簡(jiǎn)介工具焊接常用的對(duì)焊、摩擦焊、釬焊3種方法產(chǎn)生的常見(jiàn)缺陷，展示缺陷實(shí)例，并列出了防止措施。
1 序言
焊接是機(jī)械制造中非常重要的熱加工工藝，也是一門(mén)綜合性的科學(xué)技術(shù)。由于焊接具有獨(dú)特優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，已被廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)。以下簡(jiǎn)介工具行業(yè)常用的對(duì)焊、摩擦焊、釬焊產(chǎn)生的各種缺陷，并展示缺陷實(shí)例，希望業(yè)界同行從中受益，防止發(fā)生類似的問(wèn)題，力爭(zhēng)少出廢品、節(jié)材節(jié)電，為企業(yè)增效。
2 對(duì)焊缺陷
對(duì)焊是將兩種金屬焊件分別夾持在兩夾頭中，電流通過(guò)兩金屬的連接端加熱至塑性或熔化狀態(tài)，在軸向壓力的作用下產(chǎn)生永久連接。由于焊接處兩種金屬的化學(xué)成分、膨脹系數(shù)及塑性均不同，因此在焊接和熱處理過(guò)程中焊縫往往是產(chǎn)生缺陷最集中的地方。
對(duì)焊常見(jiàn)缺陷如下。
2.1 焊縫尺寸不符合技術(shù)要求
該缺陷系指焊縫余高及余高差、焊縫寬度及寬度差、錯(cuò)邊量、焊后變形量等不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸，例如焊縫高低不平、寬窄不齊、變形較大等。產(chǎn)生此缺陷的主要原因是：坡口角度不合適、鈍邊及裝配間隙不均勻、焊接參數(shù)選擇不合理，以及焊工操作技能較低等。
2.2 咬邊
由于焊接參數(shù)選擇不當(dāng)或操作工藝不正確，沿著焊趾的母材部位燒熔形成的溝槽或凹陷俗稱咬邊。咬邊不僅減弱了焊接接頭的強(qiáng)度，而且因應(yīng)力集中而容易引發(fā)裂紋。
2.3 未焊透
該缺陷是指焊接時(shí)焊接接頭未完全燒透的現(xiàn)象。未焊透處會(huì)造成應(yīng)力集中，并容易引起開(kāi)裂，因此焊接接頭不容許存在未熔透缺陷。
2.4 未熔合
未熔合是指焊接時(shí)，焊道與母材之間、或焊道與焊道之間未完全熔化結(jié)合的部分。未熔合直接降低了焊接接頭的力學(xué)性能，未熔合嚴(yán)重時(shí)會(huì)使焊接結(jié)合體無(wú)法承受載荷。
2.5 焊瘤
該缺陷是指焊接過(guò)程中已熔化的金屬流淌所形成的金屬瘤。焊瘤不僅影響了焊縫的成形，而且在焊瘤部位往往還存在夾渣和未焊透等缺陷。
2.6 弧坑
在焊縫收尾處產(chǎn)生的下凹部分叫弧坑?；】硬粌H使該處焊縫的強(qiáng)度嚴(yán)重受損，而且由于雜質(zhì)的集中，因此會(huì)產(chǎn)生弧坑裂紋。
2.7 氣孔
焊接時(shí)熔池中的氣體在凝固時(shí)未能及時(shí)逸出而殘留下來(lái)所形成的空穴稱為氣孔。氣孔的形狀多種多樣，氣孔的存在不但影響焊縫的致密性，而且減少了焊縫的有效截面積，從而降低焊縫的力學(xué)性能。
2.8 夾渣和夾雜
夾雜是殘留在焊縫金屬中由冶金反應(yīng)產(chǎn)生的非金屬夾雜和氧化物。夾渣是殘留在焊縫中的熔渣。夾渣種類可分為點(diǎn)狀?yuàn)A渣和條狀?yuàn)A渣。夾渣削弱了焊縫的有效截面積，從而降低了焊縫的力學(xué)性能。另外，夾渣還會(huì)引起應(yīng)力集中，進(jìn)而使焊件在服役時(shí)突然失效。
2.9 裂紋
