合金管材焊接作业中产生裂纹的防控因素研究

梁向荣 崔彦龙

【摘  要】焊接技术作为合金工业生产中重要的环节之一，选择合适的焊接方法以及合金材料都可以一定程度上避免裂纹的情况发生。本文将通过分析焊接作业中裂纹的种类以及其产生的原因，进行深入的研究讨论。提出采取措施，来避免焊接作业中裂纹的情况出现。

【关键词】合金管材：焊接作业：焊接裂纹

1、铝合金材料焊接裂纹的种类以及产生原因

在合金焊接的过程中，导致焊接接头出现裂纹的两个主要原因分别是和金属材料的性质、种类以及焊接方法的不同有着密不可分的关系，焊接裂纹会导致金属结构的强度大幅度减弱，严重更会引起整个金属结构受到破坏，因此一定要避免合金材料在焊接中出现裂纹。

1.1焊接裂纹种类

焊接裂纹情况发生的主要原因是由于在焊接的过程中，焊接处受到一定的外力因素，导致金属原子之间不能进行正常的结合，从而出现裂纹情况。焊接过程并不是导致裂纹出现的唯一阶段，由于其具有潜伏期，温度的变化以及外界的压力都将会一定程度上增大焊接处出现裂纹的几率。根据裂纹部位可以大体将焊接裂纹分为两种，分别为热影响区裂纹、焊接金属裂纹，前者主要包括显微热裂纹、层状裂纹、焊趾裂纹。焊接金属裂纹主要包括横向裂纹、纵向裂纹、弧状裂纹等。依据产生裂纹的温度还可以分为冷裂纹以及热裂纹，在铝合金焊接中其一般温度较高，因此热裂纹是最为常见的，而相对的冷裂纹极为少见。

1.2焊接裂纹产生的原因

将焊接结晶可以规划为三个阶段，目的是为了便于更好的研究分析焊接裂纹产生的原因。

（1）液固阶段

在高温冷却结晶时，只存在着较少的晶核，但由于冷却时间的增加和温度的不断降低，晶核体积不断增加，并伴随新的晶核出现，在此阶段液相占比要一直大于固相，并且两个晶粒之间相互不接触，对于没有凝固的液态合金来说不存在任何的阻碍。即使近体之间存在着拉伸应力，但是被分离开的空隙，会被液态金属及时填充，由此可以得出结论，在焊接的液固阶段不会出现裂纹的情况

（2）固液阶段

随着结晶不断的进行，熔池中的液相不断减少，结晶核的体积不断增大，当温度降低到一定水平时，凝固合金内的金属晶体就不断的会发生碰撞，这时液态合金的流动受到了一定的影响导致这一情况的主要原因是因为在拉伸应力的作用下，被拉伸得缝隙无法及时的得到填充，在这个阶段，若是收到外力的影响，机会有产生焊接裂纹的可能，因此固液阶段又被称之为“脆性温度区”。

（3）完全固体阶段

熔池内的合金金属在达到完全凝固后，在拉应力表现后，会具有一定的抗压力以及塑性，内部脆性温度区较为狭小，拉应力在此区间的作用时间较短，因此在此阶段发生翰接裂纹的情况较少，但是金属成份较高，杂质少的金属，其脆性温度区较大，因此拉伸力在此区间作用时间要远远长于杂质较少的金属，因此出现裂纹的几率较大。

2、避免焊接裂纹产生的方法

通过对合金焊接产生热裂纹的原因肌理进行深入的研究讨论，得出可以通过冶金技术、焊接水平两个方面进行改进，以此来降低在合金焊接时发生裂纹的几率。

2.1改变其金属自身结构

为了避免焊接裂纹的情况发生，可以通过使用改变焊接合金结构的方法以及加入矢量的变质剂，变质剂的主要是由元素微小的颗粒构成，目的是增强晶体的流动性，从而提高焊接点的稳定性，可以有效地改变其自身结构，其关键是在于通过减小晶粒体积来增加焊接处的塑型和牢固性，从而实现防止焊接裂纹的目的。在材料的选择方面应选用规格较大、氧化区较少的焊丝，在使用的过程中要保利用率实现最大化，当合金材料的厚度较低时，可以试着采用坡口处理，结合实际情况对坡角度进行适当的改变，以此来提高焊接的精准度，焊接前应使用二甲基酮溶液或是钢刷清理掉表面杂质，目的是为了防止杂质融到材料当中。

2.2提高焊接水平

在进行合金材料的焊接时，通过对其材质的严格把关可以大幅度的减少焊接裂纹情况发生的几率，焊接裂纹会直接导致钢结构的质量一落千丈。因此需要制定出更加规范的工艺操作标准，对原材料各项性能参数进行统计分析，来确保焊接工作的完整性，通过选用热集中的焊接方法，将合金之间的焊缝进行链接，可以保证晶体在凝固期间的稳定性，从而提高焊接区域的抗压、抗裂性。在焊接的过程中避免使用电流过大的情况出现，选择电流较小的方式均匀慢速焊接，并防止液态金属熔池的出现。

在焊接工艺中可以对合金材料进行预热处理。通过消除晶体间的液态间层，来降低焊缝的刚性，和降低阻量数值，从而减少发生焊接裂纹的几率。在使用焊接工艺进行工作时，适当减小材料与材料之间的距离，或是对其进行坡口处理过后，严格依照焊接规范操作流程开展焊接工作。

在焊接工作结束后应及时将焊接热源移走，并将焊弧坑及时填埋，防止由于温差过大而导致弧坑裂纹，在合金材料焊接结束后，应根据不同金属的不同特性选用不同的气体进行保护，保证气体不會高温下的金属材料发生反应，在完成合金材料焊接后考虑到体积会发生变化，从而影响焊接质量，因此可以选用点状式的敲击方法，来实现焊缝的延伸现象，在敲击时需要注意避免敲击下方根部，容易会导致裂纹的出现，通过利用以上手段来确保焊接后合金的稳定性不会被外力形变所影响。

3、结语

由于合金材料本身的特性，导致在焊接阶段若是选择不当的焊接方法和材料就会导致产生裂纹，其裂纹部分硬度不容可观，会导致整个合金材料受到破坏。在对合金材料在焊接前需要做好必要的准备工作，并根据规范标准的焊接技术进行焊接，避免焊接金属发生形变，不但可以避免裂纹情况的出现，还能提高焊接部分的质量。

参考文献：

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作者简介：

梁向荣，男，本科，主要从事特种材料、焊接研究工作。

（作者单位：宣达实业集团有限公司）