金属材料焊接中的主要缺陷及防止措施

摘要：本文通过统计进行焊接过程中钢制设备所出现的主要质量问题，首先提出了金属材料焊接过程中的主要缺陷，然后在此基础上总结出了保证焊接质量的有效措施和焊缝缺陷的修正措施。

关键词：金属焊接；主要缺陷；防止措施

前言

通过对钢制设备进行机组大修发现,金属问题中约40%的金属缺陷存在于焊缝缺陷。由于安装技术力量薄弱、时间紧、监督不到位,基建时期应注意焊接质量，及时检验焊缝，从而及早发现缺陷,把焊接缺陷限制在一定范围内。目前，常见的焊接缺陷主要有焊接裂纹、未焊透或未熔合、气孔、夹渣、焊缝外形尺寸和形状不符合要求等，本文对常见的主要缺陷进行了分析并提出了防止措施。

1焊接裂纹的产生

焊接裂纹分为热裂纹、冷裂纹，是一种非常严重的缺陷，结构的破坏多从裂纹处开始[1]。

1.1热裂纹的成因及预防措施

1、热裂纹的含义

热裂纹是指焊缝金属由液态结晶为固态的过程中所产生的裂纹，多发生在焊缝中心，焊后立即可见。

2、产生热裂纹的原因

因焊接熔池中存有的FeS等低熔点杂质结晶凝固最晚且凝固后的塑性及强度低,在凝固过程中，若外界结构拘束应力足够大，在焊缝金属的凝固收缩作用下，它们会被拉开或在凝固后不久被拉开,从而造成晶间开裂。此外，焊件、焊条内若含硫、铜等杂质也易导致热裂纹。

3、防止产生热裂纹的措施

（1）认真执行工艺规程,选取合理的焊接程序,减小焊接应力；

（2）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,避免焊缝中心产生裂纹。

1.2冷裂纹的成因及预防措施

1、冷裂纹的含义

冷裂纹是指在冷却过程或冷却以后,焊缝金属在母材或母材与焊缝交界的熔合线上所产生的裂纹，可能在焊后立即出现,或在焊后几小时、几天甚至更长时间出现。

2、冷裂纹产生的主要原因

（1）焊接热循环的热影响区生成了淬硬组织；

（2）因焊缝中存有过量扩散氢而具有了浓集的条件；

（3）接头承受有较大的拘束应力。

3、防止产生冷裂纹的措施

（1）选用低氢型焊条,减少焊缝中扩散氢含量；

（2）严格遵守焊接材料的保管及使用制度,谨防受潮；

（3）仔细清理坡口边缘油污、水分及锈迹,减少氢来源；

（4）选择合理的焊接工艺参数和线能量（例如：焊前预热、焊后缓冷、多层多道焊接、控制一定的层间温度等）；

（5）以去氢、消除内应力和淬硬组织回火,从而改善接头韧性；

（6）采用合理的施焊程序和分段退焊法,减少焊接应力。

2未焊透、未熔合现象的存在

未焊透、未熔合是比较严重的一个缺陷,如果发生未焊透、未熔合现象,焊缝就会出现间断或突变,大大降低焊缝强度,有时甚至还会引起裂纹[1]。

1、未焊透、未融合的含义

未焊透指焊接时接头根部未完全熔透的现象；

未熔合指焊件与焊缝金属或焊缝层之间存在局部未熔透的现象。

2、未焊透、未融合产生的原因

（1）存在焊件装配间隙或坡口角度太小、钝边太厚、焊条直径过大、电流太小、速度太快、电弧过长等现象；

（2）没有清除干净焊件坡口表面的氧化膜、油污等；

（3）在焊接时该处流入熔渣妨碍了金属之间的熔合，运条手法不当,电弧偏在坡口一边等而引成边缘不熔合。

3、未焊透、未融合的防止措施

（1）正确选取坡口尺寸；

（2）合理选用焊接电流和速度；

（3）将坡口表面氧化皮和油污清除干净；

（4）封底焊清根要彻底,运条摆动要适当；

（5）密切注意坡口两侧的熔合情况。

3夹渣的产生[1]

