焊縫中常見的缺陷分析及其防止措施

焊縫中常見的缺陷分析及其防止措施李明月(國電合山發(fā)電廠，廣西 合山 546501)摘 要：對(duì)焊接中裂紋、未焊透、未熔合、氣孔、夾渣等缺陷的產(chǎn)生原因、產(chǎn)生部位、危害性和防止措施進(jìn)行介紹。關(guān)鍵詞：裂紋；未焊透；未熔合；氣孔；夾渣金屬作為最常用的工程結(jié)構(gòu)材料，往往要求具有如高溫強(qiáng)度、低溫韌性、耐腐蝕性以及其他一些基本性能，并且要求在焊接之后仍然能夠保持這些基本性能。焊接過程的特點(diǎn)主要是溫度高、溫差大，偏析現(xiàn)象很突出，金相組織差別比較大。因此，在焊接過程中往往會(huì)產(chǎn)生各種不同類形的焊接缺陷而遺留在焊縫中。如裂紋、未焊透、未熔合、氣孔、夾渣以及夾鎢等。從而降低了焊縫的強(qiáng)度性能，給安全生產(chǎn)帶來很大的不利。但是，不論什么樣的缺陷，它在形成的過程中都具有特定的形成機(jī)理和規(guī)律，只要掌握其形成的基本特點(diǎn)，就會(huì)對(duì)我們?cè)谏a(chǎn)中制定焊接工藝措施，防止缺陷的產(chǎn)生起到很好的作用。因此，本人針對(duì)焊縫中常見的缺陷的形成及其危害性進(jìn)行分析，并提出防止措施。1 裂紋1.1 產(chǎn)生裂紋缺陷的原因根據(jù)日常所發(fā)現(xiàn)的裂紋缺陷分析，產(chǎn)生裂紋的主要因素是焊接工藝不合理、選用材料不當(dāng)、焊接應(yīng)力過大以及焊接環(huán)境條件差造成焊后冷卻太快等。1.2 裂紋產(chǎn)生的部位焊縫裂紋一般分為熱裂紋和冷裂紋。熱裂紋是在焊接過程中形成的，因此，大部分都產(chǎn)生在焊縫的填充部位以及熔合線部位，并埋藏于焊縫中；冷裂紋也叫延時(shí)裂紋，一般都是在焊縫冷卻過程中由于應(yīng)力的影響而產(chǎn)生，有時(shí)還隨著焊縫的組織的變化首先在焊縫內(nèi)部形成組織晶界裂紋，經(jīng)過一段時(shí)間之后才形成宏觀裂紋，這類裂紋一般形成于焊縫的熱影響區(qū)以及焊縫的表面。1.3 裂紋的危害性裂紋是焊縫中危害性最大的一種缺陷，它屬于條面對(duì)面狀缺陷，在常溫下會(huì)導(dǎo)致焊縫的抗拉強(qiáng)度降低，并隨著裂紋所占截面積的增加而引起抗拉強(qiáng)度大幅度下降。另外，裂紋的尖端是一個(gè)尖銳的缺口，應(yīng)力集中很大，它會(huì)促使構(gòu)件在低應(yīng)力下擴(kuò)展破壞。所以在焊縫中裂紋是一種不允許存在的缺陷。一旦發(fā)現(xiàn)必須進(jìn)行全部清除或?qū)⑺溉萜?構(gòu)件)判廢。1.4 防止裂紋產(chǎn)生的措施首先是針對(duì)構(gòu)件焊接情況選取合理的焊接工藝，如焊接方法、線能量、焊接速度、焊前預(yù)熱、焊接順序等。這是防止焊縫裂紋產(chǎn)生的最基本的措施。當(dāng)在結(jié)構(gòu)條件一定的情況下，合理的工藝不僅會(huì)影響和改善接頭的應(yīng)力狀態(tài)，而且也會(huì)影響焊縫的化學(xué)成分，還可以改變雜質(zhì)的偏析程度，對(duì)防止裂紋的形成都有很大的好處。其次是焊接材料的選擇要正確。