無論是大型金屬容器,還是長達數(shù)百公裏的(de)流體輸送管道,都是通過焊接(jiē)的方法連接起來的。通過焊接(jiē)的方(fāng)法,可以得(dé)到機械性能優良的焊接接頭(tóu)。但是,在焊(hàn)接的(de)過程中(zhōng),由於人為的(de)因素及其他(tā)自然(rán)因素的影響(xiǎng),在焊縫形成過程中不可避免地存在著各(gè)種缺陷(xiàn)。焊縫上發生的泄漏現象,相(xiàng)當大一部分是由焊接過程中所遺(yí)留(liú)下來的焊(hàn)接缺陷所引起的。
最常用的焊接方法(fǎ)是電焊和氣焊。兩者常見(jiàn)的焊縫缺陷簡介(jiè)見如下所述。
1.電焊焊縫缺陷
電焊是通(tōng)過電能所產生的高溫電弧而得到整體金屬接頭(tóu)的過程。電焊焊縫常見的缺(quē)陷主要有(yǒu)以下幾種。
(1)未焊透焊件的間隙或邊緣未熔化,留下的間隙叫未焊透,如圖6-6所示。由於存在著未焊(hàn)透,壓力(lì)介質會(huì)沿著層間的(de)微小間隙出現滲漏現象,嚴重時也會發(fā)生噴射狀泄(xiè)漏。
(2)夾渣在焊縫中存在的非(fēi)金屬物質稱為夾渣,如圖6-7所示。夾渣主要是由於操作技術不良,使(shǐ)熔池中的熔渣未浮出而存在於焊縫之(zhī)中,夾渣也可能來自母材的髒物。
夾渣有的(de)能(néng)夠看到(dào),稱為外缺陷;有的存在於焊縫深處,肉眼無法看到,通過無損探傷可(kě)以看到,稱為內缺陷。無論內(nèi)缺陷還是外(wài)缺陷,對焊縫(féng)的危(wēi)害都是很大的,它們的存在(zài)降低了(le)焊縫(féng)的機械性能。而某些(xiē)具有針狀的顯微夾雜物(wù),其夾渣的尖角將會引起應力集(jí)中,幾乎和裂紋相等。焊縫裏的針狀(zhuàng)氮化物和磷化物,會使金屬發脆,氧化鐵(tiě)和硫化鐵還能形(xíng)成裂紋。
夾渣引起的焊縫泄漏也是比較常見的,特別是在(zài)那些焊縫質量要(yào)求不高的流體輸送管(guǎn)路及容器上,夾渣存在的焊(hàn)縫段內會造成(chéng)局部區域內的應(yīng)力集中,使夾渣尖端處的微小裂紋擴展,當這個裂紋穿透管道壁厚時,就會發生泄漏現象。
(3) 氣孔在金屬焊接過程中,由於(yú)某些原(yuán)因使熔池中的氣體(tǐ)來不及逸出而留(liú)在熔池內,焊縫中的流體金屬凝固後形成孔眼,稱之為氣孔,如圖6-8所示。氣孔的形狀、大小(xiǎo)及數量與母材鋼種、焊條性質、焊接位置及電焊工的操作技(jì)術水平有關。形成氣孔(kǒng)的氣體有的是原來熔解於母材或焊條(tiáo)鋼芯(xīn)中的氣體;有的是藥皮在熔化時產生的氣體;有的是母材上的油鏽、垢等物在(zài)受(shòu)熱後(hòu)分解產生的;也有的來自於大氣。而低碳(tàn)鋼焊縫中的氣孔主要是氫或一氧化碳氣孔。
根據(jù)氣孔產生部位的(de)不同,可分為表麵氣孔和內部氣孔(kǒng);根據(jù)分布情況的不同,可分為疏散氣孔、密集氣孔、連續氣孔等。這些氣孔產生的(de)原因是多種多樣的,所形成的氣孔(kǒng)形狀大小也各(gè)不相同,有球形、橢圓形、旋渦形(xíng)和毛蟲狀等。
