有關(guān)水電站蝸殼安裝焊接的常見缺陷講解

1、蝸殼焊接的常見缺陷長河壩水電站蝸殼為金屬蝸殼，采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)。蝸殼在拼裝場(chǎng)拼裝，安裝采用現(xiàn)場(chǎng)單節(jié)掛裝與焊接；待焊接探傷和防腐結(jié)束后，安裝附屬配件和管路，然后鋪設(shè)彈性墊層，在進(jìn)行混凝土澆筑。蝸殼鋼板材質(zhì)采用的B610CF的優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度鋼。蝸殼安裝焊縫采用手工電弧焊焊接(焊前焊縫兩邊加熱不少于3倍板厚的寬度),采用3.2mm的焊條打底，其余采用4mm的焊條焊接。要求不能有2個(gè)以上的焊接接頭在一起。焊接工藝評(píng)定：按照DL/T 5070-2012水輪機(jī)金屬蝸殼安裝焊接工藝導(dǎo)則的規(guī)定進(jìn)行蝸殼鋼種的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，并根據(jù)評(píng)定成果報(bào)告的要求制定蝸殼焊接工藝規(guī)程。我們常見的焊接缺陷有：形狀缺陷，焊縫尺寸缺陷

2、，咬邊，弧坑，燒穿，焊瘤，氣孔，夾渣，未焊透，未融合，裂紋等。然而在使用手工電弧焊焊接的工程中，蝸殼焊接主要以形狀缺陷、氣孔、夾渣、未融合、咬邊、裂紋等為主，根據(jù)蝸殼焊接的探傷結(jié)果還發(fā)現(xiàn)了一種新的缺陷弧谷。該缺陷出現(xiàn)在收弧部位，在焊縫中呈現(xiàn)一拋物線形。1蝸殼焊接中最直觀的缺陷就是形狀缺陷。形狀缺陷主要包括：焊縫成型差、焊縫余高不合格、焊縫寬窄不合格、錯(cuò)口、弧坑。11蝸殼形狀缺陷主要表現(xiàn)焊縫成型差表現(xiàn)為焊縫波紋粗，焊縫不均勻，焊縫和母材不圓滑過渡，焊縫高低不平等。焊縫余高不合格（焊縫余高：03mm過流面焊縫表面的余高及打磨質(zhì)量嚴(yán)格執(zhí)行廠家要求)；表現(xiàn)為蝸殼對(duì)接縫余高超過3mm，局部出現(xiàn)負(fù)余高，余

3、高差過大，角焊縫高度不夠或焊角尺寸過大。如圖1。圖1 焊縫余高不合格焊縫寬窄不合格表現(xiàn)為焊縫寬窄不勻稱，寬窄差大于3mm（焊縫必須蓋過坡口每邊23mm，并平緩過渡）。如圖2。圖2 焊縫寬窄不合格錯(cuò)口主要表現(xiàn)為焊縫兩邊母材不在同一平面上，錯(cuò)口量大于母材厚度10%或大于3mm。如圖3。圖4 焊縫錯(cuò)口過大弧坑主要表現(xiàn)為焊接收弧過程中形成表面凹坑，并伴隨有表面氣孔和夾渣。如圖5。圖5 焊縫表面的弧坑這些形狀缺陷在我可焊接中最常見，影響外觀質(zhì)量和美觀度。12蝸殼焊接產(chǎn)生形狀缺陷的原因產(chǎn)生焊接成型差和焊縫余高不合格的原因是破口開設(shè)不當(dāng)，裝配間隙不均勻，電流過大或過小，焊接速度過大或過小，焊條擺動(dòng)幅度過大或

4、過小，焊條施焊角度選擇不當(dāng)。焊縫寬窄不合格除了以上原因還有可能是因?yàn)楹附游恢美щy，妨礙焊工人員施焊。錯(cuò)口產(chǎn)生的原因是因?yàn)楹缚p兩邊母材對(duì)口不合格要求，焊工在對(duì)口不合適的情況下點(diǎn)固和焊接?；】赢a(chǎn)生是因?yàn)楹附尤鄢夭伙枬M收弧，停焊。焊工對(duì)收弧情況判斷不夠，?；r(shí)間把握不準(zhǔn)。13蝸殼焊接形狀缺陷的防止在蝸殼焊接中消除形狀缺陷可以采取以下辦法：首先焊工必須熟悉圖紙要求，保證焊縫表面干凈無油污等。其次焊工根據(jù)焊接位置和焊縫分類不同采取不同的操作技能要求，選擇合適的電流參數(shù)和施焊角度。第三焊工還要提高責(zé)任心，熟悉焊接場(chǎng)地。對(duì)口過程中使用必要的測(cè)量工具（要求坡口間隙為24mm）。對(duì)對(duì)口不合要求的不能點(diǎn)焊。最后對(duì)

