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不锈钢管件焊接接头缺陷产生原因及预防

作者:管件 来源: 日期:2020/5/26 19:04:17 人气:9

不锈钢管件焊接过程中,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。本文就自己在工作中针对不锈钢管件焊接产生接头缺陷的原因,在理论上进行了一些肤浅的分析,并通过自己的实践提出了预防的方法和保证焊接质量的有效措施。

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。在建筑工程的不锈钢管件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。

焊接缺陷的产生与预防

2.1焊接接头冷裂纹的产生与预防

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。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。

冷裂纹的预防措施主要有几方面:一是选择合理的焊接规范和性能,改善焊缝及热影响区组织状态,如焊前预热、控制层间温度、焊后缓冷或后热等以加快氢分子逸出。二是采用碱性焊条或焊剂,以降低焊缝中的扩散氧含量。三是焊条和焊剂在使用前应严格按照规定的要求进行烘干(低氢焊条300℃350℃保温lh;酸性焊条l00℃l50℃保温lh;焊剂200℃250°保温2h),认真清理坡口和焊丝,汰除油污、水分和锈斑等脏物,以减少氢的来源。四是焊后及时进行热处理。除此之外,选材上提高不锈钢管件质量,减少不锈钢管件中的层状夹杂物,工艺上采取可降低焊接应力的各种措施,也都是必要的。

2.2焊接接头热裂纹的产生与预防

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。

热裂纹是指高温下所产生的裂纹,又称高温裂纹或结晶裂纹,通常产生在焊缝内部,有时也可能出现在热影响区,表现形式有:纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹弧坑裂纹和热影响区裂纹。其产生原因是由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象,低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层形式存在从而形成偏析,凝固以后强度也较低。当焊接应力足够大时,就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开,形成裂纹。此外,如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶和杂质,当焊接拉应力足够大时,也会被拉开。总之,热裂纹的产生是冶金因素和力学因素共同作用的结果。针对其产生原因,其预防措施如下素共同作用的结果。针对其产生原因,其预防措施如下:其产生原因,其预防措施下限制母材及焊接材料(包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体)中易偏析元素和有害杂质的含量,特别应控制硫、磷的含量和降低含碳,一般用于焊接的不锈钢管件中硫的含量不应大于0.045%,磷的含量不应大于0.055%;另外不锈钢管件含碳量越高,焊接性能越差,一是焊缝中碳的含量控制在0.10%以下时,热裂纹敏感性可大大降低。二是调整焊缝金属的化学成分,改善焊缝组织,细化焊缝品粒,以提高其塑性,减少或分散偏析程度,控制低熔点共品的有害影响。三是采用碱性焊条或焊剂,以降低焊缝中的杂质含摄,改善结晶时的偏析程度。适当提高焊缝的形状系数,采用多层多道焊接方法,避免中心线偏析,也可防止中心线裂纹。另外在操作时采用合理的焊接顺序和方向,采用较小的焊接线能超,整体预热和锤击法,收弧时填满弧坑等工艺措施,也能预防热裂纹的产生。冷裂纹一般是指焊缝在冷却过程中温度降到马氏体转变温度范围内(300200℃以下)产生的裂纹。可以在焊接后立即出现,也可以在焊接以后的较长时间才发生,故也称为延迟裂纹。其形成的基本条件有3个:焊接接头形成淬硬组织;扩散氢的存在和浓集;存在着较大的焊接拉伸应力。冷裂纹的预防措施主要有几方面:一是选择合理的焊接规范和线能,改善焊缝及热影响区组织状态,如焊前预热、控制层间温度、焊后缓冷或后热等以加快氢分子逸出。二是采用碱性焊条或焊剂,以降低焊缝中的扩散氧含量。三是焊条和焊剂在使用前应严格按照规定的要求进行烘干(低氢焊条300℃350℃保温lh;酸性焊条l00℃l50℃保温lh;焊剂200℃250°保温2h),认真清理坡口和焊丝,汰除油污、水分和锈斑等脏物,以减少氢的来源。四是焊后及时进行热处理。一种是进行退火处理,以消除内应力,使淬火组织回火,改善其韧性;二是进行消氢处理,使氢从焊接接头中充分逸出。除此之外,选材上提高不锈钢管件质量,减少不锈钢管件的层状夹杂物,工艺上采取可降低焊接应力的各种措施,也都是必要。

3.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、焊接工时和专职检查员三级管理责任制。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10m/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。