焊接中容易忽略的要素

孫永瑩，王磊，陳金鈺，陳強(qiáng)，張樹(shù)強(qiáng)

(海洋石油工程股份有限公司天津建造公司，天津 300452)

0 引言

在我國(guó)社會(huì)和工業(yè)化不斷發(fā)展中，各型設(shè)備的制造以及基礎(chǔ)建設(shè)工程都離不開(kāi)金屬構(gòu)件和材料的焊接。焊接點(diǎn)質(zhì)量狀態(tài)直接關(guān)系到設(shè)備、工程質(zhì)量的高低，甚至關(guān)系到人民的生命安全。由于施工的獨(dú)特性，多數(shù)焊接工程仍然采用人工操作的方式，焊接質(zhì)量在一定程度上取決于施工者的技術(shù)和技能，以及當(dāng)時(shí)的身體和精神狀態(tài)。良好的焊接質(zhì)量可以保證整個(gè)設(shè)備和工程結(jié)構(gòu)的安全。但如果由于施工者個(gè)人因素在焊接中出現(xiàn)問(wèn)題，輕則：可能會(huì)漏水，漏氣，使得局部變形。重則，焊縫全部撕裂無(wú)法承受整體應(yīng)力，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)部件失效，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致重大事故。因此焊接的重要性不可言喻。因此，認(rèn)真分析在焊接中容易忽略的要素，提高焊接技能，是確保焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。

1 焊接要素與焊接質(zhì)量的關(guān)系

焊工在焊接時(shí)，有不同的焊接習(xí)慣，與不同的對(duì)焊接的認(rèn)識(shí)。導(dǎo)致焊出來(lái)的焊縫有很大的區(qū)別，有的焊工焊接完成后，焊縫成型外觀非常糟糕，各種缺陷盡有，焊接飛濺，焊后咬邊，表面焊瘤，焊接未熔，焊縫夾渣，甚至出現(xiàn)焊接裂紋，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)幾種缺陷同時(shí)存在。嚴(yán)重影響了焊縫受力的能力。檢驗(yàn)中這些都是可以通過(guò)外觀檢驗(yàn)看到，或用無(wú)損探傷的方法發(fā)現(xiàn)。但有的時(shí)候這兩種方法卻發(fā)現(xiàn)不了。比如有的焊工焊接完成后，焊縫表面很規(guī)則，無(wú)任何缺陷，無(wú)損探傷也顯示焊縫內(nèi)部沒(méi)有問(wèn)題，但受力時(shí)依然達(dá)不到預(yù)計(jì)的要求，補(bǔ)充的理化試驗(yàn)也達(dá)不到實(shí)際要求。這是為何？其實(shí)就是焊工在焊接中，自身對(duì)焊接要素，焊接參數(shù)認(rèn)識(shí)的不同所造成的。因?yàn)楹腹ぴ诤附訒r(shí)，并沒(méi)有按照焊接工藝和焊接工程師推薦的參數(shù)要求進(jìn)行焊接。而是憑著以往的經(jīng)驗(yàn)采用一種表面上感覺(jué)省時(shí)省力的方法，大電流，大電壓，加快焊接速度，焊接擺寬過(guò)大等方法來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際焊接。焊接過(guò)程中雖然可以用其參數(shù)配合著以往經(jīng)驗(yàn)的焊接手法，雖然也能夠焊出沒(méi)有缺陷的焊縫。但是焊接過(guò)程中產(chǎn)生了較高的熱輸入，使得焊縫內(nèi)部晶體在結(jié)晶過(guò)程中向著不理想的方向而變化，產(chǎn)生了不利于受力的形態(tài)，晶體粗、大。結(jié)構(gòu)件變脆，焊縫的韌性變差了，當(dāng)遇到動(dòng)載荷，或周期循環(huán)載荷的時(shí)候，就不能達(dá)到預(yù)期的要求了。

2 焊接中焊接要素的分類(lèi)

從上所屬，焊工在實(shí)際焊接過(guò)程中正確的焊接習(xí)慣，與正確的焊接認(rèn)識(shí)對(duì)于焊接異常重要，下面就從焊接相關(guān)的要素中，逐步分析說(shuō)明。

