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关键词:安全性;焊接质量;风险预防;缺陷分析
一、铝合金区别其他金属的特殊性质
铝合金外观银白色,密度小、电阻率低,热膨胀系数和导热系数大,有很好的耐腐蚀性和较高的强度比,对光、热等都具备较高的反射率,削磨时无火花和磁性。铝合金易被铸造、冲压、施压、拔丝和拉形等各种方法制造成不同外形的制品,易加工,并且速度快,这是国家生产大量铝合金零部件的原因。铝合金暴露在空气中或者在焊接过程中极易氧化,会形成一种粘着力很强且耐热的氧化铝薄膜,氧化膜很稳定而且很难去除,妨碍焊接过程的进行,在焊接过程中易形成气孔、残渣等缺陷,同时降低焊接接头机械性能。其液体熔池很容易吸收气体,在高温下融入大量氢气,在焊接冷却过程中易形成气孔,在高温下的强度和塑性低,易形成塌陷、烧穿等缺陷。
二、焊接缺陷的类型和原因的产生
通过长时间对轨道客车铝合金车体制造过程中出现的焊接质量问题来分析,铝合金焊接过程中容易产生气孔、错边、裂纹、未融合、未焊透、咬边、焊塌等焊接缺陷。通过研究分析,可以得到以下原因:1.焊接打底和盖面由于焊透性不强导致焊缝出现,焊缝包含咬边、外观不均、余高超标、形成粗糙等多种;2.温度的变化会改变铝合金的状态,使其强度、塑性都很低,将这个温度范围称为脆性温度区间,当铝合金在这一区间范围内最容易导致出现焊接裂纹;3.铝合金氧化膜吸附的水分在高温下分解,产生的氢气不能逸出,残留在熔核中形成气孔,同时铝合金也比其他金属更易出现气孔;4.当融化的金属受到挤压从电极与工件接触面或工件界面的缝隙挤出来的现象就是飞溅;5.由于焊接电流过小或者速度太快造成热输出不足,在焊缝金属与母材之间或焊道金属之间未完全熔合和结合形成未熔合,也会形成未焊透;6.在焊接过程中,由于料件的特殊性或者是间隙太大导致熔深超过工件厚度,融化金属自焊缝背面流出,形成穿孔性缺陷,即为烧穿;7.由于电弧高温引起的变形,包括缩短、角度改变、弯曲变形等情况均为焊接变形;8.当单面焊时由于热输入过大时,熔化金属过多而使液态金属向焊缝背面塌陷,并形成凸起,导致正面下塌的现象叫焊塌;9.当料件尺寸不合格,装配不符合技术要求,此时点固、打底及填充焊接过程中产生会产生工件在厚度方向上错开一定的位置叫错边。
三、铝合金焊接缺陷的防控措施
1.操作者需要做好焊前准备,细致而充分的焊接准备,施工的温度,技术参数的掌握,铝合金工件结构的了解等都是实现优质焊接的重要前提;2.由于铝合金容易形成氧化膜的金属特性,其氧化膜容易吸收水分,会妨碍焊缝的良好熔合,也容易形成气孔和夹渣,因此在焊接前需要对铝合金工件进行清理,即使不是氧化膜而是油污、铁屑等也都需要严格对待,是保证焊接质量的工艺措施;3.由于铝合金在高温时强度极低,在焊接时容易形成烧穿或者塌陷,故需要使用焊接垫板,用来拖住金属,垫板应该具备对底部焊缝有激冷作用,不但减少热对焊接件的影响,还能保证焊接接头的性能;4.在铝合金工件进行焊接时,尽可能制作特殊的焊接工装,能够夹持工件保证焊枪的可达性良好,提高焊接质量;5.由于部分部件具备特殊性,如果焊接前可以预热,预热对焊接有利,消除金属表面的湿气,减小各个部件的温度差,从而减少气孔、裂纹、变形等可能性,同时更有效的加快焊接速度,提高焊接质量;6.使用高纯度氩气,选用最优的焊接方法,使用合理的技术参数,都是提高焊接质量的措施。
四、结束语
由于铝合金车体部件结构不同,产生的焊接也缺陷不一样。焊接缺陷的产生可能是原材料问题、焊前处理不符合要求、操作手法掌握不对等原因造成;焊工操作水平差,无法合理匹配焊接工艺参数,人为原因和环境因素的影响,也是产品质量低,焊接缺陷产生的重要原因。由本文分析可得出工件结构、施工环境、焊接时热输入、操作人员的技术水平等都会影响焊接质量,其中任一因素的出现都会导致焊接缺陷影响车辆的质量和安全,所以预防为主才是保证质量和安全的重要途径。
参考文献:
[1]李会,郭继祥,何小勃,侯振国,褚宏宇.铝合金MIG焊常见焊接缺陷分析和预防措施电焊城,2003,43(4).
[2]王立夫,王金金,勾波,聂丽丽.轨道车辆用铝合金焊接缺陷分析.焊接技术.2012,41(10).
[3]王广英,胡文浩,张彩珍.轨道车辆自动焊接调试技术及焊接缺陷分析与控制(一)焊接质量控制与管理,2014,43(1).
[4]卢峰华,王广英,胡文浩,陈占峰.轨道车辆自动焊接调试技术及焊接缺陷分析与控制.焊接质量控制与管理,2014.
[5]王广英,胡文浩.轨道车辆自动焊接调试技术及焊接缺陷分析与控制.焊接质量控制与管理,2014.
[6]郑世达,易耀勇,易江龙.铝及铝合金焊接在工程中易出现的几种缺陷分析及预防.材料研究与应用,第6卷第3期.
