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埋弧焊的缺陷與防止(一)
發布時間:2010-5-9      濟南市金材焊接材料有限公司
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。
1.1 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。
1.2 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??梢姰a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。 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,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??梢酝ㄟ^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。
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