电厂金属焊接的常见缺陷原因与处理措施

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【摘 要】在电厂建设中焊接缺陷是焊缝接头早期失效和电厂质量事故的主要原因,因此也引起了相关部门的高度重视,并且根据不同缺陷的危害程度和不同质量要求（包括ⅠⅡⅢ类焊缝）规定了其最高的允许值,常见的缺陷包括裂纹、未熔合、根部未焊透、气孔、夹渣、咬边、根部突出、内凹等,本文根据不同缺陷类型的形成原因进行详细分析,并提出了可行性的预防措施,对之后的电厂管道焊接具有现实的参考价值.

【关 键 词】金属焊接；缺陷；原因；预防；处理

0.引言

由于焊前工件准备、点焊、焊接过程控制、焊工技能水平及综合素质、防风挡雨措施、保护气体纯度、焊接工艺使用情况等原因常常会产生一种或者多种焊接缺陷,如何杜绝和控制类似缺陷的产生和发展成为了本文论述的重点,希望对以后此类缺陷的控制有所帮助.

1.电厂金属焊接的常见缺陷及原因

电厂金属焊接的常见缺陷包括裂纹、未熔合、根部未焊透、气孔、夹渣以及咬边等,导致这些缺陷产生的原因是多方面的.

1.1焊接裂纹及原因

在焊接接头中由于焊接而引起的裂纹为焊接裂纹,焊接裂纹在焊缝金属和热影响区中都有可能产生,是焊接凝固冶金和固相冶金当中危害最大的焊接缺陷.焊接结构产生的破坏事故大部分是由此类缺陷引起；常见的金属焊接裂纹主要分为两种类型：热裂纹和冷裂纹.在焊接过程中,焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区时所产生的焊接裂纹为热裂纹.热裂纹又分为结晶裂纹、液化裂纹和多变化裂纹其中结晶裂纹是最为常见的,其形成的共同特点是由于晶间低熔共晶物的存在加上内应力和外力的共同作用下其薄弱点的塑性储备难以承受而导致的开裂,只是形成的时间段和具体位置有所不同,结晶裂纹主要是由于柱状晶体形成的过程中产生了大量的偏析而成为了裂纹源一般多发生在结晶后期的焊缝中,液化裂纹为固态相在后续热循环的作用下发生的晶间重熔物（熔点较低）而成为裂纹源,多发生在近母材处,多变化裂纹为焊接过程中延晶柱形成大量的位错和空位,在快速冷去下难以扩散而以过饱和的状态存在于焊缝中,在一定的温度和应力作用下从高能状态向低能状态转变,从而形成了多边界化并成为薄弱点,多发生在热影响区、纯金属或单相奥氏体中）.焊接接头焊后冷却到较低温度（MS转变点以下）所产生的裂纹为冷裂纹.冷裂纹分为淬硬脆化裂纹、低塑性脆化裂纹、延迟裂纹.对于淬硬倾向较大的材料,由于焊后淬硬组织的大量产生导致内应力过大而自身组织的塑性能力又相对较低,便在外力与内应力的工作作用下导致开裂而与氢含量或其存在形式关系不大,这类开裂属于淬硬脆化裂纹焊后立即可见；对于塑性较低的材料的焊接（一般都具有较大的淬硬倾向）,在焊后冷却过程中其自身接头的塑性储备不足以承受冷却收缩时产生的拉伸应力而导致的开裂属于低塑性脆化裂纹多焊后立即可见；对于焊后不立即产生的冷裂纹为延迟裂纹,这类裂纹多是由于自身材料的淬硬倾向、焊后焊缝内部的含氢量及其存在形式、拘束度的综合因素而差生的,需要达到材料所能承受的开裂临界值).

1.2未熔合、未焊透及原因

在电厂金属焊接中,未熔合是指发生在焊缝金属与母材边缘或者焊缝内部出现的局部没有熔透的现象；未焊透是指在接头根部出现的没有完全熔透的现象.未熔合和未焊透都是一种较为严重的焊接缺陷,在电厂的各个评片等级中均属于禁止缺陷（不考虑缺陷的实际尺寸）.在电厂金属焊接中产生未熔合或未焊透的原因主要包括电弧过长、速度过快、电流过小、焊条直径过大、钝边过厚、坡口过小以及装配间隙太小等.没有彻底清除焊件坡口表面的油污或氧化膜,熔渣在焊接时流入,运用的手法不当,电弧偏在坡口的一边等均会导致金属焊缝边缘不熔合.

