焊縫返修焊接工藝研究與實(shí)踐

邱葭菲，王瑞權(quán)

（浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310053）

0 前言

在鍋爐壓力容器制造過程中，焊接是最主要的加工工藝方法，焊接質(zhì)量決定著鍋爐壓力容器的制造質(zhì)量。在其各類焊縫的焊接中，由于各種原因難免會(huì)存在一些超標(biāo)缺陷，這就要求通過返修加以解決。由于焊縫返修是在產(chǎn)品剛性和拘束度較大的情況下進(jìn)行，返修焊縫處通常會(huì)產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力，并且多次返修不但會(huì)造成時(shí)間、人力和財(cái)力的浪費(fèi)，更重要的是降低焊接接頭性能，降低產(chǎn)品質(zhì)量，影響安全運(yùn)行。因此在焊縫返修過程中，研究及制定正確的焊接工藝，在有限的返修次數(shù)（如《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，同一位置返修不應(yīng)超過三次）內(nèi)消除焊接缺陷以保證焊縫質(zhì)量，是鍋爐壓力容器制造中的重要問題。

1 返修焊接工藝設(shè)計(jì)[1-2]

1.1 焊接坡口

返修焊接前必須清除焊接缺陷及制備坡口，常用方法是用碳弧氣刨或手工砂輪。坡口應(yīng)盡量制成U形或圓弧底的V形，坡口尺寸在滿足方便操作的前提下應(yīng)越小越好。如缺陷屬密集性缺陷，即缺陷有多處且分布位置較近，則可將這些缺陷連接起來制備成一個(gè)深淺均勻一致的大坡口。若缺陷屬分散性缺陷，即缺陷分布較分散，則宜按各自的狀況逐個(gè)制備坡口合適。如缺陷為焊接裂紋，為防止在制備坡口及返修焊接中裂紋擴(kuò)展，還需在坡口制備前在裂紋兩端鉆上止裂孔。

1.2 焊接方法

鍋爐壓力容器焊接制造中常用的焊接方法有焊條電弧焊、CO2氣體保護(hù)焊、手工鎢極氬弧焊及埋弧焊等。不管原焊縫采用什么焊接方法，考慮到操作方便及生產(chǎn)效率，返修焊接多采用焊條電弧焊和CO2氣體保護(hù)焊。若坡口長度較長，尺寸基本一致，并可處于平焊或環(huán)焊位置時(shí)，也可采用埋弧焊方法。有時(shí)為保證根部焊縫質(zhì)量，也常用手工鎢極氬弧焊打底。

1.3 焊接材料

焊接材料因焊接方法不同而異。采用焊條電弧焊返修時(shí)，對(duì)原焊條電弧焊焊縫一般選用原焊縫焊接所用焊條。需要注意的是，若返修部位剛性大、坡口深、且材料焊接性較差，盡管原焊縫采用的是酸性焊條，此時(shí)則仍須選用同一級(jí)別的低氫堿性焊條；對(duì)原埋弧焊焊縫，一般采用與母材性能相匹配的焊條。焊條直徑不宜大，一般不宜超過4 mm，對(duì)于第一層焊縫根據(jù)返修母材（焊縫）的厚度，最好選擇直徑φ≤3.2 mm焊條。采用CO2氣體保護(hù)焊、手工鎢極氬弧焊和埋弧焊時(shí)，若返修焊接方法與原焊縫相同，一般選用與原焊縫工藝相同的焊接材料；若返修采用與原焊縫不同的焊接方法，則根據(jù)母材性能選用相應(yīng)焊接方法的焊接材料。

1.4 預(yù)熱、后熱與焊后熱處理

焊前需預(yù)熱的母材，考慮到返修焊縫剛性大、焊接殘余應(yīng)力大，其預(yù)熱溫度應(yīng)比原焊縫預(yù)熱溫度高50℃左右為宜，同時(shí)保證層間溫度不應(yīng)低于預(yù)熱。焊縫返修后，焊縫區(qū)域要進(jìn)行后熱處理，加熱溫度約為350℃，保溫1～1.5 h緩冷。對(duì)于焊后要求熱處理的焊縫應(yīng)在熱處理前返修，否則返修后應(yīng)重新進(jìn)行熱處理，其工藝與原焊縫基本相同。

