合金管材焊接作業(yè)中產(chǎn)生裂紋的防控因素研究

梁向榮 崔彥龍

【摘 ?要】焊接技術(shù)作為合金工業(yè)生產(chǎn)中重要的環(huán)節(jié)之一，選擇合適的焊接方法以及合金材料都可以一定程度上避免裂紋的情況發(fā)生。本文將通過(guò)分析焊接作業(yè)中裂紋的種類以及其產(chǎn)生的原因，進(jìn)行深入的研究討論。提出采取措施，來(lái)避免焊接作業(yè)中裂紋的情況出現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】合金管材：焊接作業(yè)：焊接裂紋

1、鋁合金材料焊接裂紋的種類以及產(chǎn)生原因

在合金焊接的過(guò)程中，導(dǎo)致焊接接頭出現(xiàn)裂紋的兩個(gè)主要原因分別是和金屬材料的性質(zhì)、種類以及焊接方法的不同有著密不可分的關(guān)系，焊接裂紋會(huì)導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度大幅度減弱，嚴(yán)重更會(huì)引起整個(gè)金屬結(jié)構(gòu)受到破壞，因此一定要避免合金材料在焊接中出現(xiàn)裂紋。

1.1焊接裂紋種類

焊接裂紋情況發(fā)生的主要原因是由于在焊接的過(guò)程中，焊接處受到一定的外力因素，導(dǎo)致金屬原子之間不能進(jìn)行正常的結(jié)合，從而出現(xiàn)裂紋情況。焊接過(guò)程并不是導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)的唯一階段，由于其具有潛伏期，溫度的變化以及外界的壓力都將會(huì)一定程度上增大焊接處出現(xiàn)裂紋的幾率。根據(jù)裂紋部位可以大體將焊接裂紋分為兩種，分別為熱影響區(qū)裂紋、焊接金屬裂紋，前者主要包括顯微熱裂紋、層狀裂紋、焊趾裂紋。焊接金屬裂紋主要包括橫向裂紋、縱向裂紋、弧狀裂紋等。依據(jù)產(chǎn)生裂紋的溫度還可以分為冷裂紋以及熱裂紋，在鋁合金焊接中其一般溫度較高，因此熱裂紋是最為常見(jiàn)的，而相對(duì)的冷裂紋極為少見(jiàn)。

1.2焊接裂紋產(chǎn)生的原因

將焊接結(jié)晶可以規(guī)劃為三個(gè)階段，目的是為了便于更好的研究分析焊接裂紋產(chǎn)生的原因。

（1）液固階段

在高溫冷卻結(jié)晶時(shí)，只存在著較少的晶核，但由于冷卻時(shí)間的增加和溫度的不斷降低，晶核體積不斷增加，并伴隨新的晶核出現(xiàn)，在此階段液相占比要一直大于固相，并且兩個(gè)晶粒之間相互不接觸，對(duì)于沒(méi)有凝固的液態(tài)合金來(lái)說(shuō)不存在任何的阻礙。即使近體之間存在著拉伸應(yīng)力，但是被分離開(kāi)的空隙，會(huì)被液態(tài)金屬及時(shí)填充，由此可以得出結(jié)論，在焊接的液固階段不會(huì)出現(xiàn)裂紋的情況

（2）固液階段

隨著結(jié)晶不斷的進(jìn)行，熔池中的液相不斷減少，結(jié)晶核的體積不斷增大，當(dāng)溫度降低到一定水平時(shí)，凝固合金內(nèi)的金屬晶體就不斷的會(huì)發(fā)生碰撞，這時(shí)液態(tài)合金的流動(dòng)受到了一定的影響導(dǎo)致這一情況的主要原因是因?yàn)樵诶鞈?yīng)力的作用下，被拉伸得縫隙無(wú)法及時(shí)的得到填充，在這個(gè)階段，若是收到外力的影響，機(jī)會(huì)有產(chǎn)生焊接裂紋的可能，因此固液階段又被稱之為“脆性溫度區(qū)”。

（3）完全固體階段

熔池內(nèi)的合金金屬在達(dá)到完全凝固后，在拉應(yīng)力表現(xiàn)后，會(huì)具有一定的抗壓力以及塑性，內(nèi)部脆性溫度區(qū)較為狹小，拉應(yīng)力在此區(qū)間的作用時(shí)間較短，因此在此階段發(fā)生翰接裂紋的情況較少，但是金屬成份較高，雜質(zhì)少的金屬，其脆性溫度區(qū)較大，因此拉伸力在此區(qū)間作用時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于雜質(zhì)較少的金屬，因此出現(xiàn)裂紋的幾率較大。