5、已經(jīng)形成的弧坑進(jìn)行打磨補(bǔ)焊處理。2蝸殼焊接常見的氣孔缺陷在蝸殼焊接中出現(xiàn)的最多的缺陷就是氣孔，氣孔分表面和內(nèi)部氣孔，內(nèi)部氣孔對(duì)焊接質(zhì)量影響最大，現(xiàn)在已內(nèi)部氣孔來說明蝸殼焊接的氣孔缺陷。氣孔的產(chǎn)生主要來源是H2（氫氣）和CO（CO是一氧化碳分子 Co的話就是鈷元素 ）。而這些氣孔多出現(xiàn)在打底焊縫中。21蝸殼焊縫氣孔缺陷的表現(xiàn)其形狀是沿焊縫柱狀晶結(jié)晶方向的柱狀氣孔，如圖6。圖6 柱狀氣孔打底焊層中內(nèi)部和外部的的柱狀氣孔形狀也有所不同，如圖7。 圖7 打底焊縫表層柱狀氣孔柱狀氣孔絕大部分有成人字形排布的特征而且這種柱狀氣孔有時(shí)還會(huì)與夾渣混合在一起，如圖 8。圖8 氣孔與夾渣混合這

6、些氣孔嚴(yán)重影響著蝸殼焊接質(zhì)量。當(dāng)X射線檢測(cè)出焊縫中的柱狀氣孔時(shí)，只能用炭弧氣刨刨去氣孔缺陷，再進(jìn)行補(bǔ)焊來解決。這種缺陷靠工藝是無法解決的。為什么會(huì)出現(xiàn)這兩種氣孔那？這主要是因?yàn)槲仛げ捎玫氖荁610CF鋼，含碳量很高，而Si ,Mn （Si就是硅 Mn錳）等脫氧元素幾乎沒有，碳元素經(jīng)過高溫反應(yīng)而產(chǎn)生CO，水經(jīng)焊接高溫產(chǎn)生H2。22蝸殼焊縫中氣孔的防止現(xiàn)在怎樣防止這種缺陷就很明了了。在焊接前對(duì)破口及破口兩邊至少30mm-50mm的邊緣進(jìn)行打磨，完全清楚破口內(nèi)外的油污、油漆、氧化皮、水分等雜質(zhì)，使其符合焊接要求。而且焊接的焊條（E6015-G）必須按要求進(jìn)行烘焙35012小時(shí)，焊接過程中進(jìn)行保溫（1

7、00150），確保沒有超標(biāo)的水分。還有焊接過程中嚴(yán)格控制焊層溫度（不超過220）。這樣不但可以減少氣孔的產(chǎn)生，也可以減少如圖8所示的氣孔與夾渣同時(shí)出現(xiàn)。3在蝸殼焊接中僅次于氣孔缺陷的是夾渣焊后殘留在焊縫中的熔渣稱為夾渣。夾雜對(duì)焊縫的性能影響比較大。因夾雜多數(shù)呈不規(guī)則狀，會(huì)降低焊縫的塑性和韌性，其尖角會(huì)引起很大的應(yīng)力集中，尖角頂點(diǎn)常導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。31蝸殼焊縫中夾渣的產(chǎn)生和表現(xiàn)蝸殼焊接夾渣缺陷的產(chǎn)生主要有兩方面的原因。311母材和焊接材料的原因，蝸殼母材和焊接材料的純度對(duì)夾渣的影響表現(xiàn)為：針形氧化物和硫磷化物，這些夾渣會(huì)使焊縫金屬變脆，降低力學(xué)性能。這是因?yàn)槲仛ず附邮窃跊]有保護(hù)氣的情況下的強(qiáng)氧化氣

8、氛中焊接，由于焊接化學(xué)冶金系統(tǒng)的不平衡性，使焊接過程中脫氧不足或不完全造成。這種氧化夾雜物主要分布在焊縫柱狀晶晶內(nèi)也有分布在晶界的，由于氧化夾雜物的熔點(diǎn)比鐵的低，所以在焊縫冷卻過程中聚合成球狀，形成球狀氧化物。如圖9。圖9 焊縫中球狀氧化物同時(shí)在焊接時(shí)，由于空氣的侵入，會(huì)使焊縫即增氮又增氧。這樣，由于氮、氧碳和金屬的復(fù)合化合物熔點(diǎn)偏高形成夾雜物。焊縫中的這種夾雜物在蝸殼的多層多道焊熱循環(huán)的作用下，會(huì)從打底層焊道向上層焊道發(fā)展聚合成為夾渣。如圖10。圖10 焊縫中的夾渣磷硫化物有很強(qiáng)的脆化作用，嚴(yán)重降低焊縫的力學(xué)性能。312焊接工藝原因，焊接電流太小，焊渣與液態(tài)金屬分不開；焊接速度過快熔渣來不及

