埋弧焊主要缺陷及防止措施

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發(fā)表時間：2021-08-23 13:12

埋弧焊時可能產(chǎn)生的主要缺陷，除了由于所用焊接工藝參數(shù)不當(dāng)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(jié)主要敘述氣孔、裂紋、夾渣這幾種缺陷的產(chǎn)生原因及其防止措施。

1.氣孔

埋弧焊焊縫產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)廠家規(guī)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(chǎn)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(huán)縫時，特別是小直徑的環(huán)縫，容易出現(xiàn)這種現(xiàn)象，應(yīng)采取適當(dāng)措施，防止焊劑散落。

③ 熔渣粘度過大焊接時溶入高溫液態(tài)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(diào)整焊劑的化學(xué)成分，改變?nèi)墼恼扯燃纯山鉀Q。

④ 電弧磁偏吹焊接時經(jīng)常發(fā)生電弧磁偏吹現(xiàn)象，特別是在用直流電焊接時更為嚴(yán)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(lián)接位置：電纜接線處接觸不良、部分焊接電纜環(huán)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(jīng)常發(fā)生，因此這段焊縫氣孔也較多。為了減少磁偏吹的影響，應(yīng)盡可能采用交流電源；工件上焊接電纜的聯(lián)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(chǎn)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(chǎn)生大量氣體，促使氣孔生成，焊接之前應(yīng)予清除。

2.裂紋

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

① 結(jié)晶裂紋鋼材焊接時，焊縫中的S 、P等雜質(zhì)在結(jié)晶過程中形成低熔點共晶。隨著結(jié)晶過程的進行，它們逐漸被排擠在晶界，形成了“液態(tài)薄膜”。焊縫凝固過程中，由于收縮作用，焊縫金屬受拉應(yīng)力，“液態(tài)薄膜”，不能承受拉應(yīng)力而形成裂紋?？梢姰a(chǎn)生“液態(tài)薄膜”和焊縫的拉應(yīng)力是形成結(jié)晶裂紋的兩方面原因。

鋼材的化學(xué)成分對結(jié)晶裂紋的形成有重要影響。硫?qū)π纬山Y(jié)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(guān)，如Mn與S結(jié)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(tài)及其分布等。因此，為了防止產(chǎn)生結(jié)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(jié)晶裂紋，還與含碳量有關(guān)。

圖 1 表示C、Mn、S含量與焊縫裂紋傾向的關(guān)系。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。

圖 1 Mn 、C、S同時存在對結(jié)晶裂紋的影響

埋弧焊焊縫的熔合比通常都較大，因而母材金屬的雜質(zhì)含量對結(jié)晶裂紋傾向有很大關(guān)系。母材雜質(zhì)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(diào)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(jié)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(jié)晶面，“液薄膜”將在焊縫中心形成，有利于結(jié)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(jié)晶特點也不同，對產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的影響也不同。圖 2 表示不同形式接頭對結(jié)晶裂紋的影響，圖2a、b兩種接頭抗裂性較高，圖2c、d 、e 、f幾種接頭抗裂性較差。

圖2 接頭形式對結(jié)晶裂紋的影響

② 氫致裂紋這種裂紋較多的發(fā)生在低合金鋼、中合金鋼和高碳鋼的焊接熱影．響區(qū)中這可能在焊后立即出現(xiàn)，也可能在焊后幾時、幾天、甚至更長時間才出現(xiàn)。這種焊后若干時間才出現(xiàn)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(jié)果。

在焊接厚度 10mm 以下的工件時，一般很少發(fā)現(xiàn)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(chǎn)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(qū)擴散。當(dāng)熱影響區(qū)的某些區(qū)域氫濃度很高而溫度繼續(xù)下降時，一些氫原子開始結(jié)合成氫分子，在金屬內(nèi)部造成很大的局部應(yīng)力，在接頭拘束應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋。焊接某些超高強度鋼時，這種裂紋也會出現(xiàn)在焊縫金屬中。

針對氫致裂紋產(chǎn)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(yán)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(yīng)把氫結(jié)合成不溶于液態(tài)金屬的化合物，如高 Mn 高 Si 焊劑可以把 H 結(jié)合成 HF 和 OH 兩種穩(wěn)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(shù)，降低鋼材的淬硬程度并有利于氫的逸出和改善應(yīng)力狀態(tài)，必要時可采用預(yù)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(yīng)力，另一方面使已產(chǎn)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(qū)的延性。

d.改善接頭設(shè)計，降低焊接接，頭的拘束應(yīng)力在焊接接頭設(shè)計上，應(yīng)盡可能消除引起應(yīng)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(yīng)盡量減少填充金屬的用量。

埋弧焊時，焊接熱影響區(qū)除了可能產(chǎn)生氫致裂紋外，還可能產(chǎn)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(guān)外，還與工件的裝配情況和焊接工藝有關(guān)。對接焊縫裝配不良時，易在焊縫底層產(chǎn)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(dāng)它與坡口上緣熔合時，脫渣容易，如圖 3a 所示；

而當(dāng)焊縫不能與坡口邊緣充分熔合時，脫渣困難，如圖 3b 所示。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??；而有較多的大焊道組成的焊縫，夾渣的可能性大。圖4 為這兩種焊縫對夾渣的影響。