1、夹渣的含义

夹渣就是残留在焊缝中的熔渣，它也会降低焊缝的强度和致密性。

2、产生夹渣的主要原因

（1）焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣；

（2）坡口角度或焊接电流太小或焊接速度过快；

（3）使用酸性焊条时因电流太小或运条不当形成“糊渣”；

（4）使用碱性焊条时因电弧过长或极性不正确造成夹渣；

（5）焊条偏芯。

3、防止产生夹渣的措施

（1）正确选取坡口尺寸；

（2）认真清理坡口边缘；

（3）选用合适的焊接电流和速度；

（4）运条摆动适当。

4其他主要缺陷[2]

4.1气孔的出现

焊接时最常出现的是氢气孔,主要分为：内部气孔、表面气孔和接头气孔。

1、气孔产生的原因

（1）坡口边缘不清洁,存在水分、油污和锈迹；

（2）焊芯锈蚀或药皮变质、剥落，未按规定对焊条或焊剂进行焙烘等；

（3）电弧过长、焊接速度过快,埋弧自动焊电压过高等。

2、防止产生气孔的办法

（1）选择合适的焊接电流和速度；

（2）认真清理坡口边缘水分、油污和锈迹；

（3）严格按规定保管、清理和焙烘焊接材料；

（4）不使用变质焊条,严格控制使用范围,焊丝要除锈；

（5）埋弧焊特别是薄板焊时,焊接速度和线能量尽可能小。

4.2咬边的产生

1、咬边的含义

咬边指焊缝边缘留下的凹陷，咬边会减小母材接头的工作截面。

2、产生咬边的原因：

（1）焊接电流过大、运条速度过快、电弧拉得太长或焊条角度不；

（2）埋弧焊的焊接速度过快或焊机轨道不平等造成焊件被熔化去一定深度,填充金属未能及时填满，因而造成咬边。

3、防止咬边的方法:

（1）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；

（2）氩弧焊工艺参数要恰当,焊接速度不宜过高且手法要平稳。

4.3焊瘤及弧坑的产生

1、产生焊瘤的主要原因及防止措施

产生焊瘤的主要原因有：

（1）运条不均造成熔池温度过高,引起液态金属凝固缓慢下坠在焊缝表面形成金属瘤；

（2）立、仰焊时,采用了过大的焊接电流和弧长。

防止产生焊瘤的主要措施是：

（1）严格控制熔池温度；

（2）使用碱性焊条时应采用短弧焊接。

2、产生弧坑的原因及防止措施

产生弧坑的主要原因有：

（1）熄弧时间过短或焊接突然中断，焊接薄板时电流过大；

（2）焊缝表面存在焊瘤影响美观,并易造成表面夹渣。

防止产生弧坑的主要措施：

手工焊收弧时,焊条作短时间停留或几次环形运条。

5焊缝缺陷的修正措施[3]

对焊缝缺陷进行修正时应注意以下几个方面:

（1）不允许在带压、背水的情况下进行焊缝缺陷消除的焊补；

（2）关于要求预热的材质,当工作环境气温低于0℃时应采取相应预热措施；

（3）要求进行热处理的焊件则应在热处理前进行缺陷修正；

（4）禁用过大电流补焊，采用小电流、不摆动、多层多道焊；

（5）补焊刚性大的结构时,除第一层和最后一层焊道外,可在焊后热状态下进行锤击，且每层焊道的起弧和收弧应尽量错开；

（6）用手工电弧焊焊补D、E级钢和高强度结构钢焊缝缺陷时,应采用控制线能量施焊法，每一缺陷不允许中途停顿，应一次焊补完成，且预热温度和层间温度均保持在100℃以上；

（7）按原焊缝的探伤要求重新检查修正后的焊缝,如果再次发现超过允许限值的缺陷,还要进行重新修正,直至合格，但焊补的次数不能超过规定返修次数；

（8）加强监督、检验工作。

做好以上措施，在源头上减少焊接缺陷的过多出现,可很好地避免机组在缺陷状态下进行运行。

总结

通过上文分析可以表明，焊接过程中一旦发现了缺陷就要及时进行修正。关于裂纹,可以先仔细检查其始、末端和深度,然后再清除缺陷；关于夹渣、未焊透、未熔合的缺陷,要先用同样的方法清除缺陷,然后按规定进行焊补；关于气孔特别是内部气孔的修正,则在确认部位后,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。

参考文献：

[1]周炳森.新编金属焊接实用技术百科全书[M].北京:中国知识出版社,2006.

[2]赵熹华.焊接检验[M].北京:机械工业出版社,2005.

[3]王欣.金属焊接施工的注意事项[J].宁夏机械.2007年第3期，67-68.