锅炉压力容器焊工实际操作技能考试中出现的焊接缺陷分析

第6卷第3期 压力容器 85 乡卿卿卿中卿必心今必卿卿性 霉 压力容器焊接园地 霉 补向向巾南向命向今向巾向描 锅炉压力容器焊工实际操作技能 考试中出现的焊接缺陷分析 广东省劳动局 黄彬敏 19 80年版的锅炉压力容器焊工考试规则 试行以来 , 焊工对在板状 、 管子 、 管板的单面焊 双面成形实际操作技能考试中手工电弧焊所出 现的缺陷 , 通过现场解剖试样 , 分析裂纹 、 未熔 合 、 未焊透 、 夹渣 、 气孔 、 咬边 、 焊瘤等缺陷 产生的原因 , 并提出防止措施 , 从而提高了焊 工技能考试的合格率 。 一 、 板状试件焊接缺陷的分析 试件长3 00m m 、 宽i 25m 。 (二块) , 1 2 拓mo V型坡口(见图D , 坡 口 角度 a 二 60 。, 钝边 p二1 . 51 . 6mn r , 装配间隙 C = 2 . 5 宫 . 2n rn r 。 图IV型坡口 图3 装配点焊 ( 2)点焊长度不够且太薄 在焊接中由于拉伸和收缩应力作用 , 点焊 处的焊点爆裂 , 使装配 间隙变小 , 也易造成未 焊透 。 点焊一定要点透 , 点焊长度 8 1 0om , 高度3 3 . 5。(见 图3) 。 图2 根部未焊透 1 . 根部未焊透的原因及预防(图2 ) ( 1 ) 坡口钝边过厚且间隙过小 钝边p Zm m , 间隙 2 . smm , 焊条难深 入坡口根部 , 造成根部未焊透 。 根据多年来实 践 , 使用酸性焊条时 , 坡口钝边p =1 . 5m。 , 使用低氢焊条时 , 钝边为1 . 2om , 考虑到焊 接过程中的收缩 , 试件装配间隙起弧处间隙为 2 . 5二。 , 收弧处间隙为3 . 2m m , 见图3 。 图4 接口处一段未焊透 ( 3 )焊缝接口处未焊透 在接口处已焊部份与未焊部分温差较大 , 如果换焊条时 , 未达到要求的预热温度就施焊 , 容易产生未焊透(图4) 。 如果用低氢焊条焊接 86 压力容器 91 98 年g月 合金钢时接口处 ( 接头 )可用砂轮打磨成斜坡 焊缝金属与母材之间或焊道之间彼此没有 形( 图 5 、 图6 ) 。 完全结合在一起称为未熔合 。 未熔合分为坡口 犷了 , . Z 犷 , 犷了竿俨 ,、 /汽 尸咒竿7 幽7 7 7入了 l 谕态 扁滋急蕊 _ _ 蕊土习级 恋 . 二匕二址侄 、 图5未打磨接口处 图6已用砂轮打磨接口处 在接口处起弧 , 用长弧预热2 3秒 , 然后 迅速压焊条短弧焊接 。 用酸性焊条焊接碳素钢 (接头不准打磨)可在离接口已焊部分1 5 2 0 m m 处引弧焊接至接口端 (第一次预热) , 然 后抬高焊条长弧预热 23秒 (第二次预热) , 再迅速压低焊条在根部稍停片刻 (第三次预 热)转入正常焊接(如图7) 。 边缘未熔合和层间未熔合 。 产生原 因 : ( 1 )焊条药皮偏心 , 引起偏弧 , 电 弧热 量偏于坡口一侧 , 使母材或前一层焊缝金属未 充分熔化就被填充金属敷盖 。 ( 2)坡口或前一层焊缝表面有锈或脏物 , 焊接时由于电弧温度不够 , 未能将其熔化形成 边缘及层间未熔合 。 ( 3)运条时焊条与焊接方向夹角不当 , 倾 向坡口一侧 , 使底层坡口一侧未熔透 。 防止方法 : ( 1 )运条时焊条与焊接方向夹角 , 平焊夹 角为6 0 70 。 (酸性焊条) , 低氢焊条为8 0 8 5 。 ; 横焊时 , 夹角为6 0一70 。 , 焊条与试板夹 角为8 0 8 5 “ ; 立焊时夹角为 、 7 0 8 0 “ ; 仰焊时 为75 85 0 (如图8 、 9 、 10、1 1所示) 。 图 7 2 . 裂纹 的产 生及防 止 ( 1)热裂纹 熔池在结晶过程低熔点的物质 (P 、 S 、 铁 锈等夹杂物)最后凝固 , 造成偏析 , 当焊接拉 伸应力足够大时 , 沿晶界开裂形成热裂纹 。 热 裂纹主要在焊缝区及弧坑处生成 。 限制钢材P 、 S 、 C的含量 , 可减少有害杂 质的偏折 ; 采用多层薄焊 , 可减少焊接应力 , 避免焊缝中心偏析 , 防止产 生热裂纹 。 ( 2)冷裂纹 含碳量或合金元素较高的钢材易形成淬硬 组织(马氏体) ; 焊缝中扩散氢含量高 , 当存 在较大拉伸应力作用时就会产生冷裂纹 。 冷裂 纹多数出现在近缝区 , 有时亦在焊缝区 。 可选用 低氢焊条 , 焊条经35。 40 0烘干12小时 , 用 保温筒领用 (烘干合要求的焊条有三个特征 : 焊条药皮呈 自色 、 焊条头发蓝 , 抓一把抛动可 听到咯咯碰撞声) , 焊前在坡口二侧各2 0 mn r 用砂轮除油清锈 , 焊后在焊缝附近 用小锤轻 轻锤击 , 采用多层薄焊 , 均可减小焊接应力 。 令 , 未熔食 必 。 图8 平焊焊条与焊件中心夹角 幸 一 不 图 9 横焊焊条与焊件夹角 怡 ) ) : 。 下 图1 0立焊焊条与焊件图1 1 仰焊焊条与焊件夹角 中心夹角 (2 ) 仔细清理坡口及焊缝上的 油 、 锈等 脏物 。 ( 3)焊接过程中发现焊条偏心引起偏弧 , 应降低焊接角度 , 焊条向偏弧反方向摆动 , 使 电弧处于正确方向时才转入正常焊接 。 第 6 卷第 3 期 压力容器 ( 4 )焊接时应注意观察坡口二侧熔 化情 况 。 4 。 夹渣 产生原因 : ( 1 ) 药皮变质的焊条或受潮未烘干的焊 条在焊接时药皮成块脱落 , 在熔化金属凝固较 快的情况下 , 来不及浮出 , 残留在焊缝 中形成 夹渣 。 图 12 ( 2)多层多道焊接时 , 每道焊 缝的熔渣 没有认真清理干净 (特别是焊道内缘较难清熔 渣的地方) 。 ( 3 )焊接电流过小 , 焊条与焊 接 夹角不 合适 , 熔渣跑到铁水前面凝固 。 预防方法 ( 1 )焊接前应严格检查焊条药皮 , 如发 现焊条药皮疏松 、 有大量粉末且为 深黄色 , 说 明焊条已变质 , 应停止使用 。 (2 ) 需在被焊金属的坡口表面和 二侧及 焊接层间清除脏物 、 残渣 。 先用打渣锤锤后用 钢丝刷清楚 , 最后用锯片清理 。 ( 3 )合适的电流(见表1 )可保证底层焊 透又保证中间层熔渣充分浮出来 。 根据实践经验采用的焊接电流见表 1 。 一;l ; l 表1 焊条牌号 焊条直径( mm ) 层次焊接电流( A )电弧电压( V ) 结4 22 结4 22 结 42 2 结4 2 2 低氢型 低 氢型 低氢型 低氢型 低氢型 底层 5055 底中河层 110125 中间层 220225 中间 、 面层 1 7 025 0 底层 7075 底层 90、1 0 0 中间 220225 中间 、 面层 1即1 2匕 面层 155195 艺0 24 2024 2 02 4 2 02 4 2 02 4 2224 牙卫沁2 4 2 224 22 水 ( 4)正确运条 , 有规律的向坡 口两侧横 向摆动焊条 , 搅拌熔池中的液体金属 , 促使熔 渣与铁水分离 。 