埋弧焊的缺陷與防止(一(yī))
Jinan Jincai Welding Material Co. , Ltd.
埋弧焊時可能産生(shēng)的主要缺陷,除了由于所用焊接工(gōng)藝參數不當造成的熔透不足、燒穿、成形不良以外(wài),還有氣孔、裂紋、夾渣等。本節主要叙述氣孔、裂紋、夾渣這幾種缺陷的産生(shēng)原因及其防止措施。
1.1 氣孔
埋弧焊焊縫産生(shēng)氣孔的主要原因及防止措施如下(xià):
1)焊劑吸潮或不幹淨焊劑中(zhōng)的水分(fēn)、污物(wù)和氧化鐵屑等都會使焊縫産生(shēng)氣孔,在回收使用的焊劑中(zhōng)這個問題更爲突出。水分(fēn)可通過烘幹消除,烘幹溫度與肘間由焊劑生(shēng)産廠家規定。防止焊劑吸收水分(fēn)的最好方法是正确肋儲存和保管 6 采用真空式焊劑回、收器可以較有效地分(fēn)離(lí)焊劑與塵土,從而減少回收焊劑在使用中(zhōng)産生(shēng)氣孔的可能性。
2)焊接時焊劑覆蓋不充分(fēn)由于電弧外(wài)露并卷入空氣而造成氣孔。焊接環縫時,特别是小(xiǎo)直徑的環縫,容易出現這種現象,應采取适當措施,防止焊劑散落。
3)熔渣粘度過大(dà) 焊接時溶入高溫液态金屬中(zhōng)的氣體(tǐ)在冷卻過程中(zhōng)将以氣泡形式溢出。如果熔渣粘度過大(dà),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(fēn),改變熔渣的粘度即可解決。
4)電弧磁偏吹焊接時經常發生(shēng)電弧磁偏吹現象,特别是在用直流電焊接時更爲嚴重。電弧磁偏吹會在焊縫中(zhōng)造成氣孔。磁偏吹的方向、受很多因素的影響,例如工(gōng)件上焊接電纜的聯接位置:電纜接線處接觸不良、部分(fēn)焊接電纜環繞接頭造成的二次磁場等。在同一(yī)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(yī)段焊縫上,磁偏吹更經常發生(shēng),因此這段焊縫氣孔也較多。爲了減少磁偏吹的影響,應盡可能采用交流電源;工(gōng)件上焊接電纜的聯接位置盡可能遠離(lí)焊縫終端;避免部分(fēn)焊接電纜在工(gōng)件上産生(shēng)二次磁場等。
5)工(gōng)件焊接部位被污染 焊接坡口及其附近的鐵鏽、油污或其他污物(wù)在焊接時将産生(shēng)大(dà)量氣體(tǐ),促使氣孔生(shēng)成,焊接之前應予清除。
1.2 裂紋
通常情況下(xià),埋弧焊接頭有可能産生(shēng)兩種類型裂紋,即結晶裂紋和氫緻裂紋。前者隻限于焊縫金屬,後者則可能發生(shēng)在焊縫金屬或熱影響區。
1)結晶裂紋 鋼材焊接時,焊縫中(zhōng)的S 、P等雜(zá)質在結晶過程中(zhōng)形成低熔點共晶。随着結晶過程的進行,它們逐漸被排擠在晶界,形成了“液态薄膜”。焊縫凝固過程中(zhōng),由于收縮作用,焊縫金屬受拉應力,“液态薄膜”,不能承受拉應力而形成裂紋。可見産生(shēng)“液态薄膜”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(fēn)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(dà),但其影響程度又(yòu)與鋼中(zhōng)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(wù)的性能、形态及其分(fēn)布等。因此,爲了防止産生(shēng)結晶裂紋,對焊縫金屬中(zhōng)的Mn/S值有一(yī)定要求。Mn/S值多大(dà)才有利于防止結晶裂紋,還與含碳量有關。 可見含C量愈高,要求Mn/S值也愈高。Si和Ni的存在也會增加S的有害作用。
埋弧焊焊縫的熔合比通常都較大(dà),因而母材金屬的雜(zá)質含量對結晶裂紋傾向有很大(dà)關系。母材雜(zá)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(gōng)藝措施。(如采用直流正接、加粗焊絲以減小(xiǎo)電流密度、改變坡口尺寸等) 減小(xiǎo)熔合比;也可以通過焊接材料調整焊縫金屬的成分(fēn),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(shēng)的結晶面,“液薄膜”将在焊縫中(zhōng)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,對産生(shēng)結晶裂紋的影響也不同。
2)氫緻裂紋這種裂紋較多的發生(shēng)在低合金鋼、中(zhōng)合金鋼和高碳鋼的焊接熱影.響區中(zhōng)這可能在焊後立即出現,也可能在焊後幾時、幾天、甚至更長時間才出現。這種焊後若幹時間才出現的裂紋稱爲延遲裂紋。
氫緻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(xià)的工(gōng)件時,一(yī)般很少發現這種裂紋。工(gōng)件較厚時,焊接接頭冷卻速度較大(dà),對淬硬傾向大(dà)的母材金屬,易在接頭處産生(shēng)硬脆的組織。另一(yī)方面,焊接時溶解于焊縫金屬中(zhōng)的氫,由于冷卻過程中(zhōng)溶解度下(xià)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(xià)降時,一(yī)些氫原子開(kāi)始結合成氫分(fēn)子,在金屬内部造成很大(dà)的局部應力,在接頭拘束應力作用下(xià)産生(shēng)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(zhōng)。
針對氫緻裂紋産生(shēng)的原因,可以從以下(xià)幾方面采取措施。
a.減少氫的來源及其在焊縫金屬中(zhōng)的溶解,采用低氫焊劑;焊劑保管中(zhōng)注意防潮,使用前嚴格烘幹;對焊絲、工(gōng)件焊口附近的鏽、油污、水分(fēn)等焊前必須清理幹淨。
通過焊劑的冶金反應把氫結合成不溶于液态金屬的化合物(wù),如高 Mn 高 Si 焊劑可以把 H 結合成 HF 和 OH 兩種穩定化合物(wù)進入熔渣中(zhōng),減少氫對生(shēng)成裂紋的影響。
b.正确的選擇焊接工(gōng)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态,必要時可采用預熱。
c.采用後熱或焊後熱處理 焊後後熱有利于焊縫中(zhōng)的溶解氫順利的逸出。有些工(gōng)件焊後需要進行熟處理,一(yī)般情況下(xià)多采用回火(huǒ)處理。這種熱處理的效果一(yī)方面可消除焊接殘餘應力,另一(yī)方面使已産生(shēng)的馬氏體(tǐ)高溫回火(huǒ),改善組織。同時接頭中(zhōng)的氫可進一(yī)步逸出,有利于消除氫緻裂紋,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(zhōng)的因素,如避免缺口、防止焊縫的分(fēn)布過分(fēn)密集等。坡口形狀盡量對稱爲宜,不對稱的坡口裂紋敏感性較大(dà)。在滿足焊縫強度的基本要求下(xià),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産生(shēng)氫緻裂紋外(wài),還可能産生(shēng)淬硬脆化裂紋、層狀撕裂等。