1.3气孔及原因

气孔是电厂金属焊接最为常见的缺陷之一,其中氢气孔出现的频率最高.气孔通常可以分为接头气孔、表面气孔以及内部气孔.金属焊接时产生气孔的主要原因包括：未按规定焙烘焊剂或焊条,焊接部位有锈迹、油污或水分、不清洁的坡口边缘、焊芯药皮剥落、变质或锈蚀导致对焊接区域保护不到位、焊接过程中的冶金反应产生的气体等.其次焊工焊接时的焊接电流、运条角度、电弧长度等均会为气孔产生创造必要的条件,同时不同的焊接方法对不同气孔的产生量也有所差别,其中焊条电弧焊、氩弧焊主要以氢气孔和氮气孔为主,二氧化碳焊因其氢气的分压大大的降低而产生的气孔以二氧化碳气孔为主.

1.4夹渣及原因

一些残留在金属焊缝中的熔渣,就是导致电厂金属焊缝焊接的致密性与强度显著下降的夹渣.导致夹渣产生的主要原因包括以下几点.首先,金属焊缝边缘碳弧气刨残留的熔渣,或是氧割残留的熔渣.其次,在金属焊接时,焊接速度过快,焊接电流过小,坡口角度过小.第三,采用酸性焊条进行焊接时,不恰当的运条或过小的电流,均会导致“糊渣”的出现；在采用碱性焊条进行焊接时,电弧极性不正确或是电弧过长,均会导致夹渣出现.第四,焊条偏芯,焊条达不到相关质量标准也会导致夹渣出现.

1.5咬边及原因

咬边,是指电厂金属焊接时焊缝边缘出现的凹陷.在焊接时,导致咬边产生的主要原因包括：焊条角度不当,电弧拉得过长,运条速度太快,焊接时电流太大等.在电厂金属焊接中,焊接轨道不平或是过快的焊接速度,均会导致焊件被熔化一定的深度,此时如果没有填充金属及时的将这些深度填满就将导致咬边的产生,如不及时处理在以后的正常运行过程中很容易成为应力集中点.

1.6其他常见缺陷及原因

除了气孔、夹渣、未融合、未焊透、裂纹等缺陷,电厂金属焊接中还存在着其他一些较为常见的缺陷,例如弧坑、焊瘤、焊缝外形尺寸缺陷等.导致弧坑产生的原因主要是焊接突然中断,熄弧时间太短,焊接时电流过大等.常伴有气孔与裂纹的弧坑会显著降低金属焊接的强度.导致焊瘤产生的原因主要是不均的运条产生了过高的熔池温度,缓慢下坠的液态金属在焊缝表面凝固形成了金属瘤.在仰焊或是立焊时,如果采用过大的弧长或是过大的焊接电流,也会导致焊瘤的出现.焊瘤存在金属焊缝表面不但影响美观,而且会导致表面夹渣.2.电厂金属焊接的常见缺陷的处理

为了防止和处理电厂金属焊接的常见缺陷,就应当采取相应的预防与处理措施.

2.1焊接裂纹的预防与处理措施

因为电厂金属焊接裂缝有热裂纹和冷裂纹两种,所以金属焊接裂纹的处理也可以分成两大类.首先,电厂金属焊接热裂纹处理措施.为了防止出现电厂金属在焊接时出现热裂纹,就必须严格控制金属焊接的各项工艺参数,降低金属焊缝的冷却速度,注意保持合理的焊缝形状系数.在焊接时,应当尽量选择小电流多层多道焊,防止产生焊缝中心裂纹.与此同时,还必须监督工艺规程的执行情况,确保焊接程序科学、合理,尽可能的降低焊接应力.其次,电厂金属焊接冷裂缝处理措施.为了防止出现电厂金属在焊接时出现冷裂纹,就应当优先采用低氢焊条,从源头上降低金属焊缝中可能扩散氢的几率与含量.相关人员必须严格遵守焊剂、焊条等焊接材料的使用、烘焙和保管制度,焊接时采用的材料符合相关标准规定.认真清除金属坡口边缘的锈迹、水分与油污.根据焊接时的环境、构建厚度、碳当量以及材料的等级等,选用恰当的线能量与焊接工艺参数,例如在焊接前进行充分预热,在焊接后进行缓冷处理,也可以采用多层多道焊接方法.在焊接时,应当确保施焊程序的合理性,可以采用分段退焊法,降低焊接应力.

