锅炉水冷壁管焊接缺陷的成因及解决办法

锅炉水冷壁管焊接缺陷的成因及解决办法
摘要：本文通过对我公司承建的越南金瓯化肥项目辅助锅炉水冷壁管焊接无损检测过程中出现的问题，通过对底片和现场实际出现缺陷位置的分析，找出产生问题的原因并提出处理的措施。

关键词：水冷壁管缺陷气孔未焊透
1 前言
我公司承建的越南金瓯化肥项目，其中有一台200t/h辅助锅炉由我公司施工。

在前期的焊接出现了一部分问题，无损检测合格率仅仅为80%左右，一部分很有焊接经验的焊工都无法接受这种结果。

下面通过对出现的焊接缺陷从理论上分析，并结合实际出现问题的部位，找出问题产生的根源，提出了相应的控制措施。

2 缺陷的分析
从检测公司的无损检测结果来看整个现场主要出现了以下的几种缺陷：未熔合、未焊透、气孔、密集性气孔，各缺陷在返修片子数量中所占比例分别为：未熔合5%，未焊透30%，气孔54%，密集性气孔11%。

从无损检测结果来看主要的缺陷是气孔和未焊透，其所占比例达到了95%，如果能找到导致气孔和未焊透产生的原因，从根本上掐断气孔和未焊透产生的源头，那么焊接的一次合格率一定能有一个质的飞跃，满足现场焊接施工质量的要求。

2.1 气孔产生的原因及分析
气孔的实质就是在金属凝固期间未能及时浮出而残留在金属中的气泡。

从理论上分析，气孔的产生主要是以下三方面的因素。

材料因素：①焊件或焊接材料不清洁；②焊条的成分以及保护气氛；③焊条偏心，药皮脱落。

结构因素：在立焊和横焊时易产生气孔。

工艺因素：①当电弧功率不变、焊接速度增大时，会增加气孔的产生倾向；②焊接时电弧拉的过长；③焊条使用未进行烘干或烘干不够；④焊条在焊接过程中由于保护不当而吸潮；⑤保护气体气体流量不合适。

通过查看无损检测的底片以及到现场实地核对，发现一部分被评为气孔的缺陷实际上是夹渣，并且出现这些缺陷的位置主要是在管子的三点钟和九点钟方向，在上下焊缝接头的地方，具体如下图1所示。

Φ60.3×4mm
Φ60.3×4mm Φ60.3×4mm Φ60.3×4mm
容易出现气孔和密集型气孔的区域
图1 气孔出现频率高的区域
综合现场焊接情况来分析，出现气孔或者夹渣部位都是由于水冷壁管连成一片，相邻的管子之间仅仅剩下19.7mm 的距离，在焊接的时候管子之间相互限制，一般的氩弧焊枪伸进此区域后，只能焊接到管子的三点钟和九点钟正方向的立焊位置，要想继续焊接完整条焊缝就必须到另一面或者另一个焊工从三点钟和九点钟正方向接着焊接。

如果接头部位的高熔点氧化物未能处理掉，同时由于位置的限制，那么在焊接时极易夹在焊缝的熔敷金属中形成夹渣。

如果焊接材料不干净的话，下部分焊道产生的熔渣会被熔池推到接头部位，打磨不好或者未打磨到，都可能会导致在焊接接头部位的时候熔渣无法析出而产生夹渣。

在焊接的三点和九点钟位置，氩弧焊枪内的气体也会由于位置的限制无法对整个熔池形成有效地保护，同时由于气流的作用会在焊接区域形成一段的紊流区域，容易将空气带入保护气体而形成气孔，具体如下图2所示。

在接头部位由于空间小，有时候不小心在接头处形成打弧点，焊接时没处理干净或者无法处理一旦焊接就可能形成密集型气孔。

Φ60.3×4mm Φ60.3×
4mm
处逸走
图2 保护气体在三点钟和九点钟方向气流图
2.2 未焊透产生的原因及分析
从理论上说，未焊透的产生与材料因素基本没有关系，主要与结构因素和工艺因素有关。

未焊透产生的结构因素主要包括：坡口角度太小、钝边太厚、坡口间隙太小。

对于氩弧焊接来说未焊透产生的工艺因素是由于焊接电流太小或者焊接速度过快造成的。

通过查看无损检测的底片以及到现场实地核对，发现被无损检测人员评为未焊透缺陷的片子，有个奇怪的特点：在底片上显示的阴影长而且比较宽，基本占据焊缝的三分之二左右，而且阴影边不是那种很直的阴影，与一般的未焊透直边有区别。

后来，通过现场比对，发现这部分缺陷出现的位置如上图3所示的位置。

经分析，此部分在片子上出现阴影的区域不是未焊透，应该是焊缝塌陷以后产生的凹陷。

通过与焊工交流，焊工为了连续焊接起弧焊接的起焊点超过了六点钟方向，而且在焊接的过程中未调整电流，导致输入的热量过多，后面焊接到七到八点钟方向时，熔池温度过高导致塌陷，形成焊道内表面有明显的高低不平，在无损检测的底片上形成明显的对比。

Φ60.3×4mm
Φ60.3×4mmΦ60.3×4mmΦ60.3×4mm
图3 所谓“未焊透”的现场实际位置
2.3 未熔合产生的原因及分析
从理论上来讲，未熔合的产生与材料和结构因素基本没有关系，其产生主要是由于工艺因素造成的。