【关键词】压力容器;焊接缺陷;原因
1 控制压力容器焊缝缺陷的必要性
压力容器是指盛装气体或者液体,承载一定压力的密闭设备。贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器均属压力容器,它在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用。压力容器由于密封、承压及介质等原因,容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。世界各国均将其列为重要的监检产品,由国家指定的专门机构,按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。在压力容器制造中,焊接工作量占总工作量的30%以上,因此焊接质量对产品质量和使用安全可靠性有直接影响[1]。有关调查表明,90%事故是从焊缝缺陷处开始的[2],因此,严格控制压力容器焊缝缺陷以确保压力容器的安全使用至关重要。
2 压力容器焊缝缺陷产生的原因分析
2.1 气孔
气孔是指在焊接时,熔池中的气体在焊缝金属凝固前未能及时逸出而形成的空穴。气体可能是熔池从外界吸收的,也可能是焊接冶金过程中反应生成的。气孔根据其所处位置不同可以分为表面气孔和内部气孔。产生气孔的根本原因是焊接过程中,焊接本身产生的气体或外部气体进入熔池,在熔池凝固前没有来得及溢出熔池而残留在焊缝中。
产生气孔的主要原因分析如下:
(1)焊接过程中由于防风措施不当,气体进入熔池;
(2)电弧过长,氩弧焊时保护气体保护效果不好;
(3)母材清理不干净,杂质在焊接时产生气体进入熔池;
(4)熔池温度低,凝固时间短;
(5)焊接材料没有经过烘培或烘培不符合要求,焊丝清理不干净,导致在焊接过程中自身产生气体进入熔池等。
2.2 夹渣
焊接过程中药皮等杂质残留在焊缝中的夹杂物,产生夹渣的主要原因分析如下:
(1)焊件清理不干净、多层多道焊层间药皮清理不干净、焊接过程中药皮脱落在熔池中等;
(2)电弧过长、焊接角度不对、焊层过厚、焊接线能量小、焊速快等,导致熔池中熔化的杂质未浮出而熔池凝固。
2.3 咬边
由于焊接参数选择不当,或操作方法不正确,沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷,称为咬边。
产生咬边的主要原因有:操作方法不当,焊接规范选择不正确,如焊接电流太大、电弧过长、运条方式和角度不当、坡口两侧停留时间太长或太短等。防止产生咬边的办法是:选择合适的焊接电流和运条手法,随时注意控制焊条角度和电弧长度;埋弧焊工艺参数要合适,特别要注意焊接速度不宜过高,焊机轨道要平整。
2.4 未焊透、未熔合
母材金属未熔化,焊缝金属没有进入接头根部的现象称为未焊透。焊缝金属与母材金属,或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷称为未熔合。产生原因有: 焊接规范不合适,导致电流过小或电弧过长、坡口角度过小、间隙过窄或钝边过大;操作方法不当,如运条速度过快、焊条角度不当、电弧偏吹、焊条摆动幅度不当等;焊条和焊道清理不净,存有杂物,影响熔合等。
2.5 焊接裂纹
焊接裂纹是一种非常严重的缺陷,按裂纹形成的条件,可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂等四类,这里主要介绍一下热裂纹和冷裂纹的主要原因。
焊缝金属由液态到固态的结晶过程中产生的裂纹称为热裂纹,其特征是焊后立即可见,且多发生在焊缝中心,沿焊缝长度方向分布。热裂纹的裂口多数贯穿表面,呈现氧化色彩,裂纹末端略呈圆形。
产生热裂纹的原因是焊接熔池中存有低熔点杂质(如FeS等)。由于这些杂质熔点低,结晶凝固最晚,凝固后的塑性和强度又极低。因此,在外界结构拘束应力足够大和焊缝金属的凝固收缩作用下,熔池中这些低熔点杂质在凝固过程中被拉开,或在凝固后不久被拉开,造成晶间开裂。焊件及焊条内含硫、铜等杂质多时,也易产生热裂纹。
在冷却过程或冷却以后,在母材或母材与焊缝交界的熔合线上产生的裂纹称为冷裂纹。这类裂纹有可能在焊后立即出现,也有可能在焊后几小时、几天甚至更长时间才出现。
冷裂纹产生的主要原因为:
(1)在焊接热循环的作用下,热影响区生成了淬硬组织;
(2)焊缝中存在有过量的扩散氢,且具有浓集的条件;
(3)接头承受有较大的拘束应力。
裂纹影响焊接件的安全使用,是一种非常危险的工艺缺陷,结构的破坏多从裂纹处开始,在焊接过程中要采取一切必要的措施防止出现裂纹,在焊接后要采用各种方法检查有无裂纹,一经发现裂纹,应彻底清除,然后给予修补。
3 结语
总而言之,正是由于压力容器焊接在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用,而且关系到人们的生命财产安全,因此要严格控制压力容器焊缝缺陷。
【参考文献】
【关键词】长输管道 焊接质量 质量缺陷 控制措施
近年来,随着全球经济的高速发展,国内外对石油、天然气的需求量日益增加,长输管道作为在油、气资源运输方面的渠道之一,其优势越来越明显。管道焊接作为管道施工的重要一环,其现场焊接的高效率和安全可靠性在每条管道的建设中都占有举足轻重的作用。
1 榆济项目管道焊接施工工艺简介
榆林-济南输气管线主要规格为Φ610×10,Φ711×11,采用多层焊接,焊接工艺采用手工下向焊和半自动自保护焊两种,其中打底为E6010纤维素焊条下向焊,填充盖面部分有两种,一种为低氢型焊条E8018-G下向焊,多应用于大中型管道的穿越处,另一种为药芯焊丝E71T8-NilJ半自动焊,多应用于主线路焊接。由于长输管道输送压力高,因此长输管道所用钢管一般都是高碳钢制作,本工程的钢级为X60。
2 现场常见的焊缝质量缺陷分类和原因分析
在现场的项目管理中,线路安装过程中出现的焊接缺陷种类较多,在不同的标准中也有不同的分类方法,本文着重介绍焊接质量缺陷分为焊接成型缺陷及微观组织缺陷两类。
2.1 咬边缺陷
咬边的产生主要是由于焊接过程中熔敷金属管道未能完全盖住母材坡口,在母材与焊道边缘处留下低于母材的现象,在焊接过程中超过标准的咬边会对焊道力学性能产生严重的影响,天然气长输管道均是易燃易爆的压力管道,咬边产生将降低管道焊接强度。分析原因主要有三个方面。
