淺談焊接中工藝因素對(duì)焊縫的影響

張金濤　賈林虎　李永華

【摘要】焊縫中存在氣孔，會(huì)削弱焊縫的有效工作截面，因此降低了焊縫的力學(xué)性能，使焊縫金屬的塑性，特別是彎曲和沖擊韌性降低更多，氣孔嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使金屬結(jié)構(gòu)在工作時(shí)遭到破壞。本文分析了焊接過(guò)程中焊縫中產(chǎn)生氣孔的形成機(jī)理，敘述了防止氣孔的措施。

【關(guān)鍵詞】焊接氣孔；焊接工藝因素

采油隊(duì)經(jīng)常出現(xiàn)油、水井管線滲漏現(xiàn)象，而且漏點(diǎn)大多數(shù)出現(xiàn)在焊縫處。此種原因主要是由焊接氣孔造成的，因而對(duì)提高管線焊接質(zhì)量要求日益迫切。

1.氣孔在焊接中的分布規(guī)律

焊縫金屬中具有一定形狀的空洞型缺陷，叫氣孔。

1.1產(chǎn)生的部位及特征

氣孔最常見的缺陷，根據(jù)形狀有圓球形、條形、針形；根據(jù)特征分有單個(gè)氣孔、連續(xù)氣孔和密集氣孔；根據(jù)存在部位分有表面氣孔和單個(gè)氣孔。

氣孔減小了焊縫的有效截面，降低焊縫的機(jī)械性能，貫穿狀氣孔還破壞了焊縫的致密性。形成氣孔的主要?dú)怏w是氫氣、一氧化碳和氮?dú)獾?。在焊接中，用鈦鈣型焊條施焊的焊縫，主要呈喇叭口型，常穿透焊縫表面，后者呈蜂窩狀。

1.2它們的分布規(guī)律是：

1.2.1第一層焊縫比其他各層焊縫氣孔多。

1.2.2平焊焊縫比其他位置焊縫的氣孔多。

1.2.3管道焊接的上部焊縫比下部焊縫氣孔多。

1.2.4管道焊接的第一層焊縫比其他位置的第一層焊縫氣孔多。

1.2.5斷弧焊比連續(xù)焊氣孔多。

1.2.6長(zhǎng)弧焊比短弧焊氣孔多。

2.工藝因素對(duì)焊縫產(chǎn)生氣孔的影響

焊接過(guò)程中，焊縫金屬吸收了過(guò)多的氣體。冷卻時(shí)，氣體在金屬中溶解度下降，集聚形成氣泡，由于受到焊縫金屬結(jié)晶的阻礙，氣泡無(wú)法上浮和逸出，殘留在焊縫中形成氣孔。

2.1客觀因素的影響

2.1.1一般來(lái)說(shuō)，第一層焊縫熔敷金屬有正反兩個(gè)表面，熔渣覆蓋兩個(gè)表面，減少了覆蓋厚度，外界空氣容易侵入熔池。

2.1.2平焊時(shí)，冷空氣從熔池底部侵入，由熔池頂部逸出，但因熔池頂部受到電弧氣氛的壓力，使熔池內(nèi)的氣體逸出受到阻礙，而殘留在焊縫中。

2.1.3小口徑管道焊接時(shí)，由于管內(nèi)空氣不流通，管內(nèi)氣壓升高，使熔池金屬的氣體溶解度增加。

2.2電源極性的影響

電源極性對(duì)產(chǎn)生氫氣孔有一定影響，一般認(rèn)為氫是以質(zhì)子的形式溶解在液體金屬中，在形成質(zhì)子時(shí)，從原子中釋放出一個(gè)電子：H→[H﹢]+e 直接反接，工件為負(fù)極，熔池表面電子過(guò)剩，不利于發(fā)生上述反應(yīng)。阻止氫離解成質(zhì)子。而且使用低氫型焊條時(shí)，從氟化鈣中分解出來(lái)的氟是在陰極表面奪取氫離子的，所以反接法能有效地避免氫氣孔。

2.3電流強(qiáng)度的影響

為了弄清電流大小對(duì)產(chǎn)生氣孔的影響，做了如下焊接實(shí)驗(yàn)：

割取250*250*10的A3鋼板31塊，拼成30條平焊對(duì)接焊縫，開V型坡口。分別選用3.2結(jié)422和結(jié)506焊條。結(jié)506焊條經(jīng)400℃烘焙2小時(shí)，用直流反接。結(jié)422焊條經(jīng)200℃烘焙2小時(shí)，用交流電源。焊接電流分別為80、90、100、120安。每種焊條每擋電流各焊3條焊縫。采用斷弧焊單面焊雙面成型工藝。然后進(jìn)行斷面檢查。檢查結(jié)果，結(jié)422焊條只在120安電流的焊縫發(fā)現(xiàn)表面氣孔，是由于電焊條尾部發(fā)紅引起的。而結(jié)506焊條的焊縫只有92安和100安二擋電流的焊縫沒(méi)有發(fā)現(xiàn)氣孔。從實(shí)驗(yàn)中可見，增大電流熔池存在時(shí)間沒(méi)有明顯延長(zhǎng)，相反增加了熔池面積和鐵水飛濺，而且由于電弧吹力增大，使熔渣滯后，不能有效的保護(hù)熔池。各種直徑焊條常用焊接電流如表1。