氣孔對焊縫的強度影響極大,它能使焊縫的(de)有效工作載積減小,降低焊縫的機械性能,特別是對彎曲和衝擊韌性影響最大,破壞了焊縫的(de)致密性。連續氣孔還會導致焊接結構的破壞。
單一的小氣孔一般不會引起泄漏。但長形氣孔的尖(jiān)端在(zài)溫差(chà)應力、安(ān)裝應力或其他自(zì)然力的作用下,會出現應力集(jí)中的現象,致使氣孔尖端處出現(xiàn)裂紋,並不斷擴展,最後導致泄漏;幾連續蜂窩狀氣孔則會(huì)引起點狀(zhuàng)泄漏。處理這類焊縫氣孔引起的泄漏,可以采(cǎi)用帶壓粘接密封技(jì)術中所介紹的簡便易行的方法加以消除;當泄漏壓(yā)力及泄漏量較大,人員難以靠近泄漏部位,則可以采用(yòng)往劑式帶壓密封技術加以消除(chú);允許動火的部位也可考慮采用帶壓(yā)焊接(jiē)密封技術中介紹的方法加以消除,其強度和使(shǐ)用壽命會更高更長。
(4)裂紋裂紋是(shì)金屬中最危險的缺陷。也是各種材料焊接過(guò)程中時常遇到的問題。這種金屬中的危險(xiǎn)缺陷有不斷擴展和延伸的趨勢,從密封(fēng)的角度考(kǎo)慮,裂紋的擴展(zhǎn)最終會引起被密封流體介質的外泄。
裂紋(wén)按其所存在(zài)的(de)部位可分為縱向裂(liè)紋(wén)、橫向裂紋、焊縫中心裂紋、根部裂紋、弧坑裂紋(wén)、熱影響區裂紋等。
有時裂紋出現在焊縫的(de)表麵上,有時也出(chū)現在焊縫的內部。有時是宏觀的,有時是微觀(guān)的,隻有用顯微鏡才能觀察出來。常見裂紋有以下幾種。
1) 焊接金(jīn)屬熱裂紋。這種裂紋的特征(zhēng)是斷(duàn)口呈藍黑色,即金屬在高溫下被氧化的(de)顏色,裂紋總是產生在焊縫正中心或垂直於焊縫魚鱗波紋,焊縫表麵可見的熱裂紋呈不(bú)明(míng)顯(xiǎn)的鋸(jù)齒形,弧(hú)坑處的花(huā)紋狀或稍帶鋸齒狀的直線裂紋也屬於熱裂紋。
2) 焊(hàn)接金屬冷裂紋。冷裂紋則與(yǔ)熱裂紋有所不同,它是在焊接後的較低溫度下產生的,溫度一般在200-300℃。冷裂紋可以在(zài)焊縫冷卻(què)過程中立即出現,有些也可以延遲(chí)幾小時、幾天甚(shèn)至一兩個月之後才出現,故冷裂紋又叫延遲裂紋。延遲裂紋大多數產生在基本(běn)金屬上或基(jī)本金屬與焊縫交界的熔合線上,大多數是縱向分(fèn)布(bù),少數情(qíng)況下也可能是橫向裂紋。其外觀特征(zhēng)是:顯露(lù)在焊接金屬表麵(miàn)的冷裂(liè)紋斷麵上沒有明顯的氧化色彩,斷(duàn)口發(fā)亮。其金相特征是:冷裂紋可能發生(shēng)在晶界上,也可能貫穿於晶粒體內部。:
以上隻介(jiè)紹(shào)了幾種常見電焊焊縫缺陷及產生的原因。當(dāng)然一些其他因素同樣會造成焊縫缺陷。總的來講,無論哪種焊接缺陷存在午焊縫上,都會影響到焊縫的質量(liàng),削弱焊(hàn)縫的(de)強度,也是造成設備、管道內(nèi)危險化學品介質泄漏的重要原因。
2.氣(qì)焊焊縫缺陷
氣(qì)焊是利用焊炬噴(pēn)出的可燃氣體(tǐ)與氧氣混合燃燒後,其熱量把兩焊件的接縫處加熱(rè)到熔(róng)化狀態,用(yòng)或不用填充材料把焊件連接起來,得到整體焊接接(jiē)頭的(de)過程。在采用氣(qì)焊焊接過程中,同電焊一樣(yàng),由於某(mǒu)些原因,焊縫中有時也會出現一些焊接(jiē)缺陷。
