焊接接头缺陷分析及预防的探讨www.tool-tool.com
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刘晓燕
(太原市热力公司，山西太原，030002)
摘 要：通过对焊接接头缺陷的分析，提出了预防焊接接头缺陷的具体措施，从严把原材料质量关到焊接过程中对施工质量进行监督和检查，都提出了一定的要求。
关键词：焊接接头；焊接缺陷；结晶裂纹；延迟裂纹
控 制焊接是安装工程中一项比较重要的工序，焊接过程中，由于种种因素的影响，容易产生各种类型的焊接缺陷。焊接接头缺陷的存在会直接危及整个结构的质量。因 此，将焊接接头缺陷控制在允许范围内是每个焊接操作人员及工程管理人员应尽的责任。常见的焊接接头缺陷主要有外部缺陷、内部缺陷及焊接缺陷等。
1 焊接接头缺陷分析
1.1 外部缺陷
焊接接头的外部缺陷一般用肉眼就能观察到，主要有焊瘤、咬边、凹坑、烧伤、余高不足或过大、错边及弧坑处理不良等。
1.2 内部缺陷
焊接接头的内部缺陷是指必须借助仪器设备测试才能判断出的缺陷，主要有未熔合、未焊透、气孔、夹渣及白点等。内部缺陷因肉眼观察不到，危害更大，要坚决杜绝。
1.3 焊接缺陷
指在焊接过程中或焊接完放置一段时间后，在焊接接头范围内产生的局部开裂现象，如焊接裂纹是常见的焊接缺陷。在建筑工程的钢材焊接中常出现的裂纹主要是热裂纹和冷裂纹。
结 晶裂纹是最常见的热裂纹，在金属凝固过程中出现，主要出现在焊缝中，少数出现在热影响区。结晶裂纹的产生是由于焊缝中含有较多的S,P等杂质，在焊缝金属 凝固过程中形成了一此低熔点的结晶，然后在结晶界形成液态薄膜。这此液态薄膜成为焊缝中的薄弱环节，在焊接应力的作用下便开裂而形成结晶裂纹。
在冷裂纹中最常见的是延迟裂纹。在低、中合金钢的热影响区或焊缝中，当焊接后一段时间间，可能出现各种l1态的延迟裂纹。有的出现在接头表面，有的出现在接头内部。焊缝延迟裂纹的出现，是由以下3种因素共同作用的结果。
第一，母材淬硬现象：母材的碳当量越高其淬硬倾向越大，延迟裂纹敏感性就越大。另外，接头冷却速度对母材淬硬倾向也有较大影响，随着母材淬硬倾向的增加容易形成脆性马氏体。马氏体又会使热影响区最高硬度相应增加，从而使延迟裂纹敏感性增大。
第二，扩散氢的含量：焊缝中含氢量越高,延迟裂纹敏感性越大。当接头中扩散氢含量高于其临界扩散氢含量时，便出现延迟裂纹。
第三，焊接残余应力：焊接接头主要存在热应力、相变应力和约束应力。
板厚度越大，约束越强，残余应力也越高。焊接残余应力是引起应力腐蚀断裂的原因之一。
2 焊接接头缺陷预防
焊接全过程包括原材料、焊接材料、施工人员的焊接技能、焊接前准备、焊接和焊接后热处理等工序。因此，要预防焊接缺陷、解决焊接过程中存在的问题、抓好焊接质量，就必须加强焊接前和焊接中每一道工序的质量管理。
2.1 焊接前的质量控制
首 先要把好原材料质量关。尽量选正规厂家生产的产品，检查钢厂提供的材料质量检验单，内容包括材料牌号、规格或尺寸、炉批号、检验编号、数量、重量、供货状 态、力学性能、化学成分等，同时还要检查材料的表面是否有裂纹、分层及超出标准允许的凹坑和划伤以及钢印标记是否正确和齐全，并且按照国家标准进行取样， 送检测部门检测。经检验合格后方能正式进入施工现场。为了保证材料的真实性，取样送检时应采取由建设方委托的该工程项目取样送检见证人专人负责。如果具有 法律效应的检验结果不合格但已进入工地的钢材，应该由质量监督部门通知建设单位进行拆除和清场，坚决杜绝使用不合格钢材。另外，按照规定，建设方对工程质 量负有法律责任，不能把一切责任推给施工方了事，必须委托具有专业知识的人员或监理工程师监督管理，不定期地对现场材料包括钢材进行抽检、送检测部门复 验，以保证钢材的质量。其次是对焊接材料的管理。检查焊接材料是否为合格产品、贮存和烘焙制度是否执行、发放的焊接材料表面是否清洁无锈、焊条的药皮是否 完好无霉变。第三是焊接区清洁管理。检查焊接区的清洁质量，不得留有水、油、铁锈和氧化膜等有害污物，这对防止外部缺陷(如凹坑、咬边等)的产生有重要作 用，对防止气孔、夹浓之类内部缺陷的产生也有积极意义。第四是焊工技能资格管理。焊工的技能水平是保证焊接质量的决定性因素。焊工必须经过专业培训，具备 有关基础知识和操作技能，并持有焊工考试合格证。第五是确定合格的焊接工艺流程。对不同的母材，应选择合格的焊接方法、可靠的焊接能量和适当的焊接材料。 对不同直径或不同厚度的母材都应实行先试焊、后施焊的原则，以保证焊接接头优良、安全。
2.2 焊接中的质量控制