(1)电流太大、电弧过长、电弧力不集中导致熔池熔敷不到位。
(2)焊条或焊丝的倾斜角度不正确,出现偏吹现象。
(3)手法不稳,摆动不到位等。
其控制措施主要有:
(1)根据现场设备、环境、电焊工熟练程度选择合适的电流。
(2)焊接操作时电弧不要拉的过长。
(3)焊条摆动时在坡口边缘运条时稍慢,停留时间稍长一些经验做法。
2.2 夹渣缺陷
夹渣是指金属焊缝中存在的熔渣、铁锈或其它物质。缺陷一般分布在焊道根部或层间,常见的缺陷就是层间夹渣。经过调查分析产生夹渣的主要原因有三个方面。
(1)进行多层焊时焊条、焊丝等产生的熔渣没有清理干净,导致熔渣埋入焊道。
(2)焊接电流过小,熔渣不能充分融化浮出熔池。
(2)坡口太小或上层焊道与坡口间形成了夹角,熔渣不能充分融化浮出熔池。
有效控制夹渣产生的主要措施有:
(1)多道焊时要彻底清理上一道焊缝表面焊渣,即清根彻底。
(2)适当增加接头的坡口角度,采用角向磨光机平滑打磨过渡。
(3)严格按照焊接工艺规程施焊。
2.3 未熔合缺陷
未熔合是指焊接时焊道与母材坡口、上层焊道与下层焊道之间没有完全熔合在一起形成的缺陷。分析主要原因:焊接电流小,填充金属熔化时无法顺利到达接头表面,接头表面清理不充分。控制措施是增大电流,增大线能量,严格按照焊接工艺规程加工坡口,及时清理上一道焊缝表面杂质,且不可过度打磨。
2.4 气孔缺陷
气孔是由于熔池中的气体在熔化金属凝固时没有逸出残留在焊缝内部的情况。其形式有条形气孔、密集气孔、球形气孔、柱状气孔等。气孔缺陷中除了一些深度很深的柱孔和面积很大的圆形气孔外,其它气孔的危害性一般都比较小,甚至还有止裂倾向。有效控制气孔措施有:采用角向磨光机清理接头及邻近表面无杂质,严格按工艺规程焊接,采用合理方式烘干和储存焊条。
2.5 裂纹缺陷
裂纹是长输管道焊接中危害性最大的一种缺陷。因管道裂纹存在延伸性或产生延伸扩展现象,因此在长输管道的施工中,裂纹缺陷是不允许存在的,通常也不允许返修,必须割口重焊。在管道施工过程中裂纹的产生基本都是由于工艺规程执行不到位,受外部应力太大造成。因此本文主要分析讨论造成管道焊接裂纹的分类:结晶裂纹、液化裂纹、延迟裂纹,以及产生的原因和质量控制。
2.5.1 结晶、液化裂纹
结晶裂纹又称为凝固裂纹,是比较常见的一种裂纹。一般是在焊缝凝固过程中所形成,焊缝冷却过程中,先结晶的金属较纯,后结晶的金属含杂质较多,并富集在晶界,所形成的共晶都具有较低熔点。如FeS与Fe的共晶温度988℃。结晶后期,已经长大的晶粒阻碍了尚存在的液态金属的流动,低熔共晶物被排挤在柱状晶交遇的中心部位,形成液态薄膜。同时由于收缩受到了拉伸应力,可能会在这个薄弱地带开裂,就形成了结晶裂纹。结晶裂纹产生原因主要是由于熔池中杂质太多、冷却速度过快、外界应力太大所造成。管道施工中焊材、母材都是经过严格检验,排除材料不合格因素外,熔池中杂质太多一般都是因不按规程操作多次返修造成。另外,不预热强行组对也是造成冷却速度快和应力大的要因。
液化裂纹的形成机理基本和结晶裂纹相同。但是液化裂纹一般是在多层施焊时,先焊的焊道受后焊接焊道的热作用,会受到与热影响区的部分区域相同的影响,因此母材二次或多次受热后,达到较高的峰值温度,从而使晶界上的低熔点共晶物熔化,并在收缩应力的作用下造成开裂。控制及消减措施主要有减小热输入,避免焊缝中出现粗大的树枝状组织。另外,降低焊接速度使得晶粒的端部并列长大挤压在一起,以避免偏析的集中。再就是使用细直径焊条和小电流,不摆动和避免熔池过大一般也能够防止结晶裂纹。
2.5.2 延迟裂纹
延迟裂纹在管道施工中是最常见的裂纹。它属于冷裂纹的一种,一般在焊后几小时甚至几天后才开始出现,并随着时间的推移逐渐增多和加长。根据有关资料显示延迟裂纹的主要原因是母材的粹硬倾向、焊接接头承受的应力以及焊缝中的氢含量等方面。
分析产生延迟裂纹的因素主要有:
(1)组织因素。母材的粹硬倾向与组织晶粒越大,延迟裂纹的产生倾向也就越大,由于晶粒粗大,相变温度减低,使晶界偏析现象严重,增大了冷裂纹倾向。同时粹硬组织里晶格缺陷多,进一步导致了冷裂纹的产生。
(2)应力因素。焊接接头承受的应力主要包括焊接时产生的内应力及焊缝外加的力。焊接时热影响区金属膨胀,冷却时收缩所产生的体积差导致了热应力的产生,并且在焊缝相变时也存在一定的相变应力。在管道施工中,只要严格按照焊接工艺规程操作,以上两种情况产生的应力均可以控制在一个可以接受的范围。当在两个管口椭圆度相差较大组对、管道处于角度太大的弹性敷设强力组对的情况下,外部应力一般是产生冷裂纹的重要原因。③氢含量因素。在高强钢的焊接中,氢是导致冷裂纹产生的重要因素。焊接时由于电弧温度很高,使焊材、空气、坡口的赃物等其中含有的水分分解,行程氢原子或离子进入焊缝熔池中。当熔池快速冷却后,未来得及逸出的氢便以过饱和态留在了焊缝中。氢的扩散速度与焊缝的冷却速度、焊缝组织情况以及应力方向等方面因素均有关。
综合分析延迟裂纹产生的因素,避免其产生主要从减缓焊缝冷却速度、改善焊缝组织和减小焊接应力三方面进行控制。另外,焊接完成后施工机组进行焊接外观自检,合格后向检测公司进行无损检测申请,检测合格后进行防腐处理,不合格的焊口进行返修处理,返修要符合标准要求。
3 管道焊接质量检验和质量控制
3.1 质量检验
长输管道一般都是长距离输送油气,运行压力较高,为确保管道使用寿命及安全,必须对焊缝的施工质量进行检验,以确保管道不会在运行中泄露、爆管等,导致输送介质外泄,造成经济损失和环境污染。
长输管道质量检验目前主要是焊缝无损检测和管道耐压试验两个方面。无损检测是检验焊接质量的重要手段,在长输管道工程中,用得最为普遍的是X射线探伤和超声波探伤相结合的方法,检测质量达到标准要求。另外管道耐压试验(包括强度试验和严密性试验)也是检验管道质量重要环节。长输管道耐压试验一般分段进行,按照管道试压时最低点压力不超过管道屈服强度的90%,最高点达到设计压力的要求进行分段试压。
3.2 质量控制