(1) 過熱和過燒過熱和過燒,一般是指鋼在氣焊(hàn)時金屬受熱到一定程度後,金屬組織所發生的變化。金屬產(chǎn)生過(guò)熱的(de)特征是(shì)在金屬表麵變黑,同(tóng)時有氧化(huà)皮出現。在組織上表現為晶粒粗大;而過燒時,除晶粒粗大外(wài),晶粒邊界也被強烈氧化,焊縫的宏觀特征是“發渣”。過(guò)熱的金屬(shǔ)會變脆,若過(guò)燒則會更(gèng)脆。造成這(zhè)種缺陷的主要原因是:
1) 火焰能(néng)率太大;
2) 焊接速度太慢;
3) 焊炬在一處停留時間太長。
另外還與采用了氧氣過剩的氧化焰(yàn)、焊絲成分不(bú)合格及在(zài)風力過大(dà)處焊接等客觀因素有關。顯然,這種焊接缺陷的(de)存在必然影響到焊縫質量,
(2)氣孔 氣孔(kǒng)是遺留在焊縫中的氣泡。氣焊產生氣孔的主要原因有:
1) 工件與焊絲表麵不幹淨(jìng),有油(yóu)、鏽、漆及氧(yǎng)化鐵皮等;
2) 焊絲與母材化學成分不符合(hé)要求;
3) 焊接速度太快;
4) 焊絲與母材的加熱熔化配合不協調。
氣孔的存在將減(jiǎn)少焊縫的有效截麵積,破壞了焊縫的(de)致密(mì)性,降低(dī)了焊接接頭的機械性能。
(3)夾渣 當被焊工件(jiàn)和焊絲上存有(yǒu)油汙、油漆、鐵鏽(xiù)等髒物,而進行組對焊接時,又沒有采取必要的手(shǒu)段加以清理,就(jiù)可能產生夾渣。這種夾渣與(yǔ)電焊時所產生的夾渣(zhā)引起的危(wēi)害是一樣的。
(4)咬(yǎo)邊 咬邊是在基本金屬和焊縫金屬交界(jiè)處所形成的(de)凹坑或凹槽。在焊接橫焊縫時,焊縫上部最易(yì)形成咬邊現(xiàn)象。原因是,焊嘴傾斜(xié)角度不對及焊嘴、焊絲的擺動不當,火焰能率(lǜ)太大等。
焊(hàn)縫形成咬(yǎo)邊缺陷後,減少了金屬的有效截麵積,同時在咬邊處形成應力集中,這種應力集中同樣會引起焊縫中微小裂紋的擴展而出現泄漏現(xiàn)象。
(5) 裂紋 氣焊過程中產生(shēng)裂紋的主要(yào)原因有:
1) 焊件和焊絲的成分、組(zǔ)織不合格(如(rú)金屬中含碳量過高(gāo),硫磷(lín)雜質過多及組織不均勻等);
2) 焊接時應(yīng)力過大,焊(hàn)縫加強高度不夠或焊縫熔合不(bú)良;
3) 焊接長焊縫時,焊接順序不妥當;
4) 點固焊時,焊縫太短(duǎn)或熔合不良;
5) 作業場所的氣溫低;
6) 收尾時焊口沒填滿等。
對金屬來說,裂紋是最危(wēi)險的焊接缺陷,它的存在明顯地(dì)降(jiàng)低(dī)了焊接構件的承載能力,裂紋的尖端不可避免地(dì)會出現應力集中。應力集中(zhōng)又會使裂紋不斷擴展,裂紋達到一定深度就會破壞管(guǎn)道、設(shè)備的封閉性能,流體(tǐ)介質(zhì)就會沿著這些裂紋外泄。
無論是電焊焊縫缺陷,還是氣焊焊縫缺陷的存在,都是引起(qǐ)焊縫(féng)泄漏的根本原因。從治本的(de)角度出發,提高焊接質量是完全必要的(de)。但對已經投產(chǎn)運行的設備、管道焊縫上出現的泄漏,則(zé)必須采用帶(dài)壓密封技術加以消除,以保證生產的(de)安全進行。





