金属材料焊接成型中主要缺陷及控制策略分析

2022-12-18武兴荣

现代制造技术与装备 2022年6期

武兴荣

（酒泉工贸中等专业学校，酒泉 735000）

在金属材料焊接成型作业中经常会出现裂缝缺陷、折断缺陷、焊瘤缺陷等问题，若不能够严格控制焊接过程中的缺陷情况，会降低作业效果和金属材料的加工质量。因此，在金属材料焊接作业中需要总结相关经验，有效控制金属材料焊接的缺陷问题，从根本上提升焊接成型作业的质量，达到有效焊接的目的。

1 金属材料焊接成型的概述

1.1 概念

金属材料焊接成型主要是通过加压、加热等方式使同金属或不同金属的两块金属结合。两块金属的表面形成原子间的扩散和结合作用，从而使得分离的金属材料牢固连接。

1.2 分类

根据形成接触面的形态、使用热源的性质以及是否能加压方式，可将金属材料焊接成型分为压力焊、熔化焊、钎焊等类型。压力焊主要是指通过对金属材料施加一定的压力而完成焊接的焊接成型方法[1]。熔化焊主要是指加热金属材料的接头部位，直至加热到呈现熔化的状态，且不用施加任何压力就能完成焊接的焊接方法。钎焊主要是指采用熔点比较低的金属材料作为焊接的钎材料，将其加热至钎材料的熔点以上的温度区间，通过浸润液态的钎材料使其充分填充焊接接头的间隙部位，从而将焊接材料和钎材料相互融合，达到牢固连接的焊接方法。

1.3 特点

金属材料焊接成型的优点：①节约金属材料的用料；②金属材料接头焊接的牢固性强；③同金属或不同金属均可完成焊接；④焊接加工作业操作简单。但是，金属材料完成焊接后，材料接头处可能会存在一些焊缝，一定程度上会改变材料的性质，且部分焊接成型工艺的质量问题不便检验，因此无法有效和及时地控制焊接材料的质量。

2 金属材料焊接成型中常见的缺陷问题

2.1 焊接裂纹缺陷

金属材料焊接成型作业对焊接人员的技术水平提出了较高要求，因为焊接的任何环节出现差错都会导致金属制品缺陷，其中焊接裂纹缺陷是最常见的一种缺陷。根据金属材料焊接裂纹缺陷的类型，可将其分为冷裂纹和热裂纹两种形态。若是不能合理有效地控制裂纹缺陷，则会对金属制品的质量造成较大影响。冷裂纹一般是在金属材料完成焊接后，由于焊接人员的不正确处理或是其他原因导致金属制品在冷却过程中产生的裂纹[2]。热裂纹是由操作人员的不规范操作或是其他原因在金属的熔化态至结晶过程中形成的。

2.2 焊缝折断缺陷

在焊接成型过程中，金属材料出现未熔合、未焊透等情况后会存在焊缝折断的缺陷。在焊接过程中，因为焊接接头部位没有完全进行熔化，会导致金属的焊接缝隙部位存在未焊透的情况。同时，金属制品之间的焊接缝隙过小或过大，都会导致焊接电弧延长的情况，再加上并未完全清理干净焊接坡口处的氧化杂质，容易形成残留的焊接熔渣，进而出现金属制品焊缝折断的缺陷[3]。

2.3 焊接咬边缺陷

金属材料焊接中的咬边缺陷主要是因为在焊接过程中某些焊接曲线出现了比较明显的凹陷边缘，类似于金属材料在焊接后掉边角的情况，是金属材料焊接中常发生的缺陷。一般情况下，焊接的咬边缺陷多在焊接过程中发生。因为焊接速度比较快，在产生大电流的环境下，因为焊接没有符合要求，而在焊接封闭时没有在最快的时间里快速填充熔化的金属液[4]。焊接咬边缺陷的发生会进一步影响焊接后金属材料的强度，从而会破坏金属制品的美观性和整体性。

2.4 焊接气孔缺陷

金属材料焊接成型作业中的气孔缺陷是焊接过程中比较常见的缺陷之一，多出现在焊接区域的表面、内部和头部等位置。但是，无论气孔缺陷出现在哪个位置，都会破坏金属材料焊接的完整性，影响金属制品的强度。出现气孔缺陷的很大原因是在金属材料焊接完成后，其表面存在些许氧化皮和杂质等，即在完成焊接后对金属制品清理不彻底导致。比如，金属材料焊接后在某区域内有油质物和水滴物，就会加大气孔缺陷发生的概率[5]。此外，在实际焊接过程中，这些杂质会形成气体存在于焊缝区域，导致出现气孔缺陷。