管道质量控制因素主要可以归纳为以下几个方面:人员设备因素,材料因素,环境因素,工艺因素。由于管道施工前的焊接工艺都是经过了多种检验手段的检定,最后形成工艺,所以工艺一般不会存在问题。因此施工中产生的质量问题一般是由前三个方面造成的,质量控制就是控制人员、设备、材料、环境因素。
4 结束语
瞻望中国管道建设的前景,及天然气大发展前景,长输管道建设逐步进入高峰期。同时长输管道用钢钢材向着高强度发展,这就要求有更新的焊接技术支持,以提高管道的施工质量和运营中的安全性。相信在今后的长输管道施工管理中,又会出现一些新的课题等待我们去研究探讨。
参考文献
[1] 崔忠圻,主编.金属学与热处理[M].北京:机械工业出版社,2000
关键词:压力容器 焊接缺陷 产生原因 预防 措施
压力容器,一般泛指在工业生产中用于完成反应、传质、传热、分离和存储等生产工艺过程,并能承受压力的密封容器。他被广泛用于石油、化工、能源、冶金、机械、轻纺、医药、国防以至民用等工业领域,在国民经济中的发展占有重要地位。压力容器制造、检验技术不断地进步,为全面提高压力容器质量获得良好经济效果做出可靠保证,在制造过程中,不可避免出现焊接,如何保证焊接质量是关键问题。如果焊接存在缺陷,就有可能造成渗漏、泄露、甚至引起压力容器爆炸,造成人员伤亡和财产的重大损失。
压力容器焊接缺陷种类很多,按其位置不同可分为外部缺陷和内部缺陷,依据JB/T4730-2005中对焊接接头中的缺陷按性质可分为裂纹、未融合、未焊透、条形缺陷和圆形缺陷共五类,下面介绍焊接缺陷产生的原因和预防措施。如下图所示焊接缺陷:
外部缺陷:存在于焊缝表面,用肉眼或借助于低倍放大镜可直接观察,如焊缝尺寸超标、咬边、焊瘤、表面气孔、表面裂纹、弧坑等。
内部缺陷:存在于焊缝内部,如气孔、夹渣、未溶合、未焊透、裂纹、层状撕裂等。
一、裂纹
裂纹是在焊接应力及其它致脆因素共同作用下,焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙。它具有尖锐的缺口和大的长宽比的特征。
裂纹可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹多种型式,多发生在焊缝上和热影响区,被认为是最危险的缺陷,是不允许存在的缺陷。
a 冷裂纹的产生原因主要是扩散氢的作用,氢使金属脆化。主要分布在焊缝金属和热影响区,氢主要来源于焊条药皮中的水分,因此焊接时采用低氢型焊条对预防冷裂纹的产生是由好处的。冷裂纹一般在焊接低合金高强度钢、中碳钢、合金钢等易淬火钢时容易发生,而焊接碳钢,奥氏体不锈钢是遇到较少。
预防冷裂纹措施:1、焊接预热,焊后缓慢冷,却焊接时要保持焊缝金属有足够的温度,以使扩散氢逸出,可采用焊前预热和焊后消氢处理(焊后立即对焊缝均加热到250-300度);2、降低焊接应力和应力集中,焊接时采用合理的焊接顺序,尽量减少焊接应力;3、焊条按要求烘干,低合金钢焊接时采用低氢型焊条,并充分烘干,去掉药皮中的水分;4、清楚焊缝坡口表面上的油垢,锈迹及水分。
b热裂纹产生的原因是焊接时,熔池的冷却速度很快,焊缝结晶是造成严重的晶内和晶间偏析,且偏析物多为低熔点共晶物和杂质,它们的熔点比焊缝金属低,在结晶过程中,以液态间层的形式存在,焊缝在结晶冷却过程中受到拉伸应力的作用,当应力达到一定值时,液态层间处被拉开又没被液态金属及时充满其间而形成热裂纹。
预防热裂纹的措施:1、限制钢材和焊接材料中硫、磷等低熔点有还元素的含量;2、细化焊缝晶粒,提高焊缝塑性和韧性,减少偏析;3、适当降低焊缝形状系数,采用多层多道焊,避免中心线偏析;4、尽量降低焊缝应力;5、对奥氏体钢选用双相焊材。
c再热裂纹的产生机理有多种解释,其中模形开裂理论的解释如下:近缝区金属在高温热循环作用下,强化相碳化物(如碳化铁、碳化饥、碳化镜、碳化错等)沉积在晶内的位错区上,使晶内强化强度大大高于晶界强化,尤其是当强化相弥散分布在晶粒内时, 阻碍晶粒内部的局部调整,又会阻碍晶粒的整体变形,这样,由于应力松弛而带来的塑性变形就主要由晶界金属来承担,于是,晶界应力集中,就会产生裂纹,即所谓的模形开裂。
预防再裂纹措施:1、注意冶金元素的强化作用及其对再热裂纹的影响;2、合理预热或采用后热,控制冷却速度;3、降低残余应力避免应力集中;4、回火处理时尽量避开再热裂纹的敏温度区或缩短在此温度区内的停间。
二、未熔合
未熔合是指焊缝金属与母材金属,或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷。
产生原因:1、焊接热输入太低;2、电弧指向偏斜;3、坡口侧壁有绣垢及污物;4、层间清渣不彻底等。
预防未熔合措施:1、适当加大的焊接电流;2、正确地选择焊接工艺参数;3、注意坡口及层间部位的清洁。
三、未焊透
未焊透是焊接时接头根部未完全熔透,对于对接焊缝也指焊缝深度未达要求。指母材金属未熔化,焊缝金属没有进入接头根部的现象
产生原因1、焊接电流小,熔深浅;2、坡口和间隙尺寸不合理,钝边太大;3、磁偏吹影响;4、焊条偏芯度太大;5、层间及焊根清理不良。
预防未焊透措施:1、使用较大电流来焊接是预防未焊透的基本方法;2、焊角焊缝时,用交流代替直流以预防磁偏吹;3、合理设计坡口并加强清理;4、用短弧焊等措施。
四、条形缺陷和圆形缺陷
1、条形缺陷 长宽比大于3的气孔、夹渣和夹钨等缺陷。
2、圆形缺陷 长宽比不大于3的气孔、夹渣和夹钨等缺陷。
a气孔是指焊接时,熔池中的气体未在金属凝固前逸出,残存于焊缝之中所形成的空穴。其气体可能是熔池从外界吸收的,也可能是焊接冶金过程中反应生成的。
产生气孔的主要原因母材或填充金属表面有锈、油污等,焊条及焊剂未烘干会增加气孔量,因为锈、油污及焊条药皮、焊剂中的水分在高温下分解为气体,增加了高温金属中气体的含量。焊接线能量过小,熔池冷却速度大,不利于气体逸出。焊缝金属脱氧不足也会增加氧气孔。
预防气孔措施:1、清除焊丝,工作坡口及其附近表面的油污、铁锈、水分和杂物;2、采用碱性焊条、焊剂,并彻底烘干;3、采用直流反接并用短电弧施焊;4、焊前要预热,减缓冷却速度;5、用偏强的规范施焊。
b夹渣是指焊后溶渣残存在焊缝中的现象。
