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埋弧焊的缺陷及防止措施

2018年12月21日

埋弧焊时可能产生的主要缺陷,除了由于所用焊接工艺参数不当造成的熔透不足、烧穿、成形不良以外,还有气孔、裂纹、夹渣等。本节主要叙述气孔、裂纹、夹渣这几种缺陷的产生原因及其防止措施。




1. 气孔


埋弧焊焊缝产生气孔的主要原因及防止措施如下:


1)焊剂吸潮或不干净焊剂中的水分、污物和氧化铁屑等都会使焊缝产生气孔,在回收使用的焊剂中这个问题更为突出。水分可通过烘干消除,烘干温度与肘间由焊剂生产厂家规定。防止焊剂吸收水分的最好方法是正确肋储存和保管 6 采用真空式焊剂回、收器可以较有效地分离焊剂与尘土,从而减少回收焊剂在使用中产生气孔的可能性。

   

2)焊接时焊剂覆盖不充分由于电弧外露并卷入空气而造成气孔。焊接环缝时,特别是小直径的环缝,容易出现这种现象,应采取适当措施,防止焊剂散落。

 

3)熔渣粘度过大 焊接时溶入高温液态金属中的气体在冷却过程中将以气泡形式溢出。如果熔渣粘度过大,气泡无法通过熔渣,被阻挡在焊缝金属表面附近而造成气孔。通过调整焊剂的化学成分,改变熔渣的粘度即可解决。

   

4)电弧磁偏吹焊接时经常发生电弧磁偏吹现象,特别是在用直流电焊接时更为严重。电弧磁偏吹会在焊缝中造成气孔。磁偏吹的方向、受很多因素的影响,例如工件上焊接电缆的联接位置:电缆接线处接触不良、部分焊接电缆环绕接头造成的二次磁场等。在同一条焊缝的不同部位,磁偏吹的方向也不相同。


在接近端部的一段焊缝上,磁偏吹更经常发生,因此这段焊缝气孔也较多。为了减少磁偏吹的影响,应尽可能采用交流电源;工件上焊接电缆的联接位置尽可能远离焊缝终端;避免部分焊接电缆在工件上产生二次磁场等。

   

5)工件焊接部位被污染 焊接坡口及其附近的铁锈、油污或其他污物在焊接时将产生大量气体,促使气孔生成,焊接之前应予清除。


2. 裂纹


通常情况下,埋弧焊接头有可能产生两种类型裂纹,即结晶裂纹和氢致裂纹。前者只限于焊缝金属,后者则可能发生在焊缝金属或热影响区。

1)结晶裂纹 钢材焊接时,焊缝中的S 、P等杂质在结晶过程中形成低熔点共晶。随着结晶过程的进行,它们逐渐被排挤在晶界,形成了“液态薄膜”。焊缝凝固过程中,由于收缩作用,焊缝金属受拉应力,“液态薄膜”,不能承受拉应力而形成裂纹。可见产生“液态薄膜”和焊缝的拉应力是形成结晶裂纹的两方面原因。


钢材的化学成分对结晶裂纹的形成有重要影响。硫对形成结晶裂纹影响最大,但其影响程度又与钢中其他元素含量有关,如Mn与S 结合成MnS而除硫,从而对S的有害作用起抑制作用。Mn还能改善硫化物的性能、形态及其分布等。因此,为了防止产生结晶裂纹,对焊缝金属中的Mn/S值有一定要求。Mn/S值多大才有利于防止结晶裂纹,还与含碳量有关。


埋弧焊焊缝的熔合比通常都较大,因而母材金属的杂质含量对结晶裂纹倾向有很大关系。母材杂质较多,或因偏析使局部 C 、S含量偏高,Mn/S可能达不到要求。可以通过工艺措施。(如采用直流正接、加粗焊丝以减小电流密度、改变坡口尺寸等) 减小熔合比;也可以通过焊接材料调整焊缝金属的成分,如增加含Mn量,降低含C 、Si量等。