2.5 夹渣和焊瘤缺陷

金属材料焊接中出现的夹渣缺陷，主要是由金属制品焊缝部位存在的熔渣产生的。一旦出现了夹渣缺陷，会对金属制品的强度造成影响。一般情况下，若在焊接操作过程中焊接坡口切割不合理，就会留下些许金属氧化皮和残渣。若在焊接中电流较小，也会产生夹渣缺陷[6]。除了夹渣缺陷外，焊瘤缺陷也是需要重点关注的缺陷之一。焊瘤缺陷的发生多是在金属材料完成焊接后形成的。焊缝周围存在比较明显的金属瘤，就是焊瘤。焊瘤的存在不仅会影响金属制品的强度，还会影响金属制品整体的美观性。焊接过程中金属材料在熔化的状态下被其他因素影响，加上焊接中焊接电流不稳定、焊接电弧放射行程过长等，导致金属制品表面出现焊瘤缺陷[7]。

3 金属材料焊接成型中缺陷问题的控制策略

3.1 选择合适的焊接方法

根据金属材料在实际焊接成型作业中很容易产生的缺陷问题，应当根据金属材料的不同来选择最合适其焊接的焊接方式，使整个焊接成型作业控制在一个合规的范围内，以降低因操作问题而导致的焊接缺陷发生率。在金属材料焊接成型作业实施前，应当全面详细地分析金属材料的性质，确定其最合适的加工条件，再根据金属材料的焊接要求，选择最合适且合理的焊接方法[8]。此外，焊接对操作人员也有一定的要求，要求其在作业前能充分熟悉各种操作的规范标准并优化选择焊接方式，尽可能熟悉掌握整个焊接流程。在选择确定金属材料焊接成型方式后，需要进一步评定焊接工艺，判断在整个作业过程中是否会产生操作矛盾的情况[9]。对于可能在操作作业中发生的缺陷问题，应当采取有效的控制措施。

3.2 严格控制焊接参数

为了全面保障焊接工艺的质量，除了要优化操作，还需要严格控制相关的焊接参数。在实际焊接操作过程中，严格将参数控制在原本制定的范围内，能够有效降低金属材料焊接过程中出现的缺陷率。比如，在实际焊接过程中选择了不正确的电流功率，会导致各种焊接缺陷的发生[10]。为了避免上述情况的发生，需要根据金属材料的焊接工艺和焊接特点，选择最恰当的焊接电流，在保证电流稳定的基础上，更好地提升焊接质量[11]。在金属材料焊接成型作业中，为了保证质量，选择恰当的焊接弧度和焊接角度也很重要。实际操作中必须严格遵循金属材料焊接技术标准来确定相关焊接参数，并进行严格控制，保证焊接质量。

3.3 检查整体焊接环境

从焊接成型工艺的要求来看，它对金属材料焊接环境提出了较高要求。一个较差的焊接环境，对于操作人员的听觉、视觉以及触觉等方面都会造成较大影响[12]。因为环境是整个焊接作业中最难控制的因素，所以需要格外注意。在金属材料焊接成型工艺中，必须检查焊接环境，避免不利因素对焊接造成影响。对于外界环境来说，需要控制焊接环境内的风向变化、湿度变化、风力变化和温度变化等，保证焊接环境能够满足焊接的基本条件，进而降低焊接缺陷发生率[13]。对于内在环境来说，在实际焊接过程中需要控制焊缝状态。此外，操作人员在完成焊缝坡口处理后，需要及时清理焊接区域，避免在焊接处留下残质而影响焊接质量。

3.4 有效监控焊接过程

金属材料焊接成型作业操作过程是否规范，直接决定了焊接作业的质量。因此，必须严格控制整个焊接过程，及时有效地发现焊接作业中存在的问题并给予纠正，最大限度地避免因操作而导致缺陷问题的出现。比如，在焊接成型作业前，必须有效清除材料的坡口熔渣，同时控制焊接电流，保持合适的焊接速度，避免焊接夹渣缺陷[14]。同时，需要控制焊条角度和电弧长度，保持焊接手法的均匀。若是操作不均匀，很容易导致部分焊接位置温度过高而出现焊接焊瘤缺陷。所以，只有监控好整个金属材料焊接成型的作业过程，保证焊接的规范性，才能最大限度地提高焊接质量。

3.5 及时修复焊接缺陷

在金属材料焊接成型后，若是发现金属制品在焊接分析的部位存在缺陷，需要及时修复缺陷。若是实际的焊接环境温度在0 ℃以下，需要对材料进行预加热处理。对于有热处理要求的金属材料，需要在实施热处理前完成缺陷修复，并在修复完成后再进行热处理[15]。一般情况下，若是需要补焊修复，需要尽量采用小电流的多道多层焊接方法。在实际焊接过程中，中间不许停留，需要一次性流畅完成补焊操作，且在实际操作中需要将加热温度和层间温度保持在100 ℃以上[16]。在完成焊接焊缝修复后，按照要求需要进一步检测金属焊缝的实际情况，判断修复是否符合要求。若是不符合要求，需要重新修复，直到修复合格为止。