2.2未熔合、未焊透的预防与处理措施

因为没有充分熔合或充分焊透,金属焊缝会产生突变或间断,显著降低了金属焊缝的强度,从而导致裂纹的产生.所以,在电厂金属焊接中通常是不允许重要结构部分出现未熔合或未焊透的现象.为了避免出现未熔合或未熔透的现象,就需要采取相应的控制措施.例如,控制焊接时的速度与电流大小,运用正确的焊接手法,测定清除坡口表面的油污与氧化皮,进行彻底的封底焊清根.在焊接时,运条摆动应当适当,需要仔细观察坡口的熔合情况,并采取针对性的处理措施.

2.3气孔的预防与处理措施

电厂金属焊接时产生的气孔会减小焊缝的有效面积,体积过大的气孔不但会降低金属焊缝的强度,而且会极大地降低金属焊缝的致密性.防止在金属焊接时产生气孔的有效办法有：仔细清除焊接金属坡口边缘的锈迹、油污与水分,确定适当的焊接速度与焊接电流等.在焊接时,切不可以使用变质的焊条,一旦发现焊条的焊芯锈蚀、药皮剥落或变质,就必须严格控制其使用范围,并做必要的处理.焊接前需要将焊丝的锈迹彻底清除,使焊丝表面保持光亮.进行埋弧焊时,需要选择合理的焊接工艺参数,应当尽可能地将焊接线能量与焊接速度控制在恰当的范围内,尤其是在进行薄板焊时更要注意这一点.在采用低氢焊条进行焊接时,常常会在焊缝接头部位出现内部气孔或是表面气孔,因此在焊接接头时需要在距弧坑9mm左右时进行引弧,等到电弧燃烧后可以进行反向运条到弧坑位置,等到熔化充分后再前进.

2.4夹渣的预防与处理措施

针对电厂金属焊接夹渣出现的一系列原因,电厂在进行金属焊接时需要从以下几个方面防止焊接时产生夹渣.首先,确定合适的坡口尺寸,仔细清理坡口边缘,使坡口边缘保持整洁.其次,在焊接时,注意采用恰当的焊接速度与焊接电流,正确进行运条摆动.第三,在进行多层焊接时,需要认真观察金属坡口的熔合情况,在焊接时注意及时清除焊渣,彻底清除封底焊渣.第四,在进行埋弧焊时,应当防止焊偏.第五,采用质量合格的焊条,确保焊条没有偏芯.

2.5咬边的预防与处理措施

咬边在很大程度上减少了接头的工作截面,导致咬边处应力过于集中.因此,在受动载荷结构或其他的重要结构中,通常是不允许出现咬边的,或是严格限制了咬边深度.电厂金属焊接时避

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2.6其他常见缺陷的预防与处理措施

针对弧坑、焊瘤、焊缝外形尺寸等其他一些常见的电厂金属焊接缺陷,需要采取相应的控制预防与处理措施.例如,为了避免焊瘤的产生,就必须严格控制熔池的温度.在进行立焊或仰焊时,电流应当比平焊要小.选用碱性焊条时,尽量采用短弧焊接的方式,运条时应当保持均匀.为了避免弧坑的产生,就应当使焊条在手弧时作几次环形运条或短时间的停留.

3.结语

综上所诉,电厂金属焊接可以分为两大类常见的缺陷：一是焊缝内部缺陷,如气孔、夹渣、裂纹、未焊透、未熔合等；二是表面和成形缺陷,如弧坑、咬边、焊瘤、根部突出、内凹、焊缝尺寸不符合要求等.这些常见的金属焊接缺陷极大地影响了电厂的安全、稳定、经济运行.因此,采取相应的预防和处理措施是非常必要的.修正过的金属焊缝,需要进行再次检查,如果仍然存在超出允许限制的焊接缺陷,就要进行重新修正,以确保焊接质量.　[科]

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