蜗壳焊接常见缺陷及其防止措施

　　中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装分公司，云南昆明 650032　　摘 要 本文结合功果桥电站蜗壳安装焊接过程中出现的焊接缺陷及工程实际，从蜗壳焊接缺陷的具体表现，产生的机理、缺陷的防治等进行分析总结，以供其它电站在蜗壳焊接过程中预防焊接缺陷产生提供参考。　　关键词 焊接缺陷；治措施；气孔；夹渣；未熔合；裂纹　　中图分类号TG441 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）70-0135-03　　1 蜗壳焊接缺陷的具体表现和防治措施　　1.1 蜗壳焊接的形状缺陷　　蜗壳焊接中最直观的缺陷就是形状缺陷。　　形状缺陷主要包括：焊缝成型差、焊缝余高不合格、焊缝宽窄不合格、错口、弧坑。　　1.1.1 蜗壳焊接形状缺陷主要表现　　焊缝成型差表现为焊缝波纹粗，焊缝不均匀，焊缝和母材不圆滑过渡，焊缝高低不平等。焊缝余高过大。在静载下余高有一定的加强作用，也叫做加强高。但在动载或交变在和作用下，它非但不起加强作用，反而因焊趾处应力集中易于脆断，手工电弧焊余高为0mm~3mm，但由于蜗壳对过流面的要求较高一般要求余高不大于2mm；局部出现负余高，余高差过大，角焊缝高度不够或焊角尺寸过大。　　图1 焊缝宽窄不合格　　焊缝宽窄不合格表现为焊缝宽窄不匀称，宽窄差大于3mm（焊缝必须盖过坡口每边2mm~3mm，并平缓过渡）。如图1。错口主要变现为焊缝两边母材不在同一平面上，错口量大于母材厚度10%或大于3mm。弧坑主要表现为焊接收弧过程中形成表面凹坑，并伴随有表面气孔和夹渣。　　1.1.2 蜗壳焊接产生形状缺陷的机理　　产生焊接成型差和焊缝余高不合格的原因是破口开设不当，装配间隙不均匀，电流过大或过小，焊接速度过大或过小，焊条摆动幅度过大或过小，焊条施焊角度选择不当，适当选择焊接电流和焊接电压，焊缝宽窄不合格除了以上原因还有可能是因为焊接位置困难，妨碍焊工人员施焊。错口产生的原因是因为焊缝两边母材对口不合格要求，焊工在对口不合适的情况下点固和焊接。弧坑产生是因为焊接熔池不饱满收弧，停焊。焊工对收弧情况判断不够，停弧时间把握不准。　　1.1.3 蜗壳焊接形状缺陷的防止　　在蜗壳焊接中消除形状缺陷可以采取以下办法：首先焊工必须熟悉图纸要求，保证焊缝表面干净无油污等。其次焊工根据焊接位置和焊缝分类不同采取不同的操作技能要求，选择合适的电流参数和施焊角度。第三焊工还要提高怎任心，熟悉焊接场地。对口过程中使用必要的测量工具（要求坡口间隙为2mm~4mm）。对对口不合要求的不能点焊。最后对已经形成的弧坑进行打磨补焊处理。电流和电压也对焊缝形状有大的影响。特别注意电流对焊缝厚度，余高的影响；电压对焊缝宽度的影响。为得到好的焊缝形状，即得到符合要求的焊缝成形系数，这两个是相互制约的，即一定的焊接电流要配合一定的电压，不应该将一个参数在大范围内任意变动。如图2所示。　　B焊缝宽度 H焊缝厚度 h焊缝余高　　图2 电弧电压对焊缝形状的影响 ，焊缝形状和焊接速度的关系　　其次是焊接速度的影响，焊接速度增大，输入线能量减小，焊接速度和焊缝形状关系。　　1.2 蜗壳焊接的气孔缺陷　　在蜗壳焊接中出现的最多的缺陷就是气孔，最致命的就是氢气孔。气孔分表面和内部气孔，内部气孔对焊接质量影响最大，现在以内部气孔来说明蜗壳焊接的气孔缺陷。除了使氢顺利逸出外，主要是减少产生氢气的量。氢气的来源主要是焊条水分和焊缝表面的水分、油污等杂质，这些物质在电弧高温下分解出氢，氢溶解到金属熔池里面。当焊接环境湿度大于70%时，焊缝的氢量会明显增加，此时应加大预热温度。焊条必须加热，随取随用。焊接时，用远红外测温抢测温，控制焊接线能量。　　1.2.1 蜗壳焊缝气孔缺陷的表现　　其形状是沿焊缝柱状晶结晶方向的柱状气孔。　　图3打底焊缝表层柱状气孔　　打底焊层中内部和外部的柱状气孔形状也有所不同，气孔是沿柱状晶的晶界线分布的。为了不让焊缝热影响区晶粒尺寸受热而增大，形成柱状晶，影响焊缝韧性，焊接线能量控制在20KJ/cm~25KJ/cm。如图3。　　柱状气孔绝大部分有成人字形排布的特征而且这种柱状气孔有时还会与夹渣混合在一起，如图 4。　　图4 气孔与夹渣混合　　这些气孔严重影响着蜗壳焊接质量。当X射线检测出焊缝中的柱状气孔时，只能用炭弧气刨刨去气孔缺陷，再进行补焊来解决。这种缺陷靠工艺是无法解决的。为什么会出现这两种气孔那？这主要是因为蜗壳采用的是B610CF钢，含碳量很高，而Si ，Mn等脱氧元素几乎没有，碳元素经过高温反应而产生CO，水经焊接高温产生H2。　　1.2.2 蜗壳焊缝中气孔的防止　　现在怎样防止这种缺陷就很明了了。在焊接前对破口及破口两边至少50mm的边缘进行打磨，完全清楚破口内外的油污、油漆、氧化皮、水分等杂质，使其符合焊接要求。而且焊接的焊条（CHE62CFLH）必须按要求进行烘焙350℃、1小时~2小时，焊接过程中进行保温（100℃~150℃），确保没有超标的水分。还有焊接过程中严格控制焊层温度（不超过200℃）。这样不但可以减少气孔的产生，也可以减少如图7所示的气孔与夹渣同时出现。　　1.3 蜗壳焊接的夹渣缺陷　　在蜗壳焊接中仅次于气孔缺陷的是夹渣。焊后残留在焊缝中的熔渣称为夹渣。夹杂对焊缝的性能影响比较大。因夹杂多数呈不规则状，会降低焊缝的塑性和韧性，其尖角会引起很大的应力集中，尖角顶点常导致裂纹产生。　　1.3.1 蜗壳焊缝中夹渣的产生和表现　　蜗壳焊接夹渣缺陷的产生主要有两方面的原因，母材和焊接材料的原因和焊接工艺原因。　　蜗壳母材和焊接材料的纯度对夹渣的影响表现为：针形氧化物和硫磷化物，这些夹渣会使焊缝金属变脆，降低力学性能。这是因为蜗壳焊接是在没有保护气的情况下的强氧化气氛中焊接，由于焊接化学冶金系统的不平衡性，使焊接过程中脱氧不足或不完全造成。这种氧化夹杂物主要分布在焊缝柱状晶晶内也有分布在晶界的，由于氧化夹杂物的熔点比铁的低，所以在焊缝冷却过程中聚合成球状，形成球状氧化物。如图5。