9、上浮；蝸殼多層焊接時(shí)對(duì)焊口清理不干凈；運(yùn)條角度不正確。32蝸殼焊縫中夾雜的防止首先，按照廠家焊接工藝指導(dǎo)書和DL/T 5070-2012水輪機(jī)金屬蝸殼安裝焊接工藝導(dǎo)則的規(guī)定選擇正確焊接材料；采用適當(dāng)?shù)暮附訁?shù)，適當(dāng)?shù)卦龃蠛附与娏鳎?30190Ma），必要時(shí)把電弧縮短，并增加電弧停留時(shí)間，使熔化金屬和熔渣得到充分加熱；根據(jù)熔化情況，隨時(shí)調(diào)整焊條角度和運(yùn)條方法，使熔渣能上浮到鐵水表面；降低熔渣的熔點(diǎn)和粘度，防止夾渣產(chǎn)生。其次，焊前將焊縫及兩邊至少30mm-50mm的邊緣充分打磨，將焊縫中的氧化皮鐵渣等其他雜物去除，如圖11所示的焊縫很可能會(huì)產(chǎn)生大的夾雜缺陷。圖11 焊縫未清理干凈將坡口及焊層間的熔

10、渣清理干凈，將凹凸處鏟平。4蝸殼焊接的未融合缺陷未融合是蝸殼焊接中很常見的一種缺陷，是指母材和焊縫金屬，焊層之間的焊縫金屬未融合的現(xiàn)象，即母材和焊縫金屬，各焊層之間存在間隙。41蝸殼焊接未融合產(chǎn)生的原因 蝸殼焊接未融合產(chǎn)生是因?yàn)楹附泳€能量過小，焊接速度過快或者操作手法不當(dāng)。42蝸殼焊接未融合缺陷的防治措施 適當(dāng)增加焊接電流，增大焊接線能量；適當(dāng)降低焊接速度；熟練焊接技能，操作手法適當(dāng)；加強(qiáng)練習(xí)，增強(qiáng)焊工責(zé)任心；針對(duì)不同的焊接母材，焊材，采取不同的消除未融合的焊接措施。5蝸殼焊接的咬邊缺陷。焊縫和母材融合不好，出現(xiàn)溝槽，深度大于0.5mm，總長度大于焊縫的10%或大于驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求的長度。51蝸殼

11、焊接咬邊缺陷產(chǎn)生的原因焊接線能量過大，電弧過長，焊條角度不當(dāng)，焊條送進(jìn)速度不合適都是產(chǎn)生咬邊的原因。52防止咬邊缺陷產(chǎn)生的措施 根據(jù)焊接位置和焊接規(guī)范的要求，選擇合適的焊接參數(shù)（電流不超過190A）；控制電弧長度，盡量使用短弧焊接；焊條送進(jìn)速度和焊接參數(shù)協(xié)調(diào)；主要焊縫邊緣和母材融合時(shí)的焊條角度；對(duì)檢查中發(fā)現(xiàn)的咬邊現(xiàn)象，進(jìn)行打磨，補(bǔ)焊處理，使之符合焊接標(biāo)準(zhǔn)；加強(qiáng)焊工管理，增強(qiáng)焊工責(zé)任心。6蝸殼焊縫中危害最大的裂紋缺陷裂紋分表面裂紋很內(nèi)部裂紋，內(nèi)部裂紋對(duì)焊接性能影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)比表面裂紋大，現(xiàn)在以內(nèi)部裂紋來說明蝸殼焊接裂紋缺陷。在蝸殼焊接中裂紋出現(xiàn)的幾率比較低，但在蝸殼組裝、焊接、后熱處理等工序控制不當(dāng)時(shí)