對(duì)焊裂紋是常見(jiàn)的一種缺陷，按產(chǎn)生的溫度和時(shí)間的不同可分為冷裂紋、熱裂紋和再熱裂紋；按產(chǎn)生部位的不同可分為橫向裂紋、縱向裂紋、焊根裂紋、弧坑裂紋、熔合線裂紋及熱影響區(qū)裂紋等。一旦產(chǎn)生焊接裂紋，不但使產(chǎn)品報(bào)廢，還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的事故。
3 摩擦焊缺陷
兩焊件（大小相近的棒材）在結(jié)合處利用相對(duì)旋轉(zhuǎn)摩擦生熱，使兩端面結(jié)合處加熱到1000℃左右的塑性狀態(tài)，然后迅速停止旋轉(zhuǎn)，并加上軸向壓力而達(dá)到連接的目的。
摩擦焊雖然不會(huì)產(chǎn)生像上述對(duì)焊那樣的氣孔、縮孔、疏松之類的缺陷，但當(dāng)端面焊接準(zhǔn)備工作不足、焊接工藝規(guī)范選擇或控制不當(dāng)時(shí)，常引起未焊合、氧化夾雜及孤形裂紋等缺陷。
4 釬焊缺陷
釬焊也稱“釬接”。利用熔點(diǎn)比焊件低的焊料（填充金屬）與焊接連接處一同加熱，在設(shè)定的高溫下焊料熔化后滲入并填滿連接處的間隙，達(dá)到連接牢固的目的。釬焊與其他焊接一樣會(huì)產(chǎn)生各種缺陷，概括主要有以下3種。
4.1 致密性差
釬焊接頭中的夾渣、夾氣、夾氣-夾渣、氣孔和未焊透等均屬于致密性低的缺陷，大多存在于焊縫內(nèi)部，但經(jīng)機(jī)械加工后，就會(huì)暴露于焊縫表面。這種缺陷會(huì)降低焊接接頭的氣密性、水密性、導(dǎo)電性及接頭的強(qiáng)度。
4.2 裂紋
釬焊過(guò)程中產(chǎn)生的裂紋比對(duì)焊要少得多，但由于不均勻的急冷，因此裂紋也時(shí)有發(fā)生。
4.3 針焊接頭熔蝕
由于釬焊過(guò)程中釬焊金屬向液態(tài)釬料過(guò)度熔解，因此會(huì)在焊件表面出現(xiàn)熔蝕缺陷。這主要由于釬料置于釬焊縫的一端，致使焊件金屬過(guò)度熔解而造成凹陷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)熔穿。
5 各種焊接缺陷實(shí)例
5.1 對(duì)焊錯(cuò)位
由于對(duì)焊機(jī)兩夾具中心不對(duì)稱，因此預(yù)熱時(shí)焊件端面部分接觸處金屬熔化量過(guò)大，且熔化不均勻，使頂壓后焊件中心不重合，屬于低級(jí)錯(cuò)誤。圖1所示為M2鋼和45鋼焊接的錯(cuò)位實(shí)物。
圖1 焊接錯(cuò)位
5.2 對(duì)焊局部燒傷
圖2所示為M2鋼和45鋼對(duì)焊燒傷的實(shí)物照片。若焊接夾具鉗口不平，則其局部未與工件緊密接觸，通電后因鉗口與工件之間產(chǎn)生電弧而形成燒傷。另外，也可能是鉗口上有臟物，使局部電阻增大，從而形成燒傷。當(dāng)燒傷程度大于機(jī)械加工余量時(shí)，會(huì)使焊件報(bào)廢。
圖2 局部燒傷
5.3 對(duì)焊焊縫斷裂
由于預(yù)熱溫度太高，焊縫處形成大的應(yīng)力。同時(shí)在焊接過(guò)程中因夾具松動(dòng)，夾頭重量作用在焊縫上，使焊件產(chǎn)生彎曲變形，因彎曲應(yīng)力的影響而造成焊縫開(kāi)裂，如圖3所示。
圖3 焊縫處斷裂（未浸蝕）
注：圖中黑色部分為裂紋經(jīng)退火后被氧化；白色為焊合部分。
5.4 對(duì)焊焊縫萊氏體