焊缝形状对于结晶裂纹的形成也有明显影响。窄而深的焊缝会造成对生的结晶面,“液薄膜”将在焊缝中心形成,有利于结晶裂纹的形成。焊接接头形式不同不但刚性不同, 并且散热条件与结晶特点也不同,对产生结晶裂纹的影响也不同。


2)氢致裂纹这种裂纹较多的发生在低合金钢、中合金钢和高碳钢的焊接热影.响区中这可能在焊后立即出现,也可能在焊后几时、几天、甚至更长时间才出现。这种焊后若干时间才出现的裂纹称为延迟裂纹。氢致裂纹是焊接接头含氢量、接头显微组织、接头拘束情况等因素相互作用的结果。


在焊接厚度 10mm 以下的工件时,一般很少发现这种裂纹。工件较厚时,焊接接头冷却速度较大,对淬硬倾向大的母材金属,易在接头处产生硬脆的组织。另一方面,焊接时溶解于焊缝金属中的氢,由于冷却过程中溶解度下降, 向热影响区扩散。当热影响区的某些区域氢浓度很高而温度继续下降时,一些氢原子开始结合成氢分子,在金属内部造成很大的局部应力,在接头拘束应力作用下产生裂纹。 焊接某些超高强度钢时,这种裂纹也会出现在焊缝金属中。




针对氢致裂纹产生的原因,可以从以下几方面采取措施。

a.减少氢的来源及其在焊缝金属中的溶解,采用低氢焊剂;焊剂保管中注意防潮,使用前严格烘干;对焊丝、工件焊口附近的锈、油污、水分等焊前必须清理干净。通过焊剂的冶金反应把氢结合成不溶于液态金属的化合物,如高 Mn 高 Si 焊剂可以把 H 结合成 HF 和 OH 两种稳定化合物进入熔渣中,减少氢对生成裂纹的影响。

 

b.正确的选择焊接工艺参数,降低钢材的淬硬程度并有利于氢的逸出和改善应力状态,必要时可采用预热。

   

c。采用后热或焊后热处理 焊后后热有利于焊缝中的溶解氢顺利的逸出。有些工件焊后需要进行熟处理,一般情况下多采用回火处理。这种热处理的效果一方面可消除焊接残余应力,另一方面使已产生的马氏体高温回火,改善组织。同时接头中的氢可进一步逸出,有利于消除氢致裂纹,改善热影响区的延性。

 

d.改善接头设计,降低焊接接,头的拘束应力在焊接接头设计上,应尽可能消除引起应力集中的因素,如避免缺口、防止焊缝的分布过分密集等。坡口形状尽量对称为宜,不对称的坡口裂纹敏感性较大。在满足焊缝强度的基本要求下,应尽量减少填充金属的用量。

埋弧焊时,焊接热影响区除了可能产生氢致裂纹外,还可能产生淬硬脆化裂纹、层状撕裂等。

3. 夹渣


埋弧焊时,焊缝的夹渣除与焊剂的脱渣性能有关外,还与工件的装配情况和焊接工艺有关。对接焊缝装配不良时,易在焊缝底层产生夹渣。焊缝成形对脱渣情况也有明显影响。平而略凸的焊缝比深凹或咬边的焊缝更容易脱渣。


双道焊的第一道焊缝,当它与坡口上缘熔合时,脱渣容易,而当焊缝不能与坡口边缘充分熔合时,脱渣困难。在焊接第二道焊缝时易造成夹渣。焊接深坡口时,有较多的小焊道组成的焊缝,夹渣的可能性小;而有较多的大焊道组成的焊缝,夹渣的可能性大。


