焊接接头的质量控制

焊接接头的质量控制

摘要：本文探讨了在焊接接头时材料的匹配关系，选择合适的焊接材料、合理的坡口形式和焊接工艺，确保焊接接头的强度、塑性、韧性、抗腐蚀性、抗氧化性和抗疲劳性。焊接线能量及工艺参数直接关系到焊接热循环，影响到焊接接头的组织和性能。尽量减少组装造成的焊缝残余应力。

关键词：焊接工艺接头材料焊缝

焊接接头是钢结构工程的一个细胞，是产品质量的重中之重，影响焊接接头性能的因素很多，围绕着如何控制其性能，在此作一综合论述。

一、材料匹配

根据母材的化学成分和力学性能，选择合适的焊接材料、合理的坡口形式和焊接工艺，确保焊接接头的强度、塑性、韧性、抗腐蚀性、抗氧化性和抗疲劳性。

二、焊接工艺方法

不同焊接工艺方法有其不同特点，因而对焊缝和热影响区的性能也产生不同影响。

1.从合金元素烧损和减少焊缝中的杂质元素及气体含量来看

1.1气焊合金元素烧损较大，焊缝中气体含量及杂质元素高，故气焊接头性能较差。

1.2手工电弧焊和埋弧自动焊由于分别采用气-渣联合保护和渣保护，合金元素烧损较少，焊缝中气体含量及杂质元素较少，故焊缝金属性能较好。

1.3手工钨极氩弧焊合金元素基本没烧损，焊缝中气体含量和杂质极少，可以获得最好的焊缝。

2.从焊缝的组织特点来看

2.1气焊加热速度慢，易产生过热和过烧的组织，致使焊缝性能恶化。

2.2埋弧自动焊电弧功率比手工电弧焊大得多，故焊缝的结晶组织也较手工电弧焊粗大，因此在同样条件下与手工电弧焊相比，焊缝金属的冲击韧性较低。

2.3手工钨极氩弧焊热量集中，焊时冷却速度快，焊缝结晶组织较细，性能也较好。

3.从热影响区宽度来看

气焊、埋弧自动焊热影响区较宽，手工电弧焊次之，而手我钨极氩弧焊最窄。

根据以上各种焊接方法特点综合考虑。例如，为提高焊接接头质量，低碳钢和耐热钢管道的焊接，宜采用手工电弧焊和钨极氩弧焊；低温钢焊接时，由于埋弧自动焊的焊接线能量很大，一般-70℃以下的低温钢焊接时不采用埋弧自动焊。

三、焊接线能量及焊接参数

焊接线能量及工艺参数直接关系到焊接热循环，影响到焊接接头的组织和性能。

1.焊接线能量的影响及控制

1.1对焊接熔池形状、结晶特征和性能的影响焊接速度不仅影响焊接线能量，而且直接影响焊接熔池形状，焊接速度提高使椭圆形熔池变成雨滴状熔池，雨滴状熔池易形成窄焊缝，使杂质和元素在焊缝中心线偏析，易产生中心线裂纹。因此要控制焊接速度，应恰到好处。焊接速度快，可直接影响焊接线能量，随着焊接速度提高，熔池结晶速度加快，焊缝一次性结晶组织显著细化，可以改善焊缝金属的塑性、韧性。但是为了防止产生雨滴状熔池导致焊缝中心线裂纹，焊接速度不宜太快；为了改善焊缝金属性能速度又不宜太慢，焊接速度必须恰到好处。

1.2对焊缝形状及性能的影响采用大电流、中等焊接速度可获得较宽焊缝形状，柱状晶易从底部向上生长，使最后凝固时的杂质推向焊缝表面，改善焊缝中心线处的力学性能，

采用小电流，快焊速，获得的形状很窄，柱状晶从两侧熔池向中心生长，最后形成严重的中心线偏析，杂质集中，性能下降，焊接应力足够大时易出现裂纹。

1.3对焊缝组织和性能的影响采用小的线能量可获得细的胞状晶组织，中等线能量可得到胞状树枝晶组织。为了提高焊缝塑性、韧性，提高金属的抗裂性，要求焊缝具有细小的结晶组织，焊缝中的偏析程度应小而分散。因此，在满足工艺和操作要求的条件下，尽可能减小焊接线能量。采用较小电流和较快焊接速度代替大电弧和慢焊接速度，获得细小的胞状组织，提高焊缝力学性能和抗裂性；焊接速度不宜太快，防止出现中心线裂纹；或者采用多层多道焊，

1.4对过热区晶粒长大和性能的影响焊接线能量越大，高温停留时间越长，过热区域越宽，过热现象越严重，晶粒越粗大，塑性和韧性严重下降，甚至会造成冷脆。为此应尽量减小线能量，减小过热区宽度，降低晶粒长度，低温钢尤为重要。

焊接线能量对焊接时加热速度和冷却速度有较大影响。对于易淬火钢，在一般冷却速度下很容易产生很硬的马氏体组织。因此，常采用对接头焊前预热、控

制层间温度和焊后缓冷等工艺措施，以降低冷却速度。综上所述，所谓控制线能量，一是控制线能量上限不要使焊接过量过高；二是要控制线能量的下限，不要使焊接线能量过低，若过低会冷却得快，热影响区及熔合线下会出现硬化组织的裂纹。某球罐95%的裂纹均出现在环缝上，就是因为该焊缝焊接时热量低，冷却快，表面有一层硬化组织，从而导致裂纹。

2.对热应变脆化区性能的影响控制

采用较少的焊接线能量，可以减小焊接应力和热影响区的热塑性应变量，有利于减轻热应变脆化的程度。

四、尽量减少组装造成的焊缝残余应力

焊缝残余应力分两种。

1.在组装时用千斤顶、倒链等强制组装，出现严重的拘束，造成组装残余应力。

2.对焊接坡口和焊接顺序根据焊接工艺评定选择，厚板容器或管道采用X形坡口、外大内小的坡口为宜。组装用工、夹具全部焊疤在筒体外侧，使介质直接接触的内侧表面杜绝焊疤，提高筒体管道的使用安全性。

五、对焊缝余高和焊缝咬边不容忽视

焊缝余高不宜过高，并应与母材圆滑过渡，这样可以减少应力集中，提高产品抗脆和抗疲劳断裂的能力。咬边会造成应力集中，是延迟裂纹的外因。国外有报道指出，咬边的应力集中系数超过3，咬边存在，对压力容器、压力管道的强度、应力腐蚀、疲劳强度等均不利。对于储存H2S的容器及管道，咬边处存在积聚残余的腐蚀介质，日益浓缩，再加上咬边属于高应力区，会大大增加应力腐蚀的危险性。

由上所述，应力腐蚀开裂的脆性损坏，断裂形式有晶间开裂或穿晶开裂，在施工中必须采取措施，严加防范。加强电焊机使用的管理，控制有毒有害气体伤害人体健康，防止电击伤人及火灾的发生。

参考文献：

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[2] 徐永春，郑荣跃，王者静，唐国金. 基于断裂力学的机械结构件焊接节点疲劳性能研究[J]. 中国机械工程. 2004（24）