城市排水管道焊接缺陷及预防措施

2014-04-29何调林

中国机械 2014年13期

何调林

摘要：随着经济发展对城市基础设施排水系统的要求越来越高，近年来由于管网建设落后导致内涝频现，城市排水管网系统的升级改造势在必行。其中钢制排水管道应用广泛，本文对排水管道焊接过程中的常见缺陷、缺陷危害及其预防措施进行了分析。

1.城市排水系统现状

城市排水是现代化城市不可缺少的重要基础设施，是城市的“地下血脉”。发达国家城市排水系统规划建设较早，现己发展较为成熟，美国城市排水管道长度在2010年大约为150万km，人均长度为4m以上，城市排水管网密度平均在15km/km2以上。截止2012年底，我国城市排水管道长度总量为37万km，城市排水管道密度为9.0km/km2，城镇人均排水管长度仅0.57m。与发达国家相比，我国城市排水管网不论是总量，还是人均占有量和管网密度均落后，且差距悬殊。随着我国经济的快速发展，未来的十几年我国城市排水管网系统的建设将有令人振奋的发展。

2.管道焊接常见缺陷的危害及预防措施

（1）气孔

气孔一般呈圆形或椭圆形，内壁洁净光滑。气孔可以在焊缝内部，也可以穿透到焊缝表面，或者两种都有。产生气孔的原因很多，如母材周围的铁锈和油污未清理干净；焊接时焊缝大，熔池深，气体从熔池中溢出困难；当采用未经很好烘干的焊条进行焊接时，使用交流电源，焊缝最易出现气孔；焊接速度增加，焊接电流增大，电弧电压升高都会使气孔倾向显著增大。

气孔属于体积性缺陷，它主要是削弱焊缝的有效截面积，降低焊缝的机械性能和强度，尤其是焊缝的弯曲强度和冲击韧性，同时也破坏了焊缝金属的致密性，应力集中，也易诱发裂纹等更严重的缺陷。

预防措施是焊接前应按规定烘干焊条，仔细清除坡口及母材表面的上的铁锈和油污等杂质；采用合适的焊接工艺参数；在室外焊接，气体保护焊时当风速超过2m/s时，要设置防风措施。

（2）夹渣

夹渣缺陷分单个与条状两类。有的外形不规则，有的呈球状，他们都是焊缝金属中残留的外来固体物质。夹渣形成的原因一般是：由于焊接电流太小，以至于液态金属和熔渣分离不彻底，焊接速度太快使熔渣来不及浮起；焊件的坡口设计不合理，坡口的角度太小；多层焊接时清渣不彻底；焊件坡口处杂质及油污和有机物质清理不彻底；手弧焊时焊条角度不正确等。

夹渣的危害是影响了焊缝金属的致密性及连贯性，易引起应力集中，并且可能成为一种裂纹源；夹渣缺陷有尖锐的边缘，同时也会因减少焊缝的有效截面积而降低焊缝机械强度、塑性、韧性和耐腐蚀的能力以及疲劳极限。

预防措施是设计合理的焊接坡口，焊前要严格清理母材坡口及附近的油污、氧化皮等；多层焊时特别要注意前道焊渣的彻底清理；选择适当的焊接规范，采用具有良好工艺性能的焊条，正确选用焊接电流和运条角度，防止焊缝金属冷却过快；焊接过程中不断地搅动熔池中的熔化金属，促使熔渣与铁水分离。

（3）裂纹：

对焊接接头质量影响最大的缺陷是裂纹，裂纹的产生可以由不适当的焊接工艺、焊工技术或材料所致。裂纹分为热裂纹和冷裂纹。热裂纹一般是在焊缝金属结晶过程中形成的，是应力对焊缝金属结晶过程作用的结果，冷裂纹是焊缝冷却过程中出现的，它可在焊接后立即出现，也可在焊接后较长时间后出现。

裂纹是焊缝中危害性最大的一种缺陷，尖端是一个尖锐的缺口，应力集中很大，任何焊缝都不能允许有裂纹出现，一经发现必须马上返修。

热裂纹的预防措施是控制钢材及焊条中的有害杂质的含量即碳、硫、磷的含量，减少溶池中低溶点共晶体的形成；预热以降低冷却速度，改善应力状况；采用碱性焊条以降低焊缝中的杂质含量，改善焊缝金属组织；冷裂纹的预防措施是首先从减少氢元素的来源入手，焊接是采用碱性焊条，焊条在使用前必须按规定进行烘干、保温；对接头部位必须先清除油污、水分和锈蚀采用焊前预热、焊后热处理等措施，以利于氢的溢出。

（4）未焊透

未焊透属于一种面状缺陷，通常都是为裂纹类缺陷。主要是焊缝坡口钝边过大，坡口角度太小，焊根未清理干净焊接时有磁偏吹现象，或电流过大，焊件金属尚未充分加热时，焊条已急剧融化；层间或母材边缘的铁锈、氧化皮及油污等未清理干净，焊接位置不佳，焊接可达性不好等。

未焊透的存在会导致焊缝的有效截面减少，从而降低焊缝的强度。在应力主要作用下很容易扩展形成裂纹导致构件破坏。若是连续性未焊透，更是一种及其危险的缺陷。所以焊缝中的未焊透是一种不允许存在的缺陷。

预防措施是正确选用和加工坡口尺寸，保证必须的装配间隙，正确选用焊接电流和焊接速度，认真操作，防止焊偏等。

（5）未熔合

未熔合发生在焊道之间或焊道与母材之间，通常是因为被焊部位未能完全熔化结合或液态金属流动不充分所造成的。主要是焊接电流过小，焊接速度太快，使母材坡口或先焊的金属未能完全熔化。

未熔合其实质就是一种虚焊现象，从而导致焊缝的有效截面积减少，在交变应力高度集中的情况下致使焊缝的强度降低，塑性下降，最终造成焊缝开裂。

预防措施是焊前对坡口周围进行认真清理，去除油污和铁锈；加强层问清渣；正确选择焊接工艺参数；防止焊条偏心，注意焊条摆动等。

（6）咬边和焊瘤

主要是由于焊接工艺参数选择不当，一般讲，焊接速度过快，容易产生咬边，当焊接速度过慢，容易产生焊瘤。咬边最大的危害是损伤了母材，使母材有效面积减少，也会引起应力集中。预防措施是选择正确的焊接电流及焊接速度，电流不宜过大，且控制弧长，尽量采用短弧焊接，掌握正确的运条方法和运条角度。

3.结语

对于新建、扩建的排水管道焊接过程中，建立焊接质量管理体系、实行全面质量控制，是影响管道焊接质量的关键环节。本文主要针对管道焊接常见缺陷进行了分析，并提出了几点相关的预防措施，旨在能够在理论方面与大家进行探讨。