其三是考慮焊接環(huán)境條件以及熱處理工藝等。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮各種工藝因素所帶來的影響。2 未焊透2.1 產(chǎn)生未焊透缺陷的原因產(chǎn)生未焊透缺陷的主要因素有：焊接規(guī)范選擇不當(dāng)，如電流太小，電弧過短或過長，焊接速度過快、金屬未完全熔化；坡口角度夾小、鈍邊過厚、對(duì)口時(shí)間隙太小導(dǎo)致熔深減??；焊接過程中，焊條和焊槍的角度不當(dāng)導(dǎo)致電弧偏析或清根不徹底等。2.2 未焊透產(chǎn)生的部位未焊透實(shí)際上就是焊接接頭的根部未完全熔透的現(xiàn)象，單面焊雙面成形或加墊板焊的焊縫主要產(chǎn)生于V形坡口的根部，雙面焊雙面成形的焊縫主要產(chǎn)生于 X形坡口或雙 U形坡口的鈍邊的邊緣處。2.3 未焊透缺陷的危害性未焊透屬于一種面狀缺陷，通常都視為裂紋類缺陷，未焊透的存在會(huì)導(dǎo)致焊縫的有效截面減少，從而降低焊縫的強(qiáng)度。在應(yīng)力主作用下很容易擴(kuò)展形成裂紋導(dǎo)致構(gòu)件破壞。若是連續(xù)性未焊透，更是一種極其危險(xiǎn)的缺陷。所以焊縫中的未焊透是一種不允許存在的缺陷。2.4 防止未焊透缺陷產(chǎn)生的措施正確確定坡口形式和裝配間隙，認(rèn)真清除坡口兩側(cè)的油污雜質(zhì)，合理選擇焊接電流，焊接角度要正確，運(yùn)條速度要根據(jù)焊接電流的大小、焊體的厚度以及焊接位置進(jìn)行選擇，不應(yīng)移動(dòng)過快，隨時(shí)注意不斷地調(diào)整焊接角度。對(duì)于導(dǎo)熱不良、散熱較快的焊件，可進(jìn)行焊前預(yù)熱或在焊接過程中同時(shí)用火焰進(jìn)行加熱。對(duì)于要求全焊透的焊縫，如果是有未焊透時(shí)，在條件允許的情況下可以將反面熔渣和焊瘤清理后進(jìn)行加焊處理；對(duì)于非要求全焊透的焊縫，其焊透深度大于板厚的0.7倍即可。應(yīng)盡量采用單面焊雙面成形的工藝。3 未熔合3.1 產(chǎn)生未熔合缺陷的原因焊接規(guī)范選擇不當(dāng)，電流過小，焊接速度太快，焊接電流的強(qiáng)度不夠，產(chǎn)生的熱能量太小，致使母材坡口或先焊的金屬未能完全熔化。電流過大，焊條過于發(fā)紅而快速先熔化，在母材邊緣還沒有達(dá)到熔化溫度的情況下就覆蓋過去，同時(shí)焊條散熱太快而導(dǎo)致母材的開始端未熔化。焊接時(shí)操作不當(dāng)，焊條偏向某一邊而另一邊尚未熔化就被已熔化的金屬掩蓋過去形成虛焊現(xiàn)象。坡口制備不良，坡處太潮濕。熔池氧化太快，焊條生銹或有油污而進(jìn)行施焊等。3.2 未熔合產(chǎn)生的部位未熔合缺陷一般產(chǎn)生于焊件坡口的熔合線處以及焊縫隙層間、焊縫隙的根部。在焊接時(shí)焊道與母材之間或焊道與焊道之間未完全熔化成一體，在點(diǎn)焊時(shí)母材與母材未完全熔合成一體而形成虛焊部位。3.3 未熔合缺陷的危害性未熔合缺陷大都是以面狀存在于焊縫中，通常也被視為裂紋類型的缺陷。