2.1 焊接焊前結(jié)構(gòu)件預(yù)加熱

焊接在施焊前，對(duì)焊接母材的加熱非常重要，尤其對(duì)于比較冷的地方，或者冬天施工時(shí)。或者對(duì)于高強(qiáng)鋼，如628 MPa強(qiáng)度以上的結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接時(shí)更需要注意。由于焊接的目的是連接結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的過(guò)程。母材與母材之間通過(guò)焊縫融敷金屬，融化，結(jié)晶，凝固而形成。在此過(guò)程，焊縫中如果晶體的結(jié)晶速度過(guò)快，就會(huì)產(chǎn)生晶體體積較大的情況，因此凝固速度過(guò)快，冷凝成型后會(huì)極大的影響焊縫的機(jī)械性能，冷卻越快，影響越大。從而導(dǎo)致焊縫韌性差，結(jié)構(gòu)脆，再正式投入使用中，非常容易受到應(yīng)力的影響從而產(chǎn)生冷裂紋。因此在焊接中，焊工一定要重視起來(lái)預(yù)加熱的重要性，不但在焊接區(qū)域，而且附近的母材也需要加熱，來(lái)保證有足夠?qū)捙c足夠厚的結(jié)構(gòu)上的溫度，不能低于焊接工藝的要求，來(lái)緩解降低冷卻速度。

2.2 焊接時(shí)使用焊材的選擇，及保護(hù)氣體的選擇

焊接時(shí)焊接位置的不同，對(duì)選擇不同的焊接材料，異常重要，比如說(shuō)，間隙過(guò)大或過(guò)小時(shí)，選擇不同的焊接方法就有不同的效果，如間隙小時(shí)，選擇焊絲或者選擇直徑較小的焊條焊接時(shí)，會(huì)起到更好的焊接效果，高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)焊接時(shí)，低氫焊條，低氫焊絲便是其最優(yōu)的首選，強(qiáng)過(guò)其他的焊材，更能達(dá)到預(yù)先的要求。而且經(jīng)常會(huì)在實(shí)際生產(chǎn)中，用其他焊材來(lái)代替，遇到這種情況，盡量要用強(qiáng)度高于母材的焊材，以高代低，而盡量避免出現(xiàn)以低代高這種情況的發(fā)生。另外在焊接中，也一定要注意熔池的保護(hù)需要所用的保護(hù)氣體，保護(hù)氣體的選擇非常重要，有不同的氣體，同時(shí)也有不同的配比，一點(diǎn)也馬虎不得。保護(hù)氣體中如二氧化碳，氮?dú)?，混合氣體等，不同焊材所配合的不同氣體一定不能搞錯(cuò)，不然就會(huì)對(duì)焊接產(chǎn)生不利的影響，從而影響到結(jié)構(gòu)件的受力性能。

2.3 焊接時(shí)焊縫層與層之間溫度的控制

焊接過(guò)程中，其實(shí)就是熔池的一個(gè)變化過(guò)程，從融敷金屬的融化，金屬內(nèi)容逐漸的結(jié)晶，焊道最后的冷卻。所以對(duì)其過(guò)程溫度的要求，其實(shí)是非常嚴(yán)格的。如果不能控制好層間的溫度，其焊縫金屬內(nèi)金象的變化就會(huì)偏向于馬氏體，大家都知道，從焊接的金象角度，如果焊縫從正常形態(tài)偏向于馬氏體后，會(huì)使其性能降低，增加強(qiáng)度，增加硬度，但焊縫的韌性會(huì)隨著強(qiáng)度，硬度的增加而降低。韌性差會(huì)導(dǎo)致焊縫在受力時(shí)，更容易產(chǎn)生焊后裂紋，極大的危害結(jié)構(gòu)接頭的性能，得不到應(yīng)有的機(jī)械屬性的要求。

2.4 焊接過(guò)程中焊接參數(shù)，如電流，電壓的選擇與運(yùn)用

焊接中焊工往往根據(jù)自己的習(xí)慣與喜好，選擇自己認(rèn)為合適的電流與電壓，配合自己的焊接手法進(jìn)行焊接，殊不知不按照工藝和焊接工程師推薦的參數(shù)焊接，會(huì)產(chǎn)生不可控的情況。因?yàn)楹附庸こ處熢诮o出推薦參數(shù)時(shí)，是做過(guò)機(jī)械實(shí)驗(yàn)的。其拉伸的強(qiáng)度，彎曲的強(qiáng)度，沖擊的強(qiáng)度是滿足焊接結(jié)構(gòu)受力需要的，如果隨心所欲的調(diào)整參數(shù)，過(guò)大的話，即使外觀，無(wú)損沒(méi)有問(wèn)題。在受力時(shí)也會(huì)達(dá)不到預(yù)期的要求。

