Welding Journal 6月刊封面
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問題
我們在鋼管上釺焊一個鋼質配件，但有時在進行壓力測試時會發生接頭脫落的故障。在進行檢查後發現，脫落的部件在接頭處並沒有實現連接。當我們釺焊完成時，從外觀上看完全滿足要求，在不破壞工件的情況下根本看不出來有任何缺陷，但實際上在接合部位沒有填充金屬。這些組件需要100%的進行壓力測試，我們也是在進行打壓試驗時才發現這類問題。圖1、圖2是我們發現有問題部件的照片。
我們廠製造這種部件已經很長時間了，因此為了設法避免這些隨機的、災難性的結果發生，我們急需要解決這種問題。焊接方法我們選擇的是感應釺焊，釺焊材料為BAg-24環狀釺料，釺劑顏色為黑色，並且釺劑照片顯示產品滿足AWS A5.31，釺焊和釺劑規範的相關要求。我們採購的配件經檢驗無缺陷，管材也是切割成合適的尺寸，並經由我們自己的設備進行結構的組裝。在釺焊前我們預先將環狀釺料置於接頭的位置，並在外面使用刷子刷滿釺劑。我們到底是哪個環節出現了問題？
圖1-失效的釺焊接頭
圖2-在鋼管表面能夠看到汙染物
回答
首先非常感謝你能夠給我提供這種工件失效的照片，這種隨機性出現的工件連接失敗問題確實會讓製造商感到憂慮。
從照片上可以看出，釺焊過程中釺料已經熔化，但是僅停留在鋼質配件表面，發生這種釺焊材料不向接頭內部鋪展潤溼並填充的現象可能有以下幾種原因。
1.在釺焊接頭中有油類或其他種類的汙染物，導致釺劑無法滲入接頭，限制了釺劑的清潔作用
相比釺焊材料，釺劑在較低的溫度下發生熔化並滲入到接頭，釺劑滲入接頭之後會減少氧化物的存在，隨後熔化的釺料才能夠進行鋪展潤溼和填充。如果接頭位置存在嚴重的汙染，這種正常的釺焊過程就不會發生。即使釺劑已經滲透到接頭之中，也不能成功地清除汙染物。釺劑的使用是為了去除較薄的氧化層，並且在加熱過程中吸收氧氣，如果釺焊接頭中汙染過多，雖然釺劑可能將部分汙染物排出釺縫，但它無法對釺焊接頭進行徹底的清洗。大多數的汙染物仍然處於接頭的內部，從而影響接頭的質量。從圖2中我們可以看到釺料合金並沒有滲入接頭，並且在鋼管表面還是能觀察到一些汙染物。
2.釺焊接頭裝配間隙過大或過小也可能會產生這種現象
熔融的銀釺料需要在緊密貼合的表面才能發生毛細作用。通常來說在保證毛細作用發生的前提下，獲得最大釺焊接頭強度的裝配間隙是0.0015英寸（0.038毫米）。當然你可以增加接頭間隙，但很可能帶來的是毛細作用的消失。接頭間隙過小也可能消除毛細作用。銀釺料需要足夠的接頭間隙才能流動。不過值得注意的是，我們討論的是釺焊溫度下的接頭間隙，所以你應該對你釺焊母材的熱膨脹係數和導熱係數有正確的認識。室溫下裝配出的接頭間隙可能在釺焊溫度下並不使用。同時錯誤的加熱方式也可能導致釺料不能正確地進行熔化和流動。熔融的釺料通常向接頭最熱的部分進行流動，從圖中可以看出你應該是想通過加熱配件使釺料滲透進釺焊接頭。雖然在生產過程中為了確保工藝的一致性，你可能已經將夾具和感應線圈固定在了確切的位置，但是你可以通過改變工件在感應線圈中的位置進行釺料合金流動方向的調節。
3.釺劑的錯誤使用也可能是這種缺陷產生的原因
你需要正確的使用釺劑，確保釺劑質量的一致性、釺劑用量的準確性。同時要保證釺劑位置的正確性，並對不同位置的釺劑量進行合理的控制。另一方面。不同的釺焊操作人員混合釺劑的方式也有所不同，同時由於溫度和溼度的不同，釺劑在一天或一個季節的不同過程也會有所不同。