3.操作工藝的影響

3.1根據(jù)觀察，熔池中的氣體是從熔池后半部逸出的，用酸性焊條焊接時(shí)，由于冶金反應(yīng)在熔池中產(chǎn)生大量氣體，如果采用畫圈法運(yùn)條，則整個(gè)熔池都受到電弧的壓力，氣體不易逸出，易產(chǎn)生氣孔。

3.2沒(méi)嚴(yán)格按照要求烘干焊條和清理破口鐵銹，鐵銹是金屬腐蝕以后的產(chǎn)物，其化學(xué)成分可表達(dá)為Fe2O3·H2O?？梢钥闯?，鐵銹中含有多量Fe2O3和結(jié)晶水，因此，對(duì)熔池金屬一方面有氧化作用，另一方面又分析出大量的氧。

加熱時(shí)，鐵銹將進(jìn)行下列反應(yīng)：3Fe2O3=2Fe3O4+O

Fe3O4+H2O=3Fe2O3+H2

Fe+H2O=FeO+H2

由于增加氧化作用，在結(jié)晶時(shí)就會(huì)促使生成一氧化碳?xì)饪住?/p>

鐵銹中的結(jié)晶水在高溫分解出氫氣，溶入熔池金屬后，增加了生產(chǎn)氫氣孔的傾向。

3.3焊接電弧過(guò)長(zhǎng)、收弧位置不適當(dāng)、焊件清理不干凈、焊條受潮等，增大了氣孔侵入機(jī)會(huì)而產(chǎn)生氣孔，焊接電弧間隙極小，應(yīng)以只有3-4mm距離的短弧焊進(jìn)行焊接。

3.4焊接電流過(guò)小，焊接速度過(guò)快，影響氣體從熔池中逸出，也容易產(chǎn)生氣孔。

3.5用低氫型焊條焊接時(shí)，如果熄弧速度過(guò)慢，外界空氣很容易侵入熔池，使接頭處產(chǎn)生蜂窩狀氮?dú)饪住?/p>

4.防止氣孔產(chǎn)生應(yīng)采取的幾項(xiàng)措施

4.1對(duì)于低氫型焊條，由于熔渣較稀，電弧吹力很容易使熔渣滯后，影響熔池的保護(hù)效果，易用小電流短電弧小幅度擺動(dòng)的焊接法。

4.2低氫型焊條短弧焊時(shí)，必須使熔池前端始終保持有米粒大一點(diǎn)的熔渣，這說(shuō)明熔池底部完全被熔渣覆蓋，可防止外界空氣由底部侵入，并且因熔渣較稀，不會(huì)產(chǎn)生夾渣和影響焊縫透度。

4.3使用低氫型焊條往往容易在焊縫接頭處出現(xiàn)氣孔，焊縫接頭時(shí)，應(yīng)在焊縫的前進(jìn)方向距離弧坑9-10mm處開始引弧，電弧燃燒后，先作反向運(yùn)條，返回弧坑位置，做充分溶化，在前進(jìn)，或是在焊縫處引弧就可以避免氣孔的產(chǎn)生。

4.4用鈦鈣型焊條焊接時(shí)，電弧不宜太短，切忌用畫圈法運(yùn)條，熄弧時(shí)，應(yīng)將電弧引到坡口邊緣，同時(shí)不宜一次拉斷電弧，而應(yīng)連續(xù)拉2-3次弧，以利熔池內(nèi)的氣體充分逸出。

4.5因低氫型焊條還原性強(qiáng)，熔池在進(jìn)行冶金反應(yīng)時(shí)，不易產(chǎn)生氣體，所以熄弧時(shí)，應(yīng)迅速拉斷電源，使液態(tài)熔渣在熔池的表面張力作用下，快速覆蓋熔池，阻止外界空氣侵入。

綜上述分析了焊接中工藝因素對(duì)焊縫產(chǎn)生氣孔的原因，并采取了一些對(duì)應(yīng)的措施，收到的效果較好，保證了焊接質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司人事服務(wù)中心.職業(yè)技能培訓(xùn)教程——電焊工.中國(guó)石油大學(xué)出版社，2007