焊 接过程包括焊接、预热和焊接后热处理。焊接前的质量控制和焊接中的质量控制是保证最终焊接质量、预防废品和返工的必要条件，是整个焊接质量控制过程中的重 要组成部分。焊接质量控制应实行焊工、焊接工氏和专职检查员3级管理责任制。焊工应对违反焊接工艺流程及操作不当造成的质量事故承担责任，焊接质量检查员 应对漏检、误检造成的质量事故承担责任。焊接过程中，要对施工过程进行监督和检查。
第一，确认焊接方法是否与规定一致，检查焊接设备是否 完好和着装是否符合工艺流程规定。第二，根据焊接工艺规程复核焊接材料牌号与规格是否正确，以防错用而造成焊接质量事故。第三，对焊接预热温度和预热方式 进行严格控制和检查，焊接前预热是防止焊接裂纹产生的重要措施。第四，对焊接环境进行监督。当焊接环境出现下列情况时应采取措施后才能进行焊接：温度低于 0℃；相对湿度大于90%；风速大于10 m/s或存在穿堂风以及雨、雪、雾气候的露天操作。第五，对焊接后热处理实施监督和检查。焊接后热处理的目的是促进焊缝中扩散氢的逸出，防止焊接裂纹产 生，消除焊接残余应力和改养接头的力学性能。
焊工的技术水平是影响焊接质量的直接因素之一。要做到思想上重视，其体操作上细心。常见的焊接接头缺陷在施工操作时应注意以下问题：
第 一，咬边。主要是由于焊接电流过大、电弧拉长或运条不稳引起的。咬边最大的危害是损伤了母材，使母材有效截面减小，也会引起应力集中。预防措施是焊接时调 整好电流，电流不宜过大，且控制弧氏，尽量用短弧焊接，运条时手要稳，焊接速度不宜太快，应使熔化的焊缝金属填满焊接坡口边缘。
第二，焊瘤。主要是由于焊接电流过大或焊接速度过慢引起。它的危害是焊瘤处易应力集中且影响整个焊缝的外观质量。预防措施是适当调小焊接电流，焊接时注意熔池大小，以便调整焊接电流或焊接速度。
第三，弧坑。主要是由于断弧或熄弧引起。弧坑的存在减小了焊缝截面，降低了接头的有效强度，并且弧坑处常伴有弧坑裂纹，危害较大。预防措施是尽量减小短弧次数，每次熄弧前应稍微停留或做几次摆动运条，使有较多的焊条熔化填满弧坑处。
第 四，气孔。产生气孔的因素较多，如焊条未按规定烘干、母材除锈不彻底、焊接电压不稳、弧氏过氏等。气孔的存在使焊缝截面减小，金属内部组织疏松，应力宜集 中，也易诱发裂纹等更严重的缺陷。预防措施是在焊接前应按要求烘干焊条，清理坡口及母料表面的油污、锈迹；注意大气的变化，刮风、下雨要有遮挡措施；焊接 时选择适当的电流及焊接速度。
第五，夹渣。夹渣一般是由于熔池冷却过程中非金属物质如焊条药皮中某些高熔点组分、金属氧化物等来不及浮出 熔池表面而残留在焊缝金属中引起的。其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。预防措施是焊接前应严格清理母材坡口及附近的油污、氧化皮 等，多层焊接时彻底清理前一道焊缝流下的熔浓。焊接时选择适当的焊接参数，运条稳定，注意观察熔池，防止焊缝金属冷却过快。
第六，根部未焊透。主要原因是接头对接缝隙过小，焊接电流过小，焊接速度过快，其危害性是降低接头的机械性能。预防措施是控制接头坡口尺寸及对接间隙，选择合适的焊接电流和焊接速度。
第七，未熔合。指焊缝金属与母材未能完全熔化结合，多层焊接也存在层间未熔合。主要原因是焊接线能量过小，或焊接电弧偏离焊缝中心。预防措施是选择合适的焊接参数，焊接时不宜过快，弧长适当，注意焊条角度。
第 八，裂纹及裂缝。这是焊缝中危害最大的一种缺陷，任何可焊缝都不容许有裂纹及裂缝出现，一经发现必须马上清除返修。按裂纹产生的原因不同，有热裂纹、冷裂 纹及再热裂纹之分。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。预防措施是控制钢材及焊条中有害元素如P、S等的含 量，重要结构的焊接宜采用碱性焊条(又称低氢焊条)以降低焊缝中的杂质含量，改养焊缝金属组织；焊接接头的固定要正确，避免不必要的外力作用于接头部位。 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，它的出现与氢有关，所以又称氢致延迟裂纹，由于其具有延迟特性，它的 出现相当于埋下了一颗定时炸弹，危害极大。预防措施是首先从减少氢元素的来源入手，焊接时采用碱性焊条，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。焊接时采用焊接前预热、焊接后热处理等措施，以利于氢的逸出。再热裂纹一般产生于热影响区，大多发生在应力集中部位，一般 在焊缝区域再次受热时形成。预防措施是增加焊接前预热、焊接后缓冷措施，以减少残余应力和应力集中。
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