导致未熔合的产生的工艺因素包括以下几点：①电流小或焊接速度快；②坡口或焊道有氧化皮、熔渣及氧化物等高熔点物质；③操作不当。

通过分析射线探伤底片上的情况，在底片上确实出现了类似直边的阴影，结合现场焊接的情况，此缺陷实际上是由水冷壁管本身造成的，水冷壁管集气箱焊接的小短节由于受的热量不一样，焊接时已经发生不规则的变形，而且水冷壁管与集气箱上的小短节都是预制好成片到达现场，所以部分管在对口的时候出现坡口间隙宽窄不一的情况，焊工为了焊透此部分焊缝区域，在间隙比较小的区域停留的时间会稍长，透出的焊缝内凸起比较大，但由于焊缝坡口间隙小，所以形成的焊缝与母材不是平滑过渡，形成一个陡峭的“山峰”，在底片上显示的就很容易成为一条直线，这就形成了底片上的直边。

3 解决办法及采取的措施
结合现场的实际情况来分析，这些缺陷产生与工艺因素有很大的关系，同时与焊工的责任心也有很大的关系。

举个例子，若到达现场的集箱管子或者成片的水冷壁相差比较大，如果管工在对管的时候没有将错口均匀地分布在整个焊缝上或者无法均匀错口时，错口集中在了一段上，那么当焊工焊接的时候就必须特别小心，如果打底的电流不合适或者弧长拉的过长，则会造成未焊透，电流过大又形成了凹陷。

同时，焊工在引弧时未采用高频，一旦在接头部位的三点钟或九点钟形成打弧点，如果无法打磨干净或者无法处理，那么很容易形成夹渣和密集型气孔。

因此，通过技术部门的
讨论与研究，决定采取以下几个方面的措施，来预防以后的焊接中出现上述同样的问题：
①从材料上来控制。

选用质量好的焊接材料，防止由于材料问题而产生缺陷。

在焊接之前认真清理焊丝上的污渍和锈迹，杜绝焊丝本身对焊接的影响。

②从机具上控制。

由于水冷壁管属于障碍焊接，因此许多地方要用到比较特殊的工机具，公司积极联系购买此部分的专用工机具，安排性能优越满足焊接要求的工机具进行此部分管道的焊接。

③从管工上控制。

加强管工的责任心，将所有的偏差均匀地分布在整道口上去。

如果集箱或者水冷壁管上的管道失圆时，要尽量调整圆度。

对口时，间隙的大小一定要合适，整道焊缝间隙均匀，同时坡口不能过小。

清理坡口一定要按照相关的要求，不要为省事不清理或随便清理下，一定要将坡口周围10mm的锈、油等可能影响焊接质量的污物清理干净。

④从焊工本身控制。

加强焊工的责任心。

焊工应熟悉相关的焊接工艺参数，在焊接时不要为了快而选择大的焊接参数。

如果确实由于总包提供的材料不合适而造成现场焊缝错口时，要及时将问题反映给技术员，待问题解决有明确的施工指令后再进行施工，不要认为材料的问题不是你的问题。

在焊接过程中，一定要将层间的焊渣、打弧点等清理干净，不要将焊接电弧拉得过长。

在焊接过程中，接头必须进行打磨。

在进行气体保护焊接的时候，气体流量一定要合适，不要认为流速越大焊接保护效果就越好。

焊接完成后及时将焊缝表面的电弧灼伤、飞溅、焊瘤等缺陷清理干净。

现场发现什么问题时（如管材、保护气体等），要及时与技术员或者质检员沟通。

对个别焊工无视焊接质量、责任心不强、合格率极低和焊接通病也不及时整改的焊工，应由项目部停止其焊接资格，另行安排工作。

同时，现场各焊工应对质检员或技术员提出的技术问题，认真对待及时整改。

⑤从检查系统控制。

质检部门对于焊前坡口检查、焊接过程中层间清理及接头清理、焊后焊缝的外观质量的检查一定要严格控制，并且能及时将检查的结果反馈到作业组或者焊工本人，在出现问题之前将问题扼杀在萌芽状态。

在巡检中如果发现相关的问题要及时与技术员或其他的相关单位进行沟通，及时将问题解决。

⑥从技术系统控制。

质检员、技术员和作业班组一定要良好的协作，有什么问题大家一定要及时的沟通，共同研究找出问题的根源，采取相应的措施，避免一而再再而三的犯同样的错误。

技术员一定要经常进入施工现场，对本人负责的工号施工质量进行检查，发现问题及时解决或与其他部门沟通，避免由于质量控制不当造成巨大的经济损失。

4 效果验证
通过一系列的努力，在进行第二片水冷壁管道的焊接时，无损检测的合格率上升到94%以上，达到了一个令人满意的效果。

5 结语
总之，只有大家一起共同配合和努力，及时从技术上解决现场问题产生的根源，并且采取相应的控制措施，才能不但从量上做出满意的成绩，而且从质上做出满意的成绩，为项目的优质、高效完成打好基础。

参考书目：
1、《焊接工程缺欠分析与对策》陈伯蠡著 1998年1月第一版。