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埋弧焊的缺陷及防止措施

2018年12月21日

埋弧焊時可能產生的主要缺陷,除了由于所用焊接工藝參數不當造成的熔透不足、燒穿、成形不良以外,還有氣孔、裂紋、夾渣等。本節主要敘述氣孔、裂紋、夾渣這幾種缺陷的產生原因及其防止措施。




1. 氣孔


埋弧焊焊縫產生氣孔的主要原因及防止措施如下:


1)焊劑吸潮或不干凈焊劑中的水分、污物和氧化鐵屑等都會使焊縫產生氣孔,在回收使用的焊劑中這個問題更為突出。水分可通過烘干消除,烘干溫度與肘間由焊劑生產廠家規定。防止焊劑吸收水分的最好方法是正確肋儲存和保管 6 采用真空式焊劑回、收器可以較有效地分離焊劑與塵土,從而減少回收焊劑在使用中產生氣孔的可能性。

   

2)焊接時焊劑覆蓋不充分由于電弧外露并卷入空氣而造成氣孔。焊接環縫時,特別是小直徑的環縫,容易出現這種現象,應采取適當措施,防止焊劑散落。

 

3)熔渣粘度過大 焊接時溶入高溫液態金屬中的氣體在冷卻過程中將以氣泡形式溢出。如果熔渣粘度過大,氣泡無法通過熔渣,被阻擋在焊縫金屬表面附近而造成氣孔。通過調整焊劑的化學成分,改變熔渣的粘度即可解決。

   

4)電弧磁偏吹焊接時經常發生電弧磁偏吹現象,特別是在用直流電焊接時更為嚴重。電弧磁偏吹會在焊縫中造成氣孔。磁偏吹的方向、受很多因素的影響,例如工件上焊接電纜的聯接位置:電纜接線處接觸不良、部分焊接電纜環繞接頭造成的二次磁場等。在同一條焊縫的不同部位,磁偏吹的方向也不相同。


在接近端部的一段焊縫上,磁偏吹更經常發生,因此這段焊縫氣孔也較多。為了減少磁偏吹的影響,應盡可能采用交流電源;工件上焊接電纜的聯接位置盡可能遠離焊縫終端;避免部分焊接電纜在工件上產生二次磁場等。

   

5)工件焊接部位被污染 焊接坡口及其附近的鐵銹、油污或其他污物在焊接時將產生大量氣體,促使氣孔生成,焊接之前應予清除。


2. 裂紋


通常情況下,埋弧焊接頭有可能產生兩種類型裂紋,即結晶裂紋和氫致裂紋。前者只限于焊縫金屬,后者則可能發生在焊縫金屬或熱影響區。

1)結晶裂紋 鋼材焊接時,焊縫中的S 、P等雜質在結晶過程中形成低熔點共晶。隨著結晶過程的進行,它們逐漸被排擠在晶界,形成了“液態薄膜”。焊縫凝固過程中,由于收縮作用,焊縫金屬受拉應力,“液態薄膜”,不能承受拉應力而形成裂紋。可見產生“液態薄膜”和焊縫的拉應力是形成結晶裂紋的兩方面原因。


鋼材的化學成分對結晶裂紋的形成有重要影響。硫對形成結晶裂紋影響最大,但其影響程度又與鋼中其他元素含量有關,如Mn與S 結合成MnS而除硫,從而對S的有害作用起抑制作用。Mn還能改善硫化物的性能、形態及其分布等。因此,為了防止產生結晶裂紋,對焊縫金屬中的Mn/S值有一定要求。Mn/S值多大才有利于防止結晶裂紋,還與含碳量有關。


埋弧焊焊縫的熔合比通常都較大,因而母材金屬的雜質含量對結晶裂紋傾向有很大關系。母材雜質較多,或因偏析使局部 C 、S含量偏高,Mn/S可能達不到要求。可以通過工藝措施。(如采用直流正接、加粗焊絲以減小電流密度、改變坡口尺寸等) 減小熔合比;也可以通過焊接材料調整焊縫金屬的成分,如增加含Mn量,降低含C 、Si量等。