其實(shí)質(zhì)就是一種虛焊現(xiàn)象，從而導(dǎo)致焊縫的有效截面積減少，在交變應(yīng)力高度集中的情況下致使焊縫的強(qiáng)度降低，塑性下降，最終造成焊縫開裂。在焊縫中是不允許存在未熔合缺陷的。3.4 未熔合缺陷的防止焊前對(duì)坡口周圍進(jìn)行認(rèn)真清理，去除銹蝕和油污；正確選擇焊接規(guī)范，焊接的電流不宜太小，焊接速度不能太快；在正常施焊過程中焊接電流也不宜過大，否則焊條過于發(fā)紅而快速熔化，這樣就會(huì)在母材的邊緣未達(dá)到熔化溫度的情況下焊條的熔化金屬已覆蓋而造成未熔合；對(duì)于散熱過快的焊件可以采取焊前預(yù)熱或在焊接過程中同時(shí)用火焰加熱施焊；焊接操作要正確，避免產(chǎn)生磁偏吹，如遇焊件帶磁時(shí)應(yīng)先進(jìn)行退磁。4 氣孔4.1 產(chǎn)生氣孔的原因焊縫中產(chǎn)生氣孔的原因很多，由于焊接是屬于金屬的冶煉過程。因此，可以概括為一是冶金因素的影響，焊接熔池在凝固過程中界面上排出的氮、氫、氧、一氧化碳等氣體以及水蒸汽來不及排出時(shí)被包裸在金屬內(nèi)部形成孔洞；二是工藝因素的影響，如焊接工藝規(guī)范選擇不當(dāng)、焊接電源的性質(zhì)不同、電弧長度的控制、操作技能不規(guī)范等都會(huì)給氣孔的形成提供條件。歸納起來有以下幾點(diǎn)：焊接的基本金屬或填充金屬的表面有銹、油污、油漆或有機(jī)物質(zhì)存在；焊條或焊劑沒有充分烘干或焊條成份不當(dāng)，焊條藥皮變質(zhì)；焊接電流過小電弧拉得過長或焊接速度太快，另外采用交流電焊接比采用直流電焊接易產(chǎn)生氣孔；焊接時(shí)周圍環(huán)境的空氣濕度太大，陰雨天進(jìn)行焊接特別容易形成氣孔缺陷。4.2 氣孔缺陷產(chǎn)生的部位氣孔是焊縫中最常見的缺陷，按位置可分為表面氣孔、內(nèi)部氣孔，按形狀可分為點(diǎn)狀，鏈狀、分散狀，及密集型、圓形、橢圓形、長條形、管形等。因此，氣孔可以分布在焊縫的任何部位。4.3 氣孔的危害性氣孔屬于體積性缺陷，它主要是削弱焊縫的有效截面積，降低焊縫的機(jī)械性能和強(qiáng)度，尤其是焊縫的彎曲強(qiáng)度和沖擊韌性。同時(shí)也破壞了焊縫金屬的致密性。一般來說邊疆氣孔是導(dǎo)致構(gòu)件破壞的重要原因，其塑性可降低40%50%。在交變應(yīng)力的作用下焊縫的疲勞強(qiáng)度顯著下降。但由于氣孔沒有尖銳的邊緣，一般認(rèn)為不屬于危害性缺陷，并允許有限度在焊縫中存在。但也要按照規(guī)范中的規(guī)定進(jìn)行評(píng)定，超過規(guī)范要求時(shí)也必須進(jìn)行返修處理。4.4 防止氣孔缺陷產(chǎn)生的措施焊接前對(duì)焊件坡口周圍的油污和有機(jī)物質(zhì)清理干凈；焊條必須按照要求進(jìn)行烘干，并存放于保溫合內(nèi)隨取隨用；不要使用藥皮已變質(zhì)的焊條及偏蕊過大的焊條；盡量采用短弧焊接規(guī)范，同時(shí)防止有害氣體入侵；對(duì)于厚大工件或規(guī)程規(guī)定要進(jìn)行焊前預(yù)熱的工件必須進(jìn)行焊前預(yù)熱；焊接過程中焊接速度不宜過快；焊接場(chǎng)所要有防雨防風(fēng)設(shè)施，管道焊接時(shí)三角要避免穿膛風(fēng)。