4.釺料環過鬆或者位置放置錯誤
釺料環需要需要緊固在焊接管件上，並與管件保持物理接觸。感應線圈應對管和配件進行加熱，釺料環通過熱傳導發生熔化。如果釺料預置不合適，由於它和管子之間的間隙較大，釺料熔化後就只會在鋼配件頂部依附，不向接頭內部滲透。
之所以你說接頭外觀看上去還可以，這很可能是殘留的釺劑將工件粘接到了一起，或者是接頭內部有部分熔合，但是面積很小。不過還好你進行了壓力測試，有的時候這些看似完整的接頭足以通過低壓洩漏測試，但是卻不能實質性的應對實際的工況。釺劑是一種鹽類，在熔化後會變成玻璃狀的殘渣。這些殘留的釺劑很麻煩，因為在不打壓的情況下你可能看不出接頭有任何問題，但是一旦裝配使用後，這些釺劑的脫落就會使接頭髮生洩漏，導致產品在使用過程中發生失效。
在你提供的照片中可以看出在在配件和管接頭區域有燃燒物質。在經過分析之後，我覺得最有可能導致出現這一情況的原因是汙染物的存在。製造過程中的油脂、防鏽劑和類似的材料均應該在釺焊前去除。在焊接前應該參照相應的程序並採取合適的方法進行接頭的清理和潔淨度檢查。
雖然汙染物是導致這一現象產生的一個因素，但是我們也可以看到實際上還是有一些釺料流入了釺焊接頭中，所以我們這些操作人員應該瞭解釺料環的預置位置對於裝配總成安全可靠的重要性。即使懷疑有汙染，我仍然希望看到一些釺焊填充金屬流入接頭。操作人員需要了解釺焊環如何安裝在總成上的重要性。由於釺料在配件的頂部集中凝固，並形成瘤狀，所以我認為預置的釺料可能與管子也存在接觸不良的問題。
我們在釺焊時應對零件公差、設備和工藝程序進行徹底的查驗，發現那些在釺焊時不可接受的條件變量，並做到完全避免。因此我們建議在釺焊時應該在以下6個方面加以考慮：
- 良好的裝配和合適的間隙
- 焊前清理
- 裝配和固定得當
- 適當的釺劑
- 裝配件的焊接加熱
- 釺焊後的清理
我看著文斯·隆巴迪（Vince Lombardi）的《綠灣包裝工隊》（Green Bay Packers）長大。我記得他說過攔網和搶斷的重要性，你所需要做的就是比你的對手做得更好。釺焊和這些足球比賽是相類似的，你需要注意焊接基礎。所以上面所列的6個方面應該是你在釺焊時需要留意的問題。客觀的說，從我的釺焊職業生涯來看，當釺焊出現問題時，產生的原因基本上可以歸結於你對上述的6個方面中的某一方面缺乏足夠的重視。
本文作者TIM P. HIRTHE (timhirthe@bellmanmelcor)，Bellman-Melcor有限公司的的技術銷售人員。
本專欄分別由TIM P. HIRTHE、ALEXANDER E. SHAPIRO和DAN KAY依次撰寫。Hirthe和Shapiro是C3釺焊委員會的成員，Kay是該委員會的顧問。這三家公司都參與了美國焊接學會的釺焊手冊編寫工作。
如果你有任何釺焊問題，你可以將你的問題通過電子郵件發送到作者又想[email protected]，或郵寄到welding journal雜誌社，佛羅里達州邁阿密市130號西北36街8669號，郵編33166
本文摘自：Welding Journal《焊接雜誌》 2019年6月刊
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