2 返修焊接常見缺陷及防止

返修焊接最常見的焊接缺陷是夾渣、未熔合和氣孔。

2.1 夾渣與未熔合

返修焊縫產(chǎn)生夾渣與未熔合的原因是焊接電流過小、焊條角度不正確或運(yùn)條方法不當(dāng)。防止方法主要有兩個(gè)：一是適當(dāng)增大焊接電流，增加電弧在坡口兩側(cè)停留時(shí)間；二是根據(jù)坡口寬窄采用不同運(yùn)條方法。對(duì)于窄坡口（一般指小于或等于3倍焊條直徑），采用單道多層焊，用鋸齒形或月牙形運(yùn)條法在坡口兩側(cè)稍作停留；對(duì)于寬坡口（一般指大于3倍焊條直徑），采用多道多層焊，焊條對(duì)準(zhǔn)坡口凹槽兩側(cè)施焊，以保證兩側(cè)熔合良好。需要注意的是，不管哪種情況，都要防止焊出中間高、兩側(cè)低、有死角的焊道，良好的焊道應(yīng)是中間低、兩側(cè)稍高的凹形焊道。此外采用正確的焊條角度和合適的焊接速度，防止熔渣流到熔池前面，以及使焊條對(duì)坡口兩側(cè)熔合良好，也能有效防止返修焊縫產(chǎn)生夾渣與未熔合。

2.2 氣孔

氣孔特別是密集性氣孔是返修焊縫中最容易出現(xiàn)的缺陷，出現(xiàn)部位主要在起焊處或接頭處，主要是低氫堿性焊條引弧、熄弧方法不正確造成。因?yàn)閯傄茧娀r(shí)，電弧燃燒不穩(wěn)定，還沒有形成良好的保護(hù)氣罩，致使周圍的空氣很容易侵入熔池形成氣孔。因此嚴(yán)禁焊工在起焊處或接頭處直接引弧焊接。如果便于在返修焊縫兩端設(shè)引弧板和熄弧板，這是最好的，即在引弧板引弧，在熄弧板熄弧。如果不便于設(shè)引弧板和熄弧板，則在起焊處或接頭處往前或往后10 mm左右，在沒有焊縫的坡口內(nèi)或多層焊時(shí)的前一焊道上劃擦引弧，然后再迅速壓低電弧運(yùn)動(dòng)至起焊處或接頭處進(jìn)行焊接。熄弧時(shí)電弧在熄弧部位應(yīng)停留一段時(shí)間并填滿弧坑熄弧，或沿焊接反方向回拉一段距離熄弧。此外，對(duì)于低氫堿性焊條還要特別注意焊條烘干和短弧操作問題，返修前焊條烘干隨用隨取，焊接時(shí)壓低電弧進(jìn)行短弧焊接。采用氣體保護(hù)焊時(shí)，應(yīng)注意檢查噴嘴是否堵塞，以保證氣體暢通。

3 返修焊接的工藝評(píng)定

根據(jù)鍋爐壓力容器的安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程及相關(guān)制造標(biāo)準(zhǔn)要求，受壓元件焊縫（包括其返修焊縫）焊接時(shí)必須采用評(píng)定合格的焊接工藝焊接。因此返修焊縫的焊接工藝也應(yīng)經(jīng)過焊接工藝評(píng)定。對(duì)于返修焊縫的焊接工藝評(píng)定，目前生產(chǎn)中有兩種錯(cuò)誤做法：一是在焊好的試件上用返修方法清除部分焊縫，制備坡口，然后再完全焊好，焊后進(jìn)行各種檢測(cè)(包括外觀、力學(xué)性能、無損探傷等)，最后得出焊接工藝評(píng)定報(bào)告，認(rèn)為這就是返修焊縫的焊接工藝評(píng)定。二是照搬已評(píng)定合格的產(chǎn)品焊縫工藝評(píng)定，按其工藝直接進(jìn)行返修焊縫的返修焊接。

前者關(guān)鍵是混淆了焊接工藝評(píng)定的對(duì)象。焊接工藝評(píng)定對(duì)象是焊縫，不管是何種接頭形式，何種結(jié)構(gòu)狀態(tài)，當(dāng)產(chǎn)品缺陷清除后，若返修焊縫是對(duì)接焊縫，就要按對(duì)接焊縫對(duì)待，根據(jù)焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)接焊縫要求進(jìn)行評(píng)定。但只要返修焊縫的重要因素、補(bǔ)加因素與焊制產(chǎn)品的評(píng)定合格的焊接工藝相同，那么評(píng)定合格的焊制產(chǎn)品的焊接工藝評(píng)定就可作為返修焊縫的焊接工藝評(píng)定。