夹渣产生的原因1、坡口尺寸不合理;2、坡口有污物;3、多层焊时,层间清渣不彻底;4、焊接线能量小;5、焊缝散热太快,液态金属凝固过快;6、焊条药皮,焊剂化学成分不合理,熔点过高;7、 钨极惰性气体保护焊时,电源极性不当,电、流密度大, 钨极熔化脱落于熔池中;8、手工焊时,焊条摆动不良,不利于熔渣上浮。
可根据以上原因分别采取对应措施以预防夹渣的产生。
五、其他缺陷
焊接中还经常看到一些咬边、焊瘤、弧坑、过热和过烧及焊缝外形尺寸和形状上的缺陷
1、咬边是由于选择的焊缝参数不当、操作工艺部正确造成的。
产生原因:1、焊接参数选择不对,U、I太大,焊速太慢;2、电弧拉得太长。熔化的金属不能及时填补熔化的缺口。
2、弧坑是由于收弧和断弧不当在焊道末端形成的低洼部分。
产生原因:焊丝或者焊条停留时间短,填充金属不够。
3、焊瘤熔化金属流淌到焊缝以外未熔化的母材上所形成的局部未熔合。
产生原因:1、焊接参数选择不当;2、坡口清理不干净;3、电弧热损失在氧化皮上;4、使母材未熔化。
可根据以上原因分别采取对应措施防止咬边、弧坑、焊瘤的产生。
4、焊缝化学成分或组织成分不符合要求: 焊材与母材匹配不当,或焊接过程中元素烧损等原因,容易使焊缝金属的化学成份发生变化,或造成焊缝组织不符合要求。这可能带来焊缝的力学性能的下降,还会影响接头的耐蚀性能。因此要选用相匹配的焊材与母材进行焊接。
5、过热和过烧: 若焊接规范使用不当,热影响区长时间在高温下停留,会使晶粒变得粗大,即出现过热组织。若温度进一步升高,停留时间加长,可能使晶界发生氧化或局部熔化,出现过烧组织。
过热可通过热处理来消除,而过烧是不可逆转的缺陷。
压力容器是在一定温度和压力下进行工作且介质复杂的特种设备,其操作工艺条件向高温、高压及低温发展,工作介质种类繁多,且具有易燃、易爆、剧毒、腐蚀等特征,危险性更为显著,一旦发生爆炸事故,就会危及人身安全、造成财产损失、带来灾难性后果,因此保证压力容器的焊接质量至关重要。
参考文献:
[1]GB150-2011.《压力容器》
[2]TSG R0004-2009.《固定式压力容器安全技术监察规程》
[3]JB/T4730-2005.《承压设备无损检测》
【关键词】压力管道;焊接缺陷;夹渣;气孔;裂纹
在我们国家目前为止的压力管道事故当中,因为爆炸或者是漏气而造成的事故占据了绝大部分的比例,主要原因就是压强过大、腐蚀过于严重、温度过高或是由于焊接质量较差而直接引起的泄漏。在以上的这些因素当中,压强过大和腐蚀过于严重、温度过高主要是由于在进行运营中的管理不善而直接造成的,焊接质量比较差一般来说都是因为在进行施工作业时质量不过关或是没有按照规定对产品进行充分检验造成的。
1.和压力管道焊接缺陷有关的因素
压力管道构件当中最为薄弱的环节就是焊接点,每一个焊接点都关系到整个压力管道对压力的承载能力。因此如果压力管道的焊接点存在着缺陷,则很容易产生泄漏的问题以至于引发事故。在焊接当中产生的主要问题有以下几点:裂痕、焊接不彻底、焊接面没有融合、焊接面咬边、焊接面夹渣、焊接面出现大量气孔等严重问题。这些问题一般用肉眼无法观察出来,存在于整个金属基体当中,使得整个金属面被割裂,最终产生应力集中的现象,在介质内压的作用力下对以上缺陷进行压力施加,使得基杆逐渐开裂,并慢慢发展成为宏观意义上的裂纹,最终对管道内壁进行贯穿,直接导致泄露以及爆炸的事故频繁发生。因此对于压力管道来说,焊接的质量将会直接影响到压力管道的安全程度,从某种意义上来说,也会对管道本身的安全运行产生十分重大的影响。焊接缺陷一般说来会被以下的若干因素决定:焊接材料、焊接参数指标、坡口形式以及焊接工人本身的手艺技术。
2.压力管道焊缝的具体种类
2.1 夹渣
夹渣是一种常见于焊缝当中的焊接失误。夹渣主要分为两种,首先是金属夹渣,其次是非金属夹渣。其分布的种类样式有很多,主要包括以下的几种样式:斑点状、条纹状、锁链状、密集分布形状的夹渣。根据统计,在焊缝内部被深埋的斑点状夹渣以及条纹状夹渣是在管道的检查当中被发现次数最多的一种焊接缺陷,对于这一类夹渣的断面观察,我们可以发现其形状一般都是近似椭圆的光滑面。
2.2 气孔
气孔主要就是指在进行焊接作业的时候熔池当中的一些气体在金属完全凝固之前没有逸出来,同时残存于焊缝当中,形成了相应的空洞。整个气孔的构成方式有很多。气孔当中所残存的气体构成一般为氢气或者是一氧化碳,对于气孔的填充处一般来说都有锈迹或者是污迹等,其形成的物理原因主要是因为焊条没有进行彻底烘干以及熔池的冷却速度超出了预计的速度。一般来说,气孔多数分布在焊缝的近表面位置,这也是造成管道表面冷裂纹的主要原因。
2.3没有焊透或者是没有熔合
没有焊透的意思就是说,在进行焊接的时候接头部分没有完全熔合完整而直接导致了一部分被留了下来;这是一种十分常见的缺陷,其主要原因是工人在进行作业的时候没有按照要求进行操作,手法不熟练。没有熔合也是一种常见的缺陷,主要是指熔焊的金属和母材之间产生了超出标准要求的缝隙,或是相邻的焊道之间也产生了不应该产生的缝隙。对于通用管道当中常用的X焊接坡口来说,无论是没有焊透或是没有熔合这一类的缺陷一般都是存在于所有焊坡接口的中间部分,距离表面的位置很深,断面的形状一般来说是椭圆形的或是不规则形状的。
2.4焊缝表面经常产生的裂痕
当焊缝表面接触部分的原子结构产生了原子层面上的结合力破坏,就会给接缝处的表面增添裂纹,从而产生相应的缝隙。这一类缺陷对于管道来说是十分致命的,因为这一类缺陷一般来说是管道破裂的最直接因素。这些裂纹的类型一般来说可以分成以下种类:结晶性质的裂纹、液化性质的裂纹、热应力性质的裂纹、延迟性质的裂纹、应力腐蚀性质的裂纹以及其它性质的裂纹等。
3.对于压力管道焊接缺陷的控制方法
3.1针对错边或是角变形的方法
在进行压力管道的组装过程当中,错边以及角变形是不可能完全避免的。但是,一旦压力管道在进行组装或者是在以后的使用当中出现了错边或者是角变形的问题,要想把这个情况消除也是十分困难的。唯一正确的预防方法就是在进行施工的时候严格执行相应的施工标准,把整个缺陷控制在可以进行调校的范围之内。如果在施工的时候没有把握好这一步,后续的错边或者是角变形就会产生强大的几何应力,同时也能产生相应的附加弯曲的应力。
3.2气孔和夹渣