12、會(huì)出現(xiàn)冷裂紋和再熱裂紋。因?yàn)槲仛け旧聿捎玫氖歉邚?qiáng)鋼焊接。而且在焊接前都要經(jīng)過預(yù)熱，預(yù)熱溫度根據(jù)板材厚度決定。 焊接的冷裂紋主要在屈服極限大于300MPa的低合金鋼和高強(qiáng)度鋼中產(chǎn)生。鋼材的強(qiáng)度越高，焊接產(chǎn)生冷裂紋的可能性越大。B610CF的再熱敏感溫度為600。再熱次數(shù)和溫度越高裂紋產(chǎn)生傾向也越大。61蝸殼焊接裂紋產(chǎn)生的原因和表現(xiàn)611冷裂紋蝸殼在不利的條件下焊接時(shí)，焊接熔池中溶解了較多的氫，焊縫金屬快速冷卻后，大部分氫快速過飽和溶劑與焊縫金屬中。在焊接殘余應(yīng)力作用下，氫逐漸向產(chǎn)生應(yīng)力與應(yīng)變集中的熱影響區(qū)擴(kuò)散，并在某些微區(qū)聚集。而低合金鋼熱影響區(qū)又往往存在馬氏體淬硬組織，他的塑性變形能力很低。當(dāng)

13、氫的濃度達(dá)到某一臨界值時(shí)，變脆的金屬即使是微小的應(yīng)變也經(jīng)受不起，而在殘余應(yīng)力的作用下就會(huì)開裂。危險(xiǎn)的是這些開裂面會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展，而且在裂紋的端部會(huì)有氫凝聚導(dǎo)致新的開裂，最終發(fā)展成宏觀裂紋，稱為氫致裂紋。冷裂紋是一種最危險(xiǎn)的缺陷，具有延遲性。有的甚至在焊縫無損探傷后才形成，而造成不可彌補(bǔ)的漏檢。如圖12。圖12 氫致冷裂紋612再熱裂紋由于蝸殼焊接中Mo（鉬）、V（釩）、Ti（鈦）、Nb（鈮） 這些元素的碳、氧化合物經(jīng)高于1300的焊接熱循環(huán)而固溶，在焊后快速冷卻時(shí)來不及充分析出，但在SR（鍶）處理后在晶內(nèi)沉淀析出，使晶內(nèi)強(qiáng)化。應(yīng)力松弛引起的塑性變形優(yōu)先在晶界發(fā)生，在拘束應(yīng)力作用下產(chǎn)生再熱裂紋。蝸

14、殼焊接接頭存在較大的拘束應(yīng)力和殘余應(yīng)力，這是產(chǎn)生再熱裂紋的主要原因。 62蝸殼焊接裂紋的防止 焊前對(duì)蝸殼焊縫區(qū)進(jìn)行預(yù)熱（板材厚度2530mm預(yù)熱溫度為6080，板材厚度>3038mm預(yù)熱溫度為80100）；焊后控制近縫區(qū)的冷卻速度，使之不易形成淬硬組織；建立低氫的焊接條件（使用國產(chǎn)低氫型高強(qiáng)鋼焊條）等可以減少冷裂紋。在蝸殼施工過程中合理的安排組裝和焊接順序（管節(jié)之間的環(huán)縫焊接 湊合節(jié)縱縫焊接 湊合節(jié)環(huán)縫焊接(湊合節(jié)有兩條安裝環(huán)縫；焊接順序是先焊接其中的第一條環(huán)縫，第一條環(huán)縫焊接完成后再焊接第二條環(huán)縫)蝶形邊焊接 蝸殼與鋼管之間的環(huán)縫焊接），減少接頭拘束度，防止咬邊，未焊透，未融合等缺陷；

15、必要時(shí)消減焊縫余高來減少應(yīng)力集中；每條焊縫一次性完成等可以減少再熱裂紋。其次可適當(dāng)?shù)母淖児に嚄l件。7在蝸殼焊接中除了上面所說的焊接缺陷，還通過對(duì)射線探傷結(jié)果的觀察，還發(fā)現(xiàn)一中新型的焊接缺陷弧谷，這里所說的弧谷不是焊縫表面的弧坑，它是存在焊縫與母材邊沿相接處的。該缺陷都出現(xiàn)在收弧的位置，在焊縫中有意拋物線型的陰影。如圖13。圖13弧谷71蝸殼焊接中弧谷產(chǎn)生的原因電弧焊的熔池呈半橢球形狀，焊接時(shí)熔池內(nèi)的金屬液體在電弧吹力作用下焊條前方的金屬液體由橢球底部向前運(yùn)動(dòng)，沿母材熔深邊緣向上，然后向中心運(yùn)動(dòng)。然而，焊接工藝對(duì)焊接電壓、電流和提前角都有上限和下限值，而上下限之間有一個(gè)最佳點(diǎn)，如果焊工使電壓和電流都處在上限值，而提前角處在下限值，這時(shí)熔池溫度增高，金屬液體流動(dòng)速度加快，把母材熔化沖刷成一個(gè)窄而神的拋物面空間，當(dāng)電流停止時(shí)，熔池前方的液體因提前角小又自然流入弧坑，前沿金屬一面冷卻，不能把弧谷填滿，即