5 夾渣5.1 產(chǎn)生夾渣缺陷的原因在焊接過程中，熔池中的熔化金屬的凝固速度大于熔渣的上浮速度，在熔化金屬凝固時(shí)熔渣來不及浮出熔池而被包裸在焊縫內(nèi)，這就是夾渣。其影響的因素主要有以下幾點(diǎn)：焊件的坡口設(shè)計(jì)不合理，坡口的角度太小。焊接規(guī)范選擇不當(dāng)，如焊接電流過小、焊接速度快。多層焊接時(shí)清渣不徹底。熔池中液態(tài)金屬凝固過快，熔渣粒度過大不易浮出表面。焊件坡口處雜質(zhì)及油污和有機(jī)物質(zhì)清理不徹底，焊條的成份不當(dāng)，藥皮的熔點(diǎn)過高。焊接過程中未完全熔化而被裹在金屬內(nèi)。5.2 夾渣缺陷產(chǎn)生的部位夾渣缺陷在焊縫中的表現(xiàn)一般都是沒有規(guī)則的，有分散點(diǎn)狀的也有密集的，既有塊狀也有條狀和鏈狀。因此，夾渣缺陷可以存在于焊縫的任何部位。5.3 夾渣缺陷的危害性夾渣是屬于體積性缺陷，它的危害程度比面狀缺陷要小。但是，夾渣缺陷的形狀是多種多樣的，并具有尖銳的邊緣，在交變應(yīng)力的作用下，也很容易擴(kuò)展形成裂紋而成脆性斷裂；同時(shí)也會(huì)以減少焊縫的有效截面積而降低焊縫機(jī)械強(qiáng)度、塑性、韌性和耐腐蝕的能力以及疲勞極限。焊縫中的夾渣允許有限的存在，但必須按規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定，不合格的夾渣缺陷也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行返修處理。5.4 防止夾渣產(chǎn)生的措施設(shè)計(jì)合理的焊接坡口，焊前對(duì)坡口周圍要進(jìn)行認(rèn)真的清理，多層焊時(shí)特別要注意焊渣的徹底清理；選擇適當(dāng)?shù)暮附右?guī)范，防止焊縫金屬冷卻過快；減慢焊接的速度，增大焊接電流來改善熔渣浮出表面的條件；運(yùn)行條要正確，并有規(guī)律地?cái)[動(dòng)焊條，焊接過程中不斷地?cái)噭?dòng)熔池中的熔化金屬，促使熔渣與鐵水分離；調(diào)整焊條的藥皮或焊劑的化學(xué)成份，降低熔渣的熔點(diǎn)也有利于防止夾渣缺陷的產(chǎn)生。6 鎢夾渣6.1 產(chǎn)生鎢夾渣的原因在采用鎢極汽體保護(hù)焊時(shí)，由于焊接電流過大而超過極限電流或鎢極直徑太小而導(dǎo)致鎢極高度發(fā)熱，端部熔化進(jìn)入焊縫的液態(tài)金屬中。由于鎢的熔點(diǎn)高，在冷卻凝固過程中，鎢首先以自由狀態(tài)結(jié)晶析出而停留于焊縫中。因此任何能造成鎢極熔化的因素都將引起鎢夾渣的產(chǎn)生，如鎢極夾具松動(dòng)、鎢極直徑小、熾熱的鎢極頂端觸及熔池而產(chǎn)生飛濺或汽體保護(hù)不良而引起鎢極燒損等都會(huì)產(chǎn)生鎢夾渣缺陷。6.2 鎢夾渣產(chǎn)生的部位鎢夾渣在焊縫中一般都是呈現(xiàn)為分散點(diǎn)狀、條狀和塊狀。在鎢極全汽體焊或等離子