这一类问题属于深埋的缺陷,在进行自检的时候必须进行消除,同时还要进行重新焊接作业,否则在进行使用的时候必然会发生泄漏以及爆炸的情况。根据观察统计,大多数的压力管道所有的气孔以及夹渣没有大幅度扩散的迹象。针对这样的特点,为了对气孔和夹渣进行克服,对于炭化的管道来说最好是进行氩弧焊作业打底。
3.3没有焊透或者是没有熔合
没有焊透的情况主要是出现在两种焊接手段(手工焊接和自动焊接)的交接面上。在进行处理的时候,如果出问题的地方在允许尺寸的范围之内,可以免除返修的步骤;没有熔合的情况一般来说会发生在焊缝部位金属和破口的交界部位,这个时候最稳妥的方式就是进行补焊作业,以避免出现意外。焊接材料对整个压力管道的质量是起到决定性质作用的,因此应该选用合格的焊接材料进行填充,以保证质量。
3.4 裂纹
裂纹是管道问题当中最重要的问题,也是危害性最大的问题。一般来说我们的处理方法有以下方式:首先,所有的浅表裂纹都可以通过对其进行打磨的方式进行消除;其次,如果裂痕本身的大小长度远远超出了规定的允许长度则必须采取补焊的方式进行处理,使之消除;最后,如果可以保证管道本身的使用安全,可以对一些细小的裂纹进行保留,以便对其发展规律进行研究,使其后续发展趋势被观察记录到,获得潜在危险的发展趋势并加以预防。
4.结语
为了避免产生管道爆炸泄漏的事故,我们要在整套管道运行系统的运行以及检修方面进行大规模的管理,同时还要在安装环节上对质量进行严格检测,并在发现问题的时候进行及时修补,以此来实现管道运行的可靠性。
【参考文献】
[关键词]长输管道 焊接 缺陷
中图分类号:R54041 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)10-0036-01
长输管道运输是一种经济高效的长距离流体介质运输方式,已经得到了越来越充分的应用。近年西气东输等一系列大口径管道的陆续施工,就标志着我国长输管道的又一次建设高峰已经到来。长输管道一般具有野外作业、 焊接环境不稳定、非固定电网取电、管固定位置不确定、焊道内部成型难以观测等特点,因而对它出现的问题要进行分析研究,并采取相应措施予以解决。
一、长输管道施工工艺
大口径长输管道壁厚一般都在8mm以上,采用多层焊接。 打底和填充盖面一般采用以下工艺:打底主要有手工焊、STT 手工焊、全自动焊、内焊机多枪头下向焊等;填充盖面主要有手工焊、半自动焊、全自动焊等。目前应用最广的就是纤维素焊条下向焊打底加半自动药芯焊丝自保护下向焊填充盖面工艺,全国大部分管道施工都使用此种工艺。由于管径大,输送压力高,因此长输管道所用钢管一般都是高碳钢制作,钢级都在X60以上,也有采用X80钢,均属于高强钢,管道焊缝一般也都是同种材质的。
焊材一般采用纤维素焊条、低氢焊条、药芯焊丝、实心焊丝加气保护等。管管焊接对接形式一般采用坡口,一般有V型、U型、复合型等,视钢管的壁厚等参数而定。
二、焊缝常见质量缺陷及原因分析
焊接缺陷的种类很多,不同标准也有不同分类方法。在此将长输管道施工与焊道检测方式紧密结合,列出在实际焊接过程中出现较为频繁的五种质量缺陷。
1、咬边
咬边即通常所说的焊道咬肉,主要是由于在焊接过程中熔敷金属未能盖住母材的坡口,在焊道边缘留下的低于母材的缺口。浅短的咬边可以不作处理,但过深的咬边会对焊道力学性能产生严重的影响。咬边将减少母材的有效截面积,在咬边处引起应力集中,降低接头强度,特别是低合金高强钢的焊接,另外咬边的边缘组织被淬硬,易引起裂纹。
预防措施:调整好焊接参数,避免电流太大、电弧过长、电弧力不集中而导致熔池熔敷不到位;调整焊条或焊丝的倾斜角度,以防出现偏吹等情况;操作手法要稳,运条的摆动要到位。
2、夹渣
夹渣是指焊缝中存在的熔渣、铁锈或其他物质,在焊道根部、层间均可能存在,最常见的就是层间夹渣。夹渣形状不同,大小不一,其中危害最大的就是呈尖锐形的夹渣,影响焊道的塑性,尤其是在焊道受拉应力时产生严重的应力集中。
预防措施:多层焊时,焊丝、焊条等产生的熔渣要清理干净,避免熔渣埋入焊道;避免焊接电流较小,导致熔渣不能充分融化而浮出熔池;如果坡口太小或上层焊道与坡口间形成了夹角,熔渣因不能充分融化而浮出熔池。
3、未熔合及未焊透
未熔合是指焊接时焊道与母材坡口、上层焊道与下层焊道之间没有完全熔化结合形成的缺陷。未熔合是一种面积缺陷,坡口未熔合和根部未熔合对承载截面积的减小都非常明显,应力集中也比较严重,其危害性仅次于裂纹。未焊透是指母材金属未熔化,焊缝金属没有进入接头根部的现象。未焊透对焊道的危害很大,它使焊道的有效截面积减少,同时由于属于开口性缺陷,又能造成严重的应力集中。在管道进行下沟作业或承压很高的情况时,如果未焊透深度很深,会出现焊道沿未焊透处撕裂现象。
预防措施:坡口加工要严格按规范执行,角度不能太小,要保证间隙宽度,钝边不能太厚。层间清理不要过度,以免造成坡口被打宽,形成沟槽等。操作手法要稳,要控制好电流,避免线能量输入太小。
4、气孔
气孔一般是由于熔池中的气体在熔化金属凝固时没有逸出所形成的。其形式有条形气孔、密集气孔、球形气孔、柱状气孔等。气孔缺陷中除了一些深度很深的柱孔和面积很大的圆形气孔外,其他气孔的危害性都较小,甚至还有止裂倾向。
预防措施:施焊前,焊材、坡口要清理干净,不能有铁锈、油污等,同时要避免焊材受潮;调整好焊接电压、电流;焊接速度不要太快;气体保护焊时保护气流量不能过大或过小。
5、裂纹
裂纹是焊接中危害性最大的一种缺陷,主要有结晶裂纹、液化裂纹、延迟裂纹,由于其有延伸性,在焊道存在内应力的情况下裂纹会一直延伸扩展,直至焊道破坏为止。因此在长输管道的施工中,裂纹缺陷是不允许存在的,通常也不允许返修,必须割口重焊。在管道施工中,裂纹的产生基本都是由于工艺规程执行不到位、外部应力太大等情况造成的。
预防措施:选用抗裂性好的钢材制作钢管,合理选择焊接材料及烘干,严格按照焊接工艺评定的要求施工,以确保焊缝的组织结构塑性和韧性;严格按照工艺要求进行预热,冬季施工时应采取保温措施,必要时进行热处理或焊后加热;严格控制组对应力,尽量不使用外对口器进行强制组对。尤其是在管道进行连死头时,切不可采用千斤顶、吊管机上提、挖掘机下压等来调节对口间隙的强力组对方式。
三、焊道缺陷的检验及处理