因?yàn)楹附訒r(shí)過(guò)大的電流，電壓，第一會(huì)增加焊接的難度，上下兩層焊縫，熔合時(shí)，如果參數(shù)不合適的話，極容易產(chǎn)生焊接缺陷，如焊接未融合，焊接過(guò)程中的夾渣，冷凝過(guò)程中氣孔，產(chǎn)生的后果很大程度都是大參數(shù)造成的。第二焊接中過(guò)大的電流，電壓，會(huì)使得被焊接件更容易磁化，產(chǎn)生較大的磁場(chǎng)，同樣也會(huì)影響到焊接的融合，更容易產(chǎn)生焊接缺陷。第三，焊接中運(yùn)用過(guò)大參數(shù)的焊接，會(huì)使得焊縫蓋面時(shí)形成嚴(yán)重影響焊縫表面的成型，如焊接所產(chǎn)生的焊瘤，焊縫與母材融合線位置而產(chǎn)生的咬邊，都是大參數(shù)焊接所帶來(lái)的危害。結(jié)構(gòu)件在受力時(shí)，不同的缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)的受力影響是不同的，缺陷分為線性缺陷和面型缺陷。按照危害程度以此類(lèi)推線性要大于面型?？梢苑譃榱鸭y，未熔，咬邊，氣孔，焊瘤等。因此大參數(shù)焊接后，所產(chǎn)生的焊接缺陷及表面缺陷，會(huì)極大的危害焊縫所能承受的能力，降低的其安全系數(shù)。

2.5 焊接的擺動(dòng)寬度，及焊接速度的應(yīng)用與控制

焊工在焊接過(guò)程中，為了達(dá)到快速的完成焊縫，經(jīng)常會(huì)運(yùn)用大擺寬的焊接手法，來(lái)進(jìn)行焊接填充，偶爾也會(huì)運(yùn)用到焊縫蓋面。這樣雖然從表明上提高的焊接速度，但從根源上破壞了焊縫內(nèi)部，和成型時(shí)焊縫的整體性能。一般來(lái)說(shuō)焊條手把焊控制在2～3倍焊條直徑，焊絲控制在17～18 mm，單道埋弧焊控制在25 mm，如果較大的超過(guò)規(guī)定寬度，會(huì)使得焊縫成型后，強(qiáng)度硬度增加，因?yàn)閺?qiáng)度硬度與韌性成反比，所以導(dǎo)致焊縫承受結(jié)構(gòu)傳遞的應(yīng)力時(shí)，不能更好的承受，容易產(chǎn)生裂紋等較嚴(yán)重的缺陷，同時(shí)焊接時(shí)，如果只考慮快速完成的話，不計(jì)后果的加快焊接速度，同樣會(huì)給焊縫帶來(lái)不能達(dá)到預(yù)計(jì)的焊接效果。比如焊絲氣體保護(hù)焊，焊接速度過(guò)快，如超過(guò)了工藝的要求建議范圍，焊接的同時(shí)，電流也會(huì)隨之不斷的增加，帶來(lái)的后果，就是熱出入的增加，如此大的熱輸入會(huì)嚴(yán)重影響成型后焊縫的機(jī)械性能，導(dǎo)致不能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，以后再實(shí)際受力中，很有可能會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)見(jiàn)得后果。

2.6 焊層間不同焊接方法的配合與搭配

結(jié)構(gòu)接頭形式多樣，如對(duì)接接頭、角接接頭、搭接接頭、T型接頭、端接接頭；坡口形式也比較多樣，如：V型坡口、J型坡口、X型坡口。單面焊接，雙面焊接等，經(jīng)?？梢杂龅酱祟?lèi)情況，比如遇到單面焊雙面成型的這種焊縫，因?yàn)闊o(wú)法進(jìn)行背面清根，實(shí)際上經(jīng)常使用焊條手把焊進(jìn)行焊接，如這種自保類(lèi)方法焊接。同時(shí)考慮到焊接成本，焊接速度，工期的要求，可以使用焊絲氣體保護(hù)焊，進(jìn)行填充，或埋弧焊進(jìn)行填充，不但可以有效的保證根部熔透，還可以保證焊接速度。不建議使用焊絲氣體保護(hù)焊焊接進(jìn)行打底，因?yàn)楹附z氣體保護(hù)焊過(guò)于依賴額外提供的保護(hù)氣體，在實(shí)際焊接中，焊縫根部的背面熔池得不到有效保護(hù)氣體的保護(hù)，容易混入空氣等，因此容易產(chǎn)生更多的焊接缺陷。另外現(xiàn)場(chǎng)的焊前組裝情況有不同的差異。例如由于根部間隙的不同，根部頓邊的不同，所以選擇不同的焊接方法，也有很多的差別。因此在選擇上一定要根據(jù)實(shí)際情況的不同，而選擇更適合的焊接方法，不同焊接方法的有效而合理的搭配，更能起到理想的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

目前所涉及的焊接方法眾多，焊接要求也不盡相同，我們?nèi)绻氲竭_(dá)到理想的焊接效果，一定不能忽略焊接要素的重要性，因?yàn)樵趯?shí)際焊接中，每一項(xiàng)焊接要素哪怕是細(xì)微的變形與改變，都會(huì)對(duì)最終的焊縫性能產(chǎn)生重要的影響。所以在焊接過(guò)程中，一定要對(duì)其重視起來(lái)，只有做到每一步都嚴(yán)格要求，才能達(dá)到預(yù)期的效果，只有如此，才能更好的滿足結(jié)構(gòu)的需要。