W18高速鋼在焊接過(guò)程中，由于加熱溫度超過(guò)1300℃，因此焊縫處的金屬處于熔化狀態(tài)，不可避免地會(huì)出現(xiàn)萊氏體組織。如果焊接時(shí)采用的電壓過(guò)高，產(chǎn)生較多的熔化金屬、再加上切斷電流時(shí)的頂壓力太小，使已熔化的金屬未能全部擠出，則凝固后形成大量的過(guò)燒萊氏體組織，這將大大降低焊縫強(qiáng)度，使其在服役過(guò)程中易折斷。圖4所示為焊縫處擠入45鋼的金相組織。
圖4 焊縫處擠入中碳鋼的萊氏體組織（500×）
注：圖中左側(cè)為高速鋼部分：回火馬氏體＋碳化物；右側(cè)為中碳鋼部分：鐵素體＋萊氏體＋珠光體。
5.5 對(duì)焊焊縫裂紋
對(duì)高速鋼來(lái)講，焊縫裂紋是在斷口上呈月牙形氧化膜，該氧化膜細(xì)致而整齊，比較隱蔽，不容易被發(fā)現(xiàn)，在淬火后校直時(shí)常被壓斷。圖5所示為焊縫斷面裂紋形貌。
圖5 焊縫斷面裂紋形貌（未浸蝕）
5.6 摩擦焊產(chǎn)主的裂紋
該裂紋發(fā)生在高速鋼臨近焊縫處，其特征是平行于焊縫向心部擴(kuò)展，如圖6所示。焊縫到裂紋之間的距離在0.50～5.0mm。在圓柱形工具的橫截面上，裂紋常呈現(xiàn)一個(gè)不封閉的圓環(huán)，而在縱截面則呈平行于焊縫的直線狀，因此沿裂紋斷裂時(shí)形成一個(gè)幾乎平行的平狀斷口。若工件產(chǎn)生了這種裂紋，在淬火前輕輕扔一下或從1.5m高處自由落體就會(huì)斷為兩段。
a）在圓柱形工具的表面
b）沿圓柱形工具的縱截面
c）在扇形工具的表面
圖6 焊接時(shí)形成的裂紋分布情況
5.7 釬焊夾雜
機(jī)械刀片的刀刃常用高速鋼或基體鋼，刀體用碳素鋼，用銅作為焊劑，如焊接清理不干凈或地面上的塵土被吹揚(yáng)到焊面上，就會(huì)形成夾雜缺陷，如圖7所示。
圖7 夾雜缺陷
6 防止焊接缺陷的具體措施
從以上分析不難看出，對(duì)金屬材料焊接性能的研究仍然是以接頭組織和性能的演變和改善、缺陷的形成與防止、焊接性的評(píng)價(jià)為主線。
6.1 對(duì)焊缺陷仿止措施
由于對(duì)焊的兩種材料化學(xué)成分、膨脹系數(shù)以及塑性等性能均不相同，并且在焊接和熱處理過(guò)程中各種因素的影響下，焊縫是產(chǎn)生缺陷最集中的地方，因此就要對(duì)癥下藥，采取相應(yīng)的防止措施。
1）導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性越好的金屬，對(duì)焊時(shí)吸熱越小、散熱越快。為了獲得沿焊件軸向良好的溫度分布,焊接時(shí)應(yīng)選用較大焊機(jī)功率和較高閃光速度及頂壓速度。
2）高溫強(qiáng)度越高的材料，其塑性變形阻力越大，頂壓時(shí)必須施以較大的壓強(qiáng)。為了減小頂壓力，可以通過(guò)調(diào)節(jié)閃光參數(shù)、減少端面附近的溫度梯度，以使高溫塑性區(qū)能寬一些。
3）45鋼的結(jié)晶溫度約為400℃，該區(qū)間越寬，表明固-液共存區(qū)越寬，頂壓時(shí)就應(yīng)該選用較大的頂壓余量和頂壓力才能將半軟化狀態(tài)的金屬完全擠走，否則易產(chǎn)生縮孔、疏松等缺陷。
4）對(duì)焊預(yù)熱、焊后緩冷、及時(shí)退火對(duì)防止和減少裂紋有益。
5）為避免焊件在熱處理過(guò)程產(chǎn)生裂紋而引起質(zhì)量糾紛，建議不要超焊縫范圍（鹽浴加熱）淬火。
6.2 摩擦焊缺陷防止措施
摩擦焊最常見(jiàn)的缺陷是裂紋，為了仿止裂紋的發(fā)生，一是要優(yōu)化焊接工藝，焊后立即保溫，及時(shí)退火。二是采用參數(shù)記錄儀監(jiān)視工藝過(guò)程，并及時(shí)采樣作破壞性試驗(yàn)來(lái)保證焊接質(zhì)量。
6.3 釬焊缺陷防止措施