油气长输管道运行压力较高,为确保管道使用寿命和运行安全,必须对焊道的施工质量进行检验,以确保管道不会在运行中泄露、爆裂等导致输送介质外泄,造成经济损失和环境污染。在管道焊接、无损检测完成后,管道质量的最后一道检验工序就是压力试验。试压一般分段进行,按照最低点压力不超过管道屈服强度的 90%,最高点压力达到设计压力的要求进行试压分段。由于长输管道输送压力都比较高,通常为安全起见,试压介质采用洁净水。水压试验时进行强度试验和严密性试验。输气管道按照地区等级不同强度试验压力也不同,一般四级地区要求达到设计压力的 1.5 倍。输油管道要求强度试压压力达到设计压力的 1.25 倍。
焊接工序完成后,施工机组进行焊缝外观的自检,合格后向检测公司进行无损检测申请(检测方式是 X 射线检测和超声波检测)。检测完成后,合格的焊口进行防腐补口处理,不合格的焊口进行返修处理。返修方法是按照射线检测底片位置在焊道上进行标记,然后采用角向磨光机将焊缝打开,找到缺陷后磨除,然后补焊。
四、焊接质量总体控制
质量控制因素主要可以归纳为:人员设备因素、材料因素、环境因素、工艺因素。由于管道施工前的焊接工艺都经过严格制订,并通过了多种检验手段的检定,因此施工中产生的质量问题一般都是由前三个方面导致的。
任何长输管道工程都要求参与焊接的每名焊工必须持有压力容器操作资格证,同时开工前要对拟上岗的焊工进行一次考试,合格后方可上岗。焊接材料是影响焊接质量的关键因素,开工前要严格保证焊接材料符合要求。长输管道的施工环境一般都比较恶劣,尤其是水网、风区、山区、林区、雨雪等对焊接的施工质量影响很大。对于环境温度,一般低于 5 ℃就属于冬季施工,需要采取特定的工艺措施。
参考文献
关键词:海洋钻井平台;移动式平台;固定式平台;固定式平台;焊接缺陷
海洋钻井平台(drilling platform)是主要用于钻探井的海上结构物:平台上装钻井、动力、通讯、导航等设备,以及安全救生和人员生活设施,是海上油气勘探开发不可缺少的手段。海洋平台包括:(1)移动式平台:坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜式平台、张力腿式平台、牵索塔式平台;(2)固定式平台:导管架式平台、重力式平台。本文针对海工高强度钢在焊接时易出现的缺陷。本文分析了海洋平台桩腿固定式平台制造中焊接问题,重点对裂纹、晶粒长大引起的冲击韧性下降,热影响区软化等缺陷问题进行分析并提出解决对策。
1施工焊接工艺
1.1裂纹。(1)碳当量。碳当量是判断构件产生裂纹的主要数据。500MPa级超高强钢的CE值平均在0.6左右,这说明存在着很强的淬硬倾向,钢中的淬硬倾向越大,越容易产生裂纹。这样情况下,钢在淬硬以后形成脆硬的马氏体组织,而金属的强度理论表明,马氏体是一种脆硬的金属组织,自身的特性决定发生断裂时只需消耗较低的能量,因此,焊接节点处有马氏体的存在,裂纹便形成和扩展,造成损失。另外,钢淬硬后产生很多的晶格缺陷,主要是空位和位错。在应力和热力不平衡的条件下,空位和位错都会发生移动和聚集,当它们的浓度达到一定的临界值后,就会形成裂纹源。在应力的继续作用下,会不断地发生扩展而形成宏观的裂纹,导致结构报废。(2)氢作为引起焊接冷裂纹的重要因素之一,具有延迟的特性。当焊缝中氢的浓度升高到一定数值时,应力的作用促使产生裂纹。这种裂纹具有滞后性,所以产生的破坏性也就更大。一般在热影响区氢致裂纹出现比较多,而超高强度钢焊缝的合金成分复杂,焊接时热影响区的组织转变先于焊缝,氢从热影响区扩散到焊缝,延迟裂纹就此产生在焊缝上。(3)超高强钢焊接时产生冷裂纹的另一个决定。焊接节点处的应力状态,在某些特定状态时,还起决定性的作用。焊接节点处所承受的拘束应力还有不同温度加热和冷却过程中所产生的热应力和金属进行相变时产生的组织应力。
1.2冲击韧性的下降。高强度钢都存在一个冲击韧性最佳的冷却时间过小或过大都会使冲击韧性下降。冲击韧性下降原因是由于全部获得马氏体,引起脆化原因除奥氏体晶粒粗化引起的脆化外,主要原因是由于上氏体和块状的M-A组元也是使冲击韧性下降的一个重要因素。
1_3热影响区的软化。高强度钢普遍存在热影响区软化问题,这种影响对焊后不再进行调质处理的低碳钢来说尤为重要。钢材屈服强度级别越高,这类问题越突出,尤其是500 MPa以上级别的超高强度钢。
2解决对策
2.1焊前预热。可通过预热来降低马氏体转变时的冷却速度,同时也是通过马氏体的回火作用来提高抗裂性。预热温度一般控制在2000以内,否则不仅对防止裂纹起不到作用,相反还会使冷却速度低于出现脆性混合组织的临界冷却速度,使焊接热影响区韧性大大降低。
2.2选择适当的焊接材料。氢除了来源于焊接材料中的水、焊件坡口处的铁锈、油污以及环境湿度等因素以外,主要是来自焊接材料。而超高强度钢的焊接是需要使用低氢焊接材料的。低氢型焊条在发放之前必须进行烘干。焊剂必须干燥且未受污物、氧化皮或其它外来物的污染。焊剂必须在使用前以不低于260度烘干1 h,并在手感温热的时候使用。
2.3线能量的控制。选用小线能量方法,就是多层小焊道焊缝,根据焊接材料厚度127mm或154mm桩腿焊接焊道层数约为30层以上,不仅可使焊接热影响区和焊缝金属有较好的韧性,还可以减小焊接变形。对于焊接接头熔合线处最薄弱的粗晶区冲击韧性的影响很大,如果控制在10~30 s之间,则熔合线处粗晶区能保证很好的冲击韧性,甚至比母材还好。
2.4严格控制层间温度。层间温度起着与预热同样的作用。最小层问温度为75度,最大为200度也就是说,层问温度最小控制在预热温度的下限,而最大层间温度也不能过高。
2.5焊后热处理。超高强钢的合金化原理就是在低碳的基础上通过加入多种提高淬透性的合金元素来保证获得强度高、韧性好的低碳马氏体和部分下贝氏体的混合组织。低碳贝氏体组织比相同含碳量的铁素体一珠光体具有更高的强度,因此,低碳贝氏体组织的屈服强度可以达到为450~800MPa。冷却速度不能过快。目的有利于氢的逸出,防止冷裂纹,保证焊接强度。
关键词:钢结构焊接缺陷;施工质量;影响
中图分类号:TU391文献标识码: A
前言钢结构工程作为现代建筑施工中的重要组成部分,对建筑工程施工质量起着至关重要的作用,因此做好钢结构工程焊接工作很重要。钢结构焊接是一项较为复杂的技术,且钢结构强度与一般地质材料相比要高。
一、造成钢结构焊接缺陷的因素
1、施焊操作人员因素