5 。 气孔 形成原因 : 在电弧焊中氢气 、 一氧化碳 、 氮气会形成 气孔 。 气体形状有圆形 、 椭圆形 、 圆柱形 、 钉 形 、 旋涡形 、 虫形 (如图13 ) 。 订声夕 才 蔓 丈 ), _ _ _ _ _ _ _遗 川衫防圆形 同 牛 i 一 形钉 形旋涡形虫形 图 1 3 ( 1)焊前坡口两侧未除油 、 除锈 , 焊 接 时高温的电弧热把油 、 锈分解出 氢气 、 氧气 (与C结合形成CO气体) , 部分残留在焊缝中 形成氢气孔 、 CO气孔 。 ( 2 ) 焊条药皮未烘干 、 铁芯生锈 , 水分 、 铁锈在电弧高温作用 下分解成氢气 、 氧 气 (O 与C结合形成C O气体) 。 (3 ) 焊接时电流过大 , 焊条发红 , 药 皮 起不 到保护熔池的作用 , 空气入侵熔池形成氮 气孔 。 板状平焊底层易形成圆弧状气孔 、 中间层 形成圆形气孔 ; 板状立焊底层形成钉形气孔(气 孔在熔池由下往上形成)中间层多为椭圆形; 板状横焊 、 立焊多数为圆形气孔 。 虫状气孔在 奥氏体底层焊后起弧处附近有所发现 。 气孔的预防 : (1 ) 变质焊条(药皮变质及铁芯严重生锈 的)不能施焊 Q ( 2 )坡口二侧各2 0血 m 用砂轮打磨除油 、 锈 , 遇潮湿的天气 , 焊前用火焰加热坡 口两 侧 。 ( 3 )焊条应严格烘干 , 酸性焊条烘干 12 0 1 5 0 (焊条头发蓝)保温1 . 52小时乡低氢 型焊条烘干350 40 0o C , 保温1 . 52小时 , 然 后放入不低于 8 0 的恒温箱 , 用焊条保温筒领 用 。 焊条烘干时要上下翻动 , 使其受热均匀 。 检查焊条是否烘干可用四种方法鉴别 : 1 ) 将 焊条平放离1公尺高的钢板掉下 , 药皮脱落表 示已烘于 ; 2) 药皮呈白色不带黄条线且焊条 头发蓝色表示已烘干 ; 3 ) 抓一把焊条在手中 抛一抛 , 听到焊条发出咯略碰撞声 表 示己烘 干 ; 4 ) 试烧焊条 , 飞溅少且声音 小 , 烟气较 小表示已烘干 。 (4 ) 焊接电流要合适(见表l ) , 采用短 弧焊接 , 防止有害气体入侵 。 ( 5)风扇不要对准焊件正面吹 。 6 . 焊缝外表缺陷 ( 1) 咬边 焊缝两侧与母材交界处被电弧烧熔的凹槽 称为咬边 。 (如图14 、 15) 。 稍停片刻 , 图1 6所示) 298,年5月 使焊条边缘有足够的熔敷金属 (如 焊接方向 坡山少攀 4于一 坡口边缘 稍停片创 图 1 6 运条时选择合适的角度 (如图7 、 8 、 9 、 1 0所示) 。 ( 2)焊缝外表凹陷(内凹) 根部焊缝低于母材表面的现象叫做凹陷 。 仰焊试件容易发生凹陷 , 在平焊 、 横焊 、 立焊 接口处亦会产生 (如图17 、 15) 。 / 图1 4咬边图1 5 产生原因 : 焊接电流过大 , 电弧过长 , 在焊接中吹 掉焊缝边缘的母材金属 。 焊接时 , 运条至坡口二 边缘停留时间不 够 , 由于焊缝中心温度比边缘高 , 焊后凝固冷 却收缩在母材形成 厂 凹槽 。 焊条运条角度不正确 。 咬边的防止 : 选择合适的焊接电流 、 电 压(如表1所 列) , 采用短弧焊接 。 运条横向摆动 , 采取中间快 、 坡口两侧 图1 7仰焊内凹 图1 8立焊 、 平焊 、 横焊内凹 产生原因 : 仰焊时由于熔池在高温时表面张力小 , 铁水 自重产生下坠 , 未能与母材很好 熔 合 成 形 。 