谈设备冶金焊接中的常见缺陷的成因和防止措施

于立春

[摘要]焊接是保证设备质量的关键,是保证企业正常生产和作业的重要条件。焊接缺陷种类很多,应及早发现缺陷,把焊接缺陷限制在一定范围内,以确保生产安全。

[关键词]设备冶金 焊接 常见缺陷 防止措施

焊接是保证设备致密性和强度的关键,是保证设备质量的关键,是保证企业正常生产和作业的重要条件。如果焊接存在着缺陷,就有可能造成结构断裂、渗漏,甚至引起爆炸。据对脆断事故调查表明,40%脆断事故是从焊缝缺陷处开始的。在民营冶金企业中,设备的焊接质量问题尤为突出。在对设备进行检验的过程中,对焊缝的检验尤为重要。因此,应及早发现缺陷,把焊接缺陷限制在一定范围内,以确保生产安全。

焊接缺陷种类很多,按其位置不同,可分为外部缺陷和内部缺陷。常见缺陷有气孔、夹渣、焊接裂纹、未焊透、未熔合、焊缝外形尺寸和形状不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑等。

一、气孔

气孔是指在焊接时,熔池中的气泡在凝固时未能逸出而形成的空穴。产生气孔的主要原因有:坡口边缘不清洁,有水份、油污和锈迹;焊条或焊剂未按规定进行焙烘,焊芯锈蚀或药皮变质、剥落等。此外,低氢型焊条焊接时,电弧过长,焊接速度过快;埋弧自动焊电压过高等,都易在焊接过程中产生气孔。由于气孔的存在,使焊缝的有效截面减小,过大的气孔会降低焊缝的强度,破坏焊缝金属的致密性。预防产生气孔的办法是:选择合适的焊接电流和焊接速度,认真清理坡口边缘水份、油污和锈迹。严格按规定保管、清理和焙烘焊接材料。不使用变质焊条,当发现焊条药皮变质、剥落或焊芯锈蚀时,应严格控制使用范围。埋弧焊时,应选用合适的焊接工艺参数,特别是薄板自动焊,焊接速度应尽可能小些。

二、夹渣

夹渣就是残留在焊缝中的熔渣。夹渣也会降低焊缝的强度和致密性。产生夹渣的原因主要是焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣;坡口角度或焊接电流太小,或焊接速度过快。在使用酸性焊条时,由于电流太小或运条不当形成“糊渣”;使用碱性焊条时,由于电弧过长或极性不正确也会造成夹渣。进行埋弧焊封底时,焊丝偏离焊缝中心,也易形成夹渣。防止产生夹渣的措施是:正确选取坡口尺寸,认真清理坡口边缘,选用合适的焊接电流和焊接速度,运条摆动要适当。多层焊时,应仔细观察坡口两侧熔化情况,每一焊层都要认真清理焊渣。封底焊渣应彻底清除,埋弧焊要注意防止焊偏。

三、咬边

焊缝边缘留下的凹陷,称为咬边。产生咬边的原因是由于焊接电流过大、运条速度快、电弧拉得太长或焊条角度不当等。埋弧焊的焊接速度过快或焊机轨道不平等原因,都会造成焊件被熔化去一定深度,而填充金属又未能及时填满而造成咬边。咬边减小了母材接头的工作截面,从而在咬边处造成应力集中,故在重要的结构或受动载荷结构中,一般是不允许咬边存在的,或到咬边深度有所限制。防止产生咬边的办法是:选择合适的焊接电流和运条手法,随时注意控制焊条角度和电弧长度;埋弧焊工艺参数要合适,特别要注意焊接速度不宜过高,焊机轨道要平整。

四、未焊透、未熔合焊接时,接头根部未完全熔透的现象,称为未焊透;在焊件与焊缝金属或焊缝层间有局部未熔透现象,称为未熔合。未焊透或未熔合是一种比较严重的缺陷,由于未焊透或未熔合,焊缝会出现间断或突变,焊缝强度大大降低,甚至引起裂纹。因此,在船体的重要结构部分均不允许存在未焊透、未熔合的情况。未焊透和未熔合的产生原因是焊件装配间隙或坡口角度太小、钝边太厚、焊条直径太大、电流过小、速度太快及电弧过长等。焊件坡口表面氧化膜、油污等没有清除干净,或在焊接时该处流入熔渣妨碍了金属之间的熔合或运条手法不当,电弧偏在坡口一边等原因,都会造成边缘不熔合。防止未焊透或未熔合的方法是正确选取坡口尺寸,合理选用焊接电流和速度,坡口表面氧化皮和油污要清除干净;封底焊清根要彻底,运条摆动要适当,密切注意坡口两侧的熔合情况。

五、焊接裂纹

焊接裂纹是一种非常严重的缺陷。结构的破坏多从裂纹处开始,在焊接过程中要采取一切必要的措施防止出现裂纹,在焊接后要采用各种方法检查有无裂纹。一经发现裂纹,应彻底清除,然后给予修补。焊接裂纹有热裂纹、冷裂纹。焊缝金属由液态到固态的结晶过程中产生的裂纹称为热裂纹,其特征是焊后立即可见,且多发生在焊缝中心,沿焊缝长度方向分布。热裂纹的裂口多数贯穿表面,呈现氧化色彩,裂纹末端略呈圆形。产生热裂纹的原因是焊接熔池中存有低熔点杂质(如FeS等)。由于这些杂质熔点低,结晶凝固最晚,凝固后的塑性和强度又极低。因此,在外界结构拘束应力足够大和焊缝金属的凝固收缩作用下,熔池中这些低熔点杂质在凝固过程中被拉开,或在凝固后不久被拉开,造成晶间开裂。焊件及焊条内含硫、铜等杂质多时,也易产生热裂纹。防止产生热裂纹的措施是:一要严格控制焊接工艺参数,减慢冷却速度,适当提高焊缝形状系数,尽可能采用小电流多层多道焊,以避免焊缝中心产生裂纹;二是认真执行工艺规程,选取合理的焊接程序,以减小焊接应力。

六、其他缺陷

焊接中还常见到一些焊瘤、弧坑及焊缝外形尺寸和形状上的缺陷。产生焊瘤的主要原因是运条不均,造成熔池温度过高,液态金属凝固缓慢下坠,因而在焊缝表面形成金属瘤。立、仰焊时,采用过大的焊接电流和弧长,也有可能出现焊瘤。产生弧坑的原因是熄弧时间过短,或焊接突然中断,或焊接薄板时电流过大等。焊缝表面存在焊瘤影响美观,并易造成表面夹渣;弧坑常伴有裂纹和气孔,严重削弱焊接强度。防止产生焊瘤的主要措施严格控制熔池温度,立、仰焊时,焊接电流应比平焊小10-15%,使用碱性焊条时,应采用短弧焊接,保持均匀运条。防止产生弧坑的主要措施是在手工焊收弧时,焊条应作短时间停留或作几次环形运条。有些缺陷的存在对设备安全运行是非常危险的,因此一旦发现缺陷要及时进行修正。对于气孔的修正,特别是对于内部气孔,确认部位后,应用风铲或碳弧气刨清除全部气孔缺陷,并使其形成相应坡口,然后再进行焊补;对于夹渣、未焊透、未熔合的缺陷,也是要先用同样的方法清除缺陷,然后按规定进行焊补。对于裂纹,应先仔细检查裂纹的始、末端和裂纹的深度,然后再清除缺陷。