加强对焊工的质量意识教育,提高整体责任心和一丝不苟的工作作风,并建立质量责任制。定期对焊工进行岗位培训,从理论上掌握工艺规程,从实践上提高操作技能水平。生产中要求焊工严格执行焊接工艺规程,加强焊接工序的自检和专职检验人员的检查。认真执行焊工考试制度,坚持焊工持证上岗,建立焊工技术档案。
2、焊接机器设备因素
定期对焊接设备进行维护、保养和检修,重要料:焊接原材料因素加强焊接原材料的进厂验收和检验,必要时要对其理化指标和机械性能进行复验。实行在生产中焊接原材料标记运行制度,以实现对焊接原材料质量的追踪控制。
3、焊接工艺方法因素
必须按照有关规定或国家标准对焊接工艺进行评定。选择有经验的焊接技术人员编制所需的工艺文件,工艺文件要完整和连续。按照焊接工艺规程的规定,加强施焊过程中的现场管理与监督。
4、环境因素
当环境条件不符合规定要求时,如风力较大,风速大于四级,或雨雪天气,相对湿度大于90%时,可暂时停止焊接作业,或采取防风、防雨雪措施后再进行焊接;在低气温下焊接时,低碳钢不得低于-20℃,普通低合金钢不得低于-10℃,如超过此温度界限,可对工件进行适当地预热。
二、钢结构焊接缺陷对施工质量的影响
定期校验焊接设备上的电流表、电压表、气体流量计等各种仪表,保证生产时计量准确。建立焊接设备状况的技术档案,为分析、解决出现的问题提供依据。建立焊接设备使用人员责任制,保证设备维护的及时性和连续性。
焊接缺陷会引起焊接部位的变化,再进一步影响工程中的应力分布。譬如球形的空洞缺陷会减少焊接缝局部的应力,但是当缺陷进一步产生裂纹时,会加强其中的应力集中度;再如焊接缺陷中包括的一种夹渣缺陷,夹渣缺陷的裂纹区域也会产生应力集中。焊缝的焊角尺寸、焊缝错边形成的不连续接缝也会影响工程中的应力集中。钢结构焊接缺陷还会引起工程的脆性断裂。工程的脆性断裂多是因为工程中的应力集中度发生变化,一般结构中的应力集中度越高,工程结构发生脆性断裂的几率越大,而焊接缝处的脆性断裂发生几率尤其高。部分钢结构焊接缺陷引发结构脆断裂是有一定的温度条件的,如在钢结构焊接缺陷中,夹渣与气孔的比例较小且结构的材料温度控制在一定范围内的时候该类学前的危害便小。焊接缺陷还会对工程产生非脆性破坏。焊接缺陷的非脆性破坏主要是由一些焊接气孔及夹渣等一些不连续的缺陷引发的。焊接的气孔缺陷会影响焊接缝的牢固性,进而影响焊接结构件的承载性能,出现非脆性破坏。夹渣缺陷尤其是一些垂直排列的夹渣缺陷主要影响工程的抗拉强度,工程的抗拉程度关系到工程的使用性能与使用性能,夹渣缺陷的存在会减少工程的使用寿命。钢结构焊接缺陷还包括焊接中咬边等几何形状不规律的接缝缺陷,这些不规律的接缝缺陷会直接降低焊接构件中的应力集中度及构件的承受能力,引发工程的非脆性破坏。
三、钢结构焊接常见缺陷及补救方法
1、应力变形
产生原因:在对钢结构构件进行焊接时容易出现内应力而焊接完成后则容易出现残余应力,并导致构件变形,这种变形现象是无法避免的。由于焊接变形矫正需要花费大量的人力和时间,因此有些施工人员为了达到焊接变形控制目的,对焊接残余应力过于忽视,采用支撑或者卡具来提高构件刚性度,以避免焊接变形,但是实际上使得焊接后构件残余应力大大增加,产生严重的变形现象,虽然构件变形程度低,但是在内应力作用下,容易出现裂纹。
补救方法:对于焊接应力较大、拘束性较大的钢结构构件,应该尽可能使焊缝在拘束性较小的情况下进行焊接,不要采取增加刚性的措施。当组装构件时,若焊缝过多,必须依据焊缝分布情况及构件形状,先对收缩量相对较大的焊缝进行施工,后对收缩量相对较小的焊缝进行施工,或者先对拘束性较大且不可自主收缩焊缝进行施工,后对拘束性较小且能够自主收缩焊缝进行施工,以形成良好的收缩条件,避免应力变形现象的产生。当每层焊道焊接完成后,需及时用圆形小锤或者电动型锤击设备,对焊缝金属进行均匀敲击,使焊接构件塑性变形,以将焊缝冷却之后所产生的拉应力相互抵消。但是要注意盖面表层、坡口内侧及底部焊道与坡口面临近两边焊道不能锤击,以避免焊接裂纹的产生。
2、侧弯与扭曲
产生原因:钢结构工件组装时,未设置相应平台;工件组装间隙设置不均匀;在运输时由于起吊位置错误而形成侧向弯曲缺陷。扭曲也是导致钢结构焊接变形的重要因素之一,其产生原因:节点角钢的拼接间隙设置不均匀,严密度不足;构件刚度较差,在翻身加工时,未对其进行加固;虽然在构件翻身加工时进行了加固,但是平整度较差,导致焊接初期就出现扭曲现象。
补救方法:在钢结构焊接前,设置挂线监察平台,严密检查钢结构焊接的水平性,并保证构件运输和退房受力一致性,防止侧向应力的产生。为了防止钢结构焊接扭曲问题的产生,在构件下料前,必须对每个节点进行放样,并根据节点放样尺寸进行下料作业。再者,在构件拼接中,要使基准面维持水平。若钢结构焊接出现侧弯现象,可通过三角加热方式对侧弯部位进行矫正或者在千斤顶辅助下进行矫正。若钢结构焊接发生扭曲时,可在千斤顶辅助下,通过火焰加热方式进行矫正,若扭曲严重程度极大,则可通过火焰加热法将焊缝分开,然后利用翼板对其矫正,再重新焊接。
3、热裂纹
产生原因。热裂纹主要是在高温条件下形成的裂纹,又可称为结晶裂缝或者高温裂纹,一般情况下,热裂纹多见于焊缝内部或者热影响范围。热裂纹主要是受到力学作用和冶金因素的影响而形成的。在结晶中,焊接熔池存在一定的偏析现象,熔点较低的共晶与杂质能够以液态间层的形式存留在结晶中,并粗线偏析现象,当其凝固之后,其凝结刚度较低。如果焊接应力较大,能够将刚凝固或者以液态间层形式存留的构件拉开,并出现裂纹。
补救方法:对焊接材料内存在的偏析元素进行限制,例如,对碳、磷、硫等元素含量进行有效控制。对焊缝金属成分进行调整,以提高焊缝金属塑性,降低其偏析程度,并对熔点较低共晶影响进行有效控制。对焊接方向与顺序进行合理控制,并对焊缝形状进行改善,通过多层多道方式进行焊接,以防止中心偏析现象的产生,避免中心裂纹的产生。
结束语
钢结构工程焊接工艺作为现代建筑工程施工的重要环节,对现代建筑施工质量提升具有重要意义。因此,要求施工人员必须做好钢结构工程的每个焊接工作,并对每个焊接工序进行严格控制,以避免焊接缺陷的产生
参考文献
[1]孙生玉.钢结构焊接中的常见问题探讨[J].中国新技术新产品,2009,6(2):87-88.