焊縫形狀對于結晶裂紋的形成也有明顯影響。窄而深的焊縫會造成對生的結晶面,“液薄膜”將在焊縫中心形成,有利于結晶裂紋的形成。焊接接頭形式不同不但剛性不同, 并且散熱條件與結晶特點也不同,對產生結晶裂紋的影響也不同。


2)氫致裂紋這種裂紋較多的發生在低合金鋼、中合金鋼和高碳鋼的焊接熱影.響區中這可能在焊后立即出現,也可能在焊后幾時、幾天、甚至更長時間才出現。這種焊后若干時間才出現的裂紋稱為延遲裂紋。氫致裂紋是焊接接頭含氫量、接頭顯微組織、接頭拘束情況等因素相互作用的結果。


在焊接厚度 10mm 以下的工件時,一般很少發現這種裂紋。工件較厚時,焊接接頭冷卻速度較大,對淬硬傾向大的母材金屬,易在接頭處產生硬脆的組織。另一方面,焊接時溶解于焊縫金屬中的氫,由于冷卻過程中溶解度下降, 向熱影響區擴散。當熱影響區的某些區域氫濃度很高而溫度繼續下降時,一些氫原子開始結合成氫分子,在金屬內部造成很大的局部應力,在接頭拘束應力作用下產生裂紋。 焊接某些超高強度鋼時,這種裂紋也會出現在焊縫金屬中。




針對氫致裂紋產生的原因,可以從以下幾方面采取措施。

a.減少氫的來源及其在焊縫金屬中的溶解,采用低氫焊劑;焊劑保管中注意防潮,使用前嚴格烘干;對焊絲、工件焊口附近的銹、油污、水分等焊前必須清理干凈。通過焊劑的冶金反應把氫結合成不溶于液態金屬的化合物,如高 Mn 高 Si 焊劑可以把 H 結合成 HF 和 OH 兩種穩定化合物進入熔渣中,減少氫對生成裂紋的影響。

 

b.正確的選擇焊接工藝參數,降低鋼材的淬硬程度并有利于氫的逸出和改善應力狀態,必要時可采用預熱。

   

c.采用后熱或焊后熱處理 焊后后熱有利于焊縫中的溶解氫順利的逸出。有些工件焊后需要進行熟處理,一般情況下多采用回火處理。這種熱處理的效果一方面可消除焊接殘余應力,另一方面使已產生的馬氏體高溫回火,改善組織。同時接頭中的氫可進一步逸出,有利于消除氫致裂紋,改善熱影響區的延性。

 

d.改善接頭設計,降低焊接接,頭的拘束應力在焊接接頭設計上,應盡可能消除引起應力集中的因素,如避免缺口、防止焊縫的分布過分密集等。坡口形狀盡量對稱為宜,不對稱的坡口裂紋敏感性較大。在滿足焊縫強度的基本要求下,應盡量減少填充金屬的用量。

埋弧焊時,焊接熱影響區除了可能產生氫致裂紋外,還可能產生淬硬脆化裂紋、層狀撕裂等。

3. 夾渣


埋弧焊時,焊縫的夾渣除與焊劑的脫渣性能有關外,還與工件的裝配情況和焊接工藝有關。對接焊縫裝配不良時,易在焊縫底層產生夾渣。焊縫成形對脫渣情況也有明顯影響。平而略凸的焊縫比深凹或咬邊的焊縫更容易脫渣。


雙道焊的第一道焊縫,當它與坡口上緣熔合時,脫渣容易,而當焊縫不能與坡口邊緣充分熔合時,脫渣困難。在焊接第二道焊縫時易造成夾渣。焊接深坡口時,有較多的小焊道組成的焊縫,夾渣的可能性小;而有較多的大焊道組成的焊縫,夾渣的可能性大。


埋弧焊缺陷產生原因和防止方法,見表 1 。

缺陷

產生原因

防止


裂紋

(1) 焊絲和焊劑匹配不當 ( 母材中含碳量高時, 熔敷金屬中的 Mn少 )
(2) 熔池金屬急劇冷卻,熱影響區的硬化
(3) 多層焊的第一層裂紋由于焊道無法抗拒收縮 應力而造成
(4) 沸騰鋼產生硫帶裂紋 ( 熱裂紋 )
(5) 不正確焊接施工,接頭拘束大
(6) 焊道形狀不當,焊道高度比焊道寬度大 ( 梨形焊道的收縮產生的裂紋 )
(7) 冷卻方法不當