横焊 、 立焊时在换焊条接口处预热温度 和焊条伸进坡口根部不够 。 预防方法 : 防止板状试件仰焊凹陷 , 装配间隙等于 打底用焊条直径( 2 . 53 . 2mm) , 坡口钝边1 . 2 1 . som ; 采用皇冠形运条 (如图1 9所示) 充分顶热 , 利用焊条端部穿过熔化后的坡口间 隙顶住铁水往下坠 。 管子仰焊 , 可在引弧处用长 弧预热 23秒形成半熔化的熔池时 , 迅速压低 焊条用短弧焊接 , . 采用焊条与管子切线方向夹 角8 0 8 5 “ 倾角 , 焊条端部电弧顶托铁水下 坠 。 横焊 、 立焊换焊条时 , 离接 口处前 端 仰焊底层运条 皇冠形运条 图均 第6卷第3期 压力容器 幻 s nl m 处开始引弧 , 用长弧预热 23秒 , 迅速压 低焊条 , 在接口后端稍停片刻再焊接(如图2 0 、 2 1所示) , 得到良好的成型 。 前端 后端 图 2 1 立焊图2 0 横焊 管板试件在点焊两端充分预热 , 且电弧 热量集中在管板孔边缘 。 点焊时点焊要凸出管 板孔边缘lm m左右 。 (3)焊瘤 锅炉压力容器焊工考试规则 规定 , 平 焊允许焊缝余高为 3om , 立 、 横 、 仰焊允 许 余高为 4二。 , 凡超过规定尺寸者称为焊瘤 。 产生原 因 : 装配间隙过大 , 电流过大及焊速过慢 。 弧长过长 , 吹穿坡口根部进行补焊处 。 预防方法 : 平焊时坡口间隙控制在 2 . 53 . 2o m , 合适的电流(如表1 )在起弧处预热用短弧焊接 , 热量集 中在坡口两侧(运条时间隙处不停 , 在 坡口两侧钝边处稍慢 , 使钝边充分熔化 。 防止 烧穿后补焊) 。 立 、 仰焊时应严格控制熔池温度 , 焊接 电流 比平焊减少1 0%左右 , 焊外表层时 , 焊条 摆动时中间稍快 , 两侧宜慢 。 (4)弧坑(如图22所示) 焊薄板时使用电流过大 , 在收弧处焊缝 收缩度较大形成下凹 。 预防方法 : 手工焊时在收弧处 , 焊条需在熔池作短 时停留并作几次环形运条 , 有足够的填充金属 填满熔池后才收弧 。 自动焊时先按停止焊丝送 进按扭 , 再按切断电源开关 。 焊薄板时采用合适的电流 。 (5)变形 板状试件由于开V型坡口 , 焊缝上宽下窄 , 收缩应力上大下小造成角变形(如图2 3) 。 横焊 变形比平 、 立焊大 , 仰焊基本没有变形 , 焊工 考试规则 规定 : 变形度不超过0( 3 “。 预防方法 : 在装配时进行反变形 (如图24 ) 。 根据试 验 , 变形l “ “ 1 . lmm , 变形测量高度H 。 将 试件平放在钢板上 (V型坡口向下) , 平 焊 、 立焊用必 2 . 5姗m 焊条去药皮的铁芯在坡口两 侧装配点焊 , 横焊用必 3 . 2mm焊 条 (不 去药 皮)垫在坡口两侧装配点焊(如图24 ) 。 按此 方法装配点焊 , 焊后试件基本没有变形 , 如个 别有角变形 , 变形度0簇1 。 左右 。 二 、 管状试件焊接 缺陷的分析 1 . 管子根部未焊透 (图25 ) 迫 里 交 创 协 一: 少 布许升 H 下万分价器 s e 左上图2 2左下图2 3角变形图2 4反变形装配 焊缝收弧处产生下陷 , 使焊缝金属低于母 材金属 , 称为弧坑 。 产生原因 : 主要是熄弧时间过短 , 没有填满熔池 。 