2、避免焊接裂紋產(chǎn)生的方法

通過(guò)對(duì)合金焊接產(chǎn)生熱裂紋的原因肌理進(jìn)行深入的研究討論，得出可以通過(guò)冶金技術(shù)、焊接水平兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)，以此來(lái)降低在合金焊接時(shí)發(fā)生裂紋的幾率。

2.1改變其金屬自身結(jié)構(gòu)

為了避免焊接裂紋的情況發(fā)生，可以通過(guò)使用改變焊接合金結(jié)構(gòu)的方法以及加入矢量的變質(zhì)劑，變質(zhì)劑的主要是由元素微小的顆粒構(gòu)成，目的是增強(qiáng)晶體的流動(dòng)性，從而提高焊接點(diǎn)的穩(wěn)定性，可以有效地改變其自身結(jié)構(gòu)，其關(guān)鍵是在于通過(guò)減小晶粒體積來(lái)增加焊接處的塑型和牢固性，從而實(shí)現(xiàn)防止焊接裂紋的目的。在材料的選擇方面應(yīng)選用規(guī)格較大、氧化區(qū)較少的焊絲，在使用的過(guò)程中要保利用率實(shí)現(xiàn)最大化，當(dāng)合金材料的厚度較低時(shí)，可以試著采用坡口處理，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)坡角度進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖?，以此?lái)提高焊接的精準(zhǔn)度，焊接前應(yīng)使用二甲基酮溶液或是鋼刷清理掉表面雜質(zhì)，目的是為了防止雜質(zhì)融到材料當(dāng)中。

2.2提高焊接水平

在進(jìn)行合金材料的焊接時(shí)，通過(guò)對(duì)其材質(zhì)的嚴(yán)格把關(guān)可以大幅度的減少焊接裂紋情況發(fā)生的幾率，焊接裂紋會(huì)直接導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量一落千丈。因此需要制定出更加規(guī)范的工藝操作標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)原材料各項(xiàng)性能參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，來(lái)確保焊接工作的完整性，通過(guò)選用熱集中的焊接方法，將合金之間的焊縫進(jìn)行鏈接，可以保證晶體在凝固期間的穩(wěn)定性，從而提高焊接區(qū)域的抗壓、抗裂性。在焊接的過(guò)程中避免使用電流過(guò)大的情況出現(xiàn)，選擇電流較小的方式均勻慢速焊接，并防止液態(tài)金屬熔池的出現(xiàn)。

在焊接工藝中可以對(duì)合金材料進(jìn)行預(yù)熱處理。通過(guò)消除晶體間的液態(tài)間層，來(lái)降低焊縫的剛性，和降低阻量數(shù)值，從而減少發(fā)生焊接裂紋的幾率。在使用焊接工藝進(jìn)行工作時(shí)，適當(dāng)減小材料與材料之間的距離，或是對(duì)其進(jìn)行坡口處理過(guò)后，嚴(yán)格依照焊接規(guī)范操作流程開(kāi)展焊接工作。

在焊接工作結(jié)束后應(yīng)及時(shí)將焊接熱源移走，并將焊弧坑及時(shí)填埋，防止由于溫差過(guò)大而導(dǎo)致弧坑裂紋，在合金材料焊接結(jié)束后，應(yīng)根據(jù)不同金屬的不同特性選用不同的氣體進(jìn)行保護(hù)，保證氣體不會(huì)高溫下的金屬材料發(fā)生反應(yīng)，在完成合金材料焊接后考慮到體積會(huì)發(fā)生變化，從而影響焊接質(zhì)量，因此可以選用點(diǎn)狀式的敲擊方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)焊縫的延伸現(xiàn)象，在敲擊時(shí)需要注意避免敲擊下方根部，容易會(huì)導(dǎo)致裂紋的出現(xiàn)，通過(guò)利用以上手段來(lái)確保焊接后合金的穩(wěn)定性不會(huì)被外力形變所影響。

3、結(jié)語(yǔ)

由于合金材料本身的特性，導(dǎo)致在焊接階段若是選擇不當(dāng)?shù)暮附臃椒ê筒牧暇蜁?huì)導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋，其裂紋部分硬度不容可觀，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)合金材料受到破壞。在對(duì)合金材料在焊接前需要做好必要的準(zhǔn)備工作，并根據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的焊接技術(shù)進(jìn)行焊接，避免焊接金屬發(fā)生形變，不但可以避免裂紋情況的出現(xiàn)，還能提高焊接部分的質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：

梁向榮，男，本科，主要從事特種材料、焊接研究工作。

（作者單位：宣達(dá)實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司）