(1) 焊絲和焊劑正確匹配,母材含碳量高時要 預熱時要預熱
(2) 焊接電流增加,減少焊接速度,母材預熱
(3) 第一層焊道的數目要多
(4) 用 G50XUs — 43 組合
(5) 注意施工順序和方法
(6) 焊道寬度和深度幾乎相當,降低焊接電流,提高電壓
(7) 進行后熱

氣孔 (在熔
池內部的氣
孔)

(1)接頭表面有污物
(2)焊劑的吸潮
(3)不干凈焊劑(刷子毛的混入)

(1)接頭的研磨、切削、火焰烤、清掃
(2)150~300℃lh烘干
(3)收集焊劑時用鋼絲刷

夾渣

(1)下坡焊時,焊劑流入
(2)多層焊時,在靠近坡口側面添加焊絲
(3)引弧時產生夾渣(附加引弧板時易產生夾渣)
(4)電流過小,對于多層堆焊,渣沒有完全除去
(5)焊絲直徑和焊劑選擇不當

(1)在焊接相反方向,母材水平放置
(2)坡口側面和焊絲之間距離,至少要保證大于焊絲直徑
(3)引弧板厚度及坡口形狀,要與母材保持一樣
(4)提高電流,保證焊渣充分熔化
(5)提高電流、焊接速度

未熔透(熔化不良)

(1)電流過小(過大)
(2)電壓過大(過小)
(3)焊接速度過大(過小)
(4)坡口面高度不當
(5)焊絲直徑和焊劑選擇當

(1)焊接條件(電流、電壓、焊接速度)選適當

(2)平定命適的筍口甲高度

(3)選定合適焊絲直徑和焊劑的種類

缺 陷

產生原因

防 止

咬邊

(1)焊接速度太快
(2)襯墊不合適
(3)電流、電壓不合適
(4)電極位置不當(平角焊場合)

(1)減小焊接速度
(2)使襯墊和母材貼緊
(3)調整電流、電壓為適當值
(4)調整電極位置

焊瘤

(1)電流過大
(2)焊接速度過慢
(3)電壓太低

(1)降低電流
(2)加快焊接速度
(3)提高電壓

余高過大

(1)電流過大
(2)電壓過低
(3)焊接速度太慢
(4)采用襯墊時,所留間隙不足
(5)被焊物件沒有放置水平位置

(1)降低電流
(2)提高電壓
(3)提高焊接速度
(4)加大間隙
(5)被焊物件置于水平位置

余高過小

(1)電流過小
(2)電壓過高
(3)焊接速度過快
(4)被焊物件未置于水平位置

(1)堤高焊接電流
(2)降低電壓
(3)降枉焊接速度
(4)把被焊物件置于水平位置

余高過窄

(1)焊劑的散布寬度過窄
(2)電壓過低
(3)焊接速度過快

(1)焊劑散布費度加大
(2)提高電壓
(3)降低焊接速度

焊道表面不光滑

(1)焊劑的散布高度過大
(2)焊劑粒度選擇不當

(1)調整散布高度
(2)選擇適當電流

表面壓坑

(1)在坡口面有銹、油、水垢等
(2)焊劑吸潮
(3)焊劑散布高度過大

(1)清理坡口面
(2)t50—300℃烘干1h
(3)調整焊劑堆敷高度

人字形壓痕

(1)坡口面有銹、油、水垢等
(2)焊劑的吸潮(燒結型)

(1)清理坡口面
(2)150~300℃,烘干1h




德州樂瀚焊材有限公司主要生產經營高強碳鋼焊絲、二氧化碳氣體保護焊絲、埋弧焊絲、氬弧焊絲、不銹鋼焊絲等焊材產品,樂瀚”焊材是國內第一家引入豐田管理的焊材企業,“持續改善、以質取勝”的經營方式,在焊材行業立于領航地位。

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