图25 管子根部未焊透 产生原因 : ( 1)管子本身椭圆或厚薄不 均 , 又 没有 选管装备 , 客观上造成错边 。 ( 2)装配 时管子坡口边缘(内径方向)对 得不齐就点焊固定 。 ( 3)装配间隙小 , 钝边过大 。 ( 4)焊接电流过小 , 焊速过快 。 9 0 , 压刀各器 105。年5月 (5 )运条方法不当 。 预 防方法 : ( 1)坡口角度 、 装配间隙 、 坡口钝 边要 合适(见表2 ) 。 表2管子坡口角度 、 钝边 、 装配间隙 管壁厚度坡口角度 (m m)() 坡 ( 口钝边 m m、笋 6 Q 65 0 . 8、1 6 5、70 袋配间 ( m m 1 . 6、1 2、牙 . 2 2 . 5、3 击穿法保证焊透 。 ( 6)管子分二个半圆焊接 , 微锯 矢形 , 微月牙形运条 , 管子45 “ 固定可采用斜锯矢 形 运条 , 一定要用短弧焊接而且电弧的热量集中 在坡口两侧(即坡口两侧注意稳弧) 。 2 . 管子焊接缺陷 管子焊接气孔 、 夹渣 、 咬边 、 焊瘤等缺陷 产生的原因 、 预防方法与板状试件基本相同 。 (2)装配时选择同直径 、 同壁厚管子(选 配) , 管子内壁对齐 , 错边量镇1 0 %管壁厚 度 , 点焊处一定要点透 。 ( 3)焊接电流 : 必2 . som焊条 , 用 7 5 s oA (仰焊P位为7 075A) , 必3 . 2顶m , 用 1201 2SA (仰焊P位为100 io5A) 。 ( 4 )按各焊接位置选择焊条与管子圆周 切线方向夹角(如图2 6 、 2 7) 。 三 、 管板试件焊接缺陷 1 。 未焊透 产生原因 : 管子坡口根部与管板孔边缘没有熔透而产 生根部未焊透 (如图28 ) 。 口口口 黔黔 / / / / / / 图2 6小管垂直固定 图2 8 管板根部未焊透 ( 1)管板孔小于管子内径 , 装配时形成 错边 。 ( 2)坡口角度过小 , 装配间隙过小 。 ( 3 )运条方法不当 。 预防方法 : (l)管子坡口角度为5055 “, 钝边0 . 5 o . sm。 , 装配间隙为2 . smm (见图29) , 管子 内径壁边缘与管板边缘 对 齐 , 点焊要点透 (点12点) ( 2)用必2 . 5焊条分两个半圆焊接 , 焊接 图2 7大管水平固定 ( 5)在起弧处及遇到点焊位置 , 首 先用 长弧预热2 3秒 , 看见形成亮白色熔池时 , 迅 速压低焊条 , 用短弧焊接并在点焊两端采用半 洲洲尸尸尸尸 产产尸尸尸尸 洲洲产产产产 曰曰 / / / / / / / 杆杆杆杆 夕 5 一一 1 1 1 1 1 1 1一 一 沙沙洲 洲 仁仁 附夕 夕 图2 9 第 6 卷第 3 期 压力容器 电流为70 7 5 安 , 焊条与管板夹角垂 直固定 (见图30 ) , 水平 固定 (如图3 1所示) 。 管子垂 直及水平固定采用爬坡式斜环形运条 (运条时 管端不停 , 管板边缘稍慢稳弧)或斜锯矢运条 , 总 之 , 电弧热量一定要集中在管板孔边缘 , 保 证焊透和防止管子上部角焊缝咬边 。 2 . 焊瘤 、 咬边 焊瘤及管子上部角焊缝咬边(见图32 ) 。 产生的原因 : (1)由于焊条与管板夹角太小(30 3 5 “ ) , 电弧直吹在管子坡口边缘 , 使 管口金属熔化流 到管板边缘形成焊瘤 。 ( 2)运条时 , 电弧在管子坡口上 部停 留 时间过长 , 吹掉管子一部分金属形成咬边