選用合適的焊劑，嚴(yán)格執(zhí)行釬焊工藝，關(guān)注周圍環(huán)境對(duì)釬焊質(zhì)量的影響。另外，應(yīng)適當(dāng)減緩淬火冷卻速度，避免釬焊面被錘擊、劃痕或冷作硬化。
7 焊接質(zhì)量檢驗(yàn)
為減少和避免焊接缺陷，必須強(qiáng)化質(zhì)量檢驗(yàn)，按過(guò)程可分為焊前檢驗(yàn)、焊接過(guò)程檢驗(yàn)、焊后檢驗(yàn)3個(gè)階段。
7.1 焊前檢驗(yàn)
大部分企業(yè)對(duì)焊前不作檢驗(yàn)，結(jié)果就出了問(wèn)題，但后悔已晚。焊接檢查的項(xiàng)目有如下幾個(gè)方面。
（1）原材料檢驗(yàn) 材料來(lái)源、單據(jù)、合格證、表面質(zhì)量及尺寸等。
（2）焊件的生產(chǎn)準(zhǔn)備 包括坡口的選用、坡口角度、鈍邊加工質(zhì)量、配合面及其加工質(zhì)量等。
（3）焊接裝機(jī)檢驗(yàn) 釬焊前應(yīng)對(duì)焊劑、鐵絲捆扎、加強(qiáng)點(diǎn)、裝配工藝及定位焊點(diǎn)均要嚴(yán)格檢驗(yàn)。
（4）焊接環(huán)境檢驗(yàn) 包括焊接施工當(dāng)天的天氣情況、風(fēng)速、相對(duì)濕度、灰塵及最低氣溫等。
（5）焊前預(yù)熱檢驗(yàn) 包括焊件的預(yù)熱方式、溫度及范圍等。
7.2 焊接過(guò)程檢驗(yàn)
為防止和及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，保證焊件在焊接過(guò)程中的質(zhì)量，必須堅(jiān)持焊中檢驗(yàn)，以自檢為主、巡檢為輔，主要有以下幾個(gè)項(xiàng)目。
1）焊接工藝方法檢驗(yàn)。檢查焊接工藝方法是否與焊接工藝規(guī)程規(guī)定相符，若不符合審批手續(xù)，則不能盲目生產(chǎn)。
2）焊接材料檢驗(yàn)。在對(duì)焊及摩擦焊時(shí)，應(yīng)檢查材料特征、顏色、型號(hào)標(biāo)注、尺寸及焊縫外觀，另外還要檢查焊接材料是否同爐號(hào)等。
3）焊接工藝紀(jì)律檢查。
4）焊接溫度檢查。
5）焊件表面質(zhì)量檢查。
6）焊后熱處理檢查。按工藝要求保溫、及時(shí)退火等。
7.3 焊后檢驗(yàn)
焊后檢驗(yàn)是焊接檢驗(yàn)的最后階段，其目的是保證焊件質(zhì)量完全符合工藝技術(shù)要求，盡量減少?gòu)U品，為企業(yè)增效。
8 結(jié)束語(yǔ)
目前，對(duì)焊、摩擦焊、釬焊仍以手工操作為主，由于各種原因難免會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的缺陷，但只要我們認(rèn)真對(duì)待，嚴(yán)格按工藝要求操作，加強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)，并關(guān)注周圍環(huán)境對(duì)焊接質(zhì)量的影響，就可以大大減少焊接缺陷，提高正品率。
參考文獻(xiàn)：
[1] 王廣生，等. 金屬熱處理缺陷分析及案例[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.
[2] 李曉延. 國(guó)際焊接學(xué)會(huì)（IIW）2019研究進(jìn)展[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2020.
京公網(wǎng)安備11010802046783號(hào)