埋弧焊缺陷产生原因和防止方法,见表 1 。

缺陷

产生原因

防止


裂纹

(1) 焊丝和焊剂匹配不当 ( 母材中含碳量高时, 熔敷金属中的 Mn少 )
(2) 熔池金属急剧冷却,热影响区的硬化
(3) 多层焊的第一层裂纹由于焊道无法抗拒收缩 应力而造成
(4) 沸腾钢产生硫带裂纹 ( 热裂纹 )
(5) 不正确焊接施工,接头拘束大
(6) 焊道形状不当,焊道高度比焊道宽度大 ( 梨形焊道的收缩产生的裂纹 )
(7) 冷却方法不当

(1) 焊丝和焊剂正确匹配,母材含碳量高时要 预热时要预热
(2) 焊接电流增加,减少焊接速度,母材预热
(3) 第一层焊道的数目要多
(4) 用 G50XUs — 43 组合
(5) 注意施工顺序和方法
(6) 焊道宽度和深度几乎相当,降低焊接电流,提高电压
(7) 进行后热

气孔 (在熔
池内部的气
孔)

(1)接头表面有污物
(2)焊剂的吸潮
(3)不干净焊剂(刷子毛的混入)

(1)接头的研磨、切削、火焰烤、清扫
(2)150~300℃lh烘干
(3)收集焊剂时用钢丝刷

夹渣

(1)下坡焊时,焊剂流入
(2)多层焊时,在靠近坡口侧面添加焊丝
(3)引弧时产生夹渣(附加引弧板时易产生夹渣)
(4)电流过小,对于多层堆焊,渣没有完全除去
(5)焊丝直径和焊剂选择不当

(1)在焊接相反方向,母材水平放置
(2)坡口侧面和焊丝之间距离,至少要保证大于焊丝直径
(3)引弧板厚度及坡口形状,要与母材保持一样
(4)提高电流,保证焊渣充分熔化
(5)提高电流、焊接速度

未熔透(熔化不良)

(1)电流过小(过大)
(2)电压过大(过小)
(3)焊接速度过大(过小)
(4)坡口面高度不当
(5)焊丝直径和焊剂选择当

(1)焊接条件(电流、电压、焊接速度)选适当

(2)平定命适的笋口甲高度

(3)选定合适焊丝直径和焊剂的种类

缺 陷

产生原因

防 止

咬边

(1)焊接速度太快
(2)衬垫不合适
(3)电流、电压不合适
(4)电极位置不当(平角焊场合)

(1)减小焊接速度
(2)使衬垫和母材贴紧
(3)调整电流、电压为适当值
(4)调整电极位置

焊瘤

(1)电流过大
(2)焊接速度过慢
(3)电压太低

(1)降低电流
(2)加快焊接速度
(3)提高电压

余高过大

(1)电流过大
(2)电压过低
(3)焊接速度太慢
(4)采用衬垫时,所留间隙不足
(5)被焊物件没有放置水平位置

(1)降低电流
(2)提高电压
(3)提高焊接速度
(4)加大间隙
(5)被焊物件置于水平位置

余高过小

(1)电流过小
(2)电压过高
(3)焊接速度过快
(4)被焊物件未置于水平位置

(1)堤高焊接电流
(2)降低电压
(3)降枉焊接速度
(4)把被焊物件置于水平位置

余高过窄

(1)焊剂的散布宽度过窄
(2)电压过低
(3)焊接速度过快

(1)焊剂散布费度加大
(2)提高电压
(3)降低焊接速度

焊道表面不光滑

(1)焊剂的散布高度过大
(2)焊剂粒度选择不当

(1)调整散布高度
(2)选择适当电流

表面压坑

(1)在坡口面有锈、油、水垢等
(2)焊剂吸潮
(3)焊剂散布高度过大

(1)清理坡口面
(2)t50—300℃烘干1h
(3)调整焊剂堆敷高度

人字形压痕

(1)坡口面有锈、油、水垢等
(2)焊剂的吸潮(烧结型)

(1)清理坡口面
(2)150~300℃,烘干1h




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