后者是沒有正確理解焊接工藝評(píng)定的目的。焊接工藝評(píng)定的目的是驗(yàn)證擬定的焊接工藝的正確性，主要考慮的是焊接接頭的力學(xué)性能是否符合要求。事實(shí)上，焊縫或焊接接頭質(zhì)量不僅與其力學(xué)性能有關(guān)，而且還與焊接應(yīng)力狀況、變形大小等密切相關(guān)。因此盡管有適用于返修焊縫的焊接工藝評(píng)定，返修焊接時(shí)還必須考慮返修焊縫的特點(diǎn)，編制返修焊縫的焊接工藝指導(dǎo)書或返修焊縫焊接工藝卡來進(jìn)行焊縫返修。

4 返修焊接工藝要點(diǎn)

（1）碳弧氣刨清除缺陷時(shí)，每次氣刨厚度應(yīng)小于3 mm，清除缺陷后，要用手砂輪打磨掉滲碳層，直至露出金屬光澤。材料焊前需預(yù)熱時(shí)，碳弧氣刨前也應(yīng)預(yù)熱，預(yù)熱溫度與焊前預(yù)熱溫度相同。

（2）控制返修焊縫的焊接熱輸入，采用小直徑焊條或焊絲、較小的焊接電流、較低的電弧電壓等小的焊接參數(shù)焊接，以降低返修部位材料塑性儲(chǔ)備的消耗。

（3）為降低或減少返修處焊接應(yīng)力與變形，可采用短段、多層多道、退焊、跳焊等工藝方法施焊，同時(shí)注意每層接頭要盡量錯(cuò)開。

（4）每焊完一道后，須徹底清渣，特別是焊道與坡口邊緣死角，注意填滿弧坑，同時(shí)用帶圓角的尖頭小錘錘擊焊縫，使返修焊縫產(chǎn)生塑性變形以松弛應(yīng)力。

（5）焊后修磨返修焊縫，使其與原焊縫寬窄、高低一致，并與母材圓滑過渡。

5 結(jié)論

（1）焊縫返修焊接工藝設(shè)計(jì)包括坡口制備、焊接方法確定、焊接材料選擇和預(yù)熱、后熱及焊后熱處理工藝制定等。實(shí)踐證明，只要正確設(shè)計(jì)焊縫返修焊接工藝，并按其進(jìn)行焊縫返修，就能提高焊縫返修合格率，保證返修焊縫質(zhì)量。多年來，根據(jù)研究與設(shè)計(jì)的焊接工藝進(jìn)行焊縫返修，一次返修合格率達(dá)100%。

（2）返修焊接最常見的焊接缺陷是夾渣、未熔合和氣孔。產(chǎn)生夾渣與未熔合的原因是焊接電流過小、焊條角度不正確或運(yùn)條方法不當(dāng)所致，可采用適當(dāng)增大焊接電流，增加電弧在坡口兩側(cè)停留時(shí)間及根據(jù)坡口寬窄采用不同運(yùn)條方法加以解決。在起焊處或接頭處出現(xiàn)氣孔特別是密集性氣孔主要是低氫堿性焊條引弧、熄弧方法不正確造成，可采用正確的引弧、熄弧方法防止。

（3）鍋爐壓力容器返修焊縫焊接前必須進(jìn)行工藝評(píng)定，但只要返修焊縫的重要因素、補(bǔ)加因素與焊制產(chǎn)品的評(píng)定合格的焊接工藝相同，那么評(píng)定合格的焊制產(chǎn)品的焊接工藝評(píng)定就可作為返修焊縫的焊接工藝評(píng)定。但必須考慮返修焊縫的特點(diǎn)，編制返修焊縫的焊接工藝指導(dǎo)書或返修焊縫焊接工藝來進(jìn)行焊縫返修。

[1]邱葭菲，李慧湘.空氣錘缸體裂紋電弧冷焊修復(fù)工藝設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].焊接技術(shù)，2011，40（1）：68-70.

[2]邱葭菲.鍋爐壓力容器焊接質(zhì)量控制[J].電焊機(jī)，2004，34（5）：1-5.