，咬边缺陷是在金属材料焊接过程当中会发生的，主要是因为焊接过程中出现焊接速度过快，产生局部大电流或者焊条角度不符合焊接要求等在金属材料焊接熔合封闭时，沿着焊缝边缘的凹坑没有在第一时间快速填充熔融态金属液而造成的。焊接咬边缺陷的产生会使金属材料的整体焊缝强度下降，破坏相应材料焊接成型的整体性和美观性[5]。

3 金属材料焊接成型中缺陷问题的优化控制策略

3.1 优化选择合适的焊接方式

根据金属材料在焊接成型过程中容易产生的各种缺陷问题，应当给不同金属材料优化选择相应合适的焊接方式，确保整个焊接技术操作过程符合规范标准，进而减小因为操作不当而产生相应缺陷的概率。

在金属材料焊接成型加工前，首先应当细致分析相应的材料性质和加工条件，然后根据对应的金属材料焊接质量要求，优化选择合适的焊接方式。焊接操作人员应该在操作前熟悉并明确相应焊接操作技术规范标准，按照焊接方式使用频率从高到低排列，从中进行优化选择，并且要保证相应的焊接操作人员能够熟悉并掌握金属材料的整个焊接技术流程。金属材料焊接方式已经选定时，应该首先评定相应的金属材料焊接工艺，裁定在整个金属材料焊接成型过程中，是否在焊接前后操作过程中产生矛盾的情形。对于可能产生的缺陷隐患，像是裂纹缺陷、夹渣缺陷明显缺陷，应当及时采取合适的优化控制策略[6]。

3.2 严格控制金属材料的焊接参数

焊接参数是控制焊接质量的一个重要因素，通过合理选择相应金属材料的焊接参数，并在焊接成型操作过程中严格控制对应的焊接参数，就能明显减少金属材料的各种缺陷隐患。例如焊接过程中焊接电流选择不当，就会产生若干种类的焊接缺陷。可以根据金属材料焊接特点和焊接工艺，合理选择相应的焊接电流，确保焊接电流大小稳定，从而提高金属制品的整体焊接质量。另外，金属材料焊接成型过程中，对于焊接角度和焊接弧度的选择也是焊接质量不可忽视的重要影响因素，必须严格遵循相应的金属材料焊接成型技术规范标准来确定，以确保能够有效控制对应的焊接参数。

3.3 检查金属材料的整体焊接环境

一般情况下，金属材料的焊接环境比较差，对于视觉、听觉、触觉等多方面都是有影响的。同时金属材料的焊接环境也是整个焊接过程中质量控制相对最不可控的部分。所以，在金属材料焊接成型过程中，必须检查好相应材料的整体焊接环境，尽可能避免外界环境的不利因素的干扰。对于外界环境的监控，需要重点监控环境实时温湿度变化、风向和风力大小等影响因素，以保证相应的焊接环境条件能够满足相应的焊接工艺需求，从而进一步降低产生对应焊接缺陷的概率。同时需要控制好焊缝状态，应当在完成焊缝坡口处理后，及时进行清理待焊接区域，以免残留杂质和氧化皮，严重影响后续的焊接质量[7]。

3.4 及时修复金属材料的焊缝缺陷

在金属材料焊接成型后，如果发现金属制品焊缝处产生缺陷问题，应该及时对其进行修复完善。如果整体焊接环境温度在0℃以下，应当对材料采取预加热措施。对于有热处理要求的金属焊件，应该在热处理前修复缺陷，然后再进行热处理。一般情况下，若需要进行补焊，应该应用小电流多层多道焊接方式，中间不允许停顿，从头到尾需要一次补焊完成，应该将预加热温度和层间温度保持在100℃以上。在完成焊缝缺陷修复后，按照焊缝探伤要求重新进行金属探伤检测，若焊缝修复不符合规范标准要求，可以继续修复，直到探伤合格为止。