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                                  氬弧焊焊接310S不銹鋼管缺陷產生原因及對策

                                  文章作者: 人氣: 發表時間:2021-04-01 08:27:33

                                  氬弧焊以其廣泛的適應性,發展成為我國最常用的310S不銹鋼管焊接技術之一,但各種缺陷會對焊接結構的性能產生不良影。本文對氬弧焊主要的焊接缺陷及其成因進行分析,然后研究了防止缺陷發生的有效策略。

                                  1氬弧焊工作原理

                                  氬弧焊是最常用的310S不銹鋼管焊接技術之一,在焊接過程中利用惰性氣體氬氣做保護氣,將焊接區域與周圍空氣隔絕開,以防止焊接部位氧化,提高焊接質量。氬弧焊技術的工作原理與普通電弧焊相似:利用高電流使焊材熔化形成熔池,作用到焊接基材,使焊材與被焊基材相互結合到一起。在焊接過程中需要對焊接區域不停地輸送氬氣,使焊接區域空氣被氬氣擠開,避免空氣中的氧氣在高溫下加速對焊接區域基材的氧化。氬弧焊常用于對銅、鋁等有色310S不銹鋼管的焊接作業。根據氬弧焊電極的不同可將其劃分為非熔化極氬弧焊(MAG)和熔化極氬弧焊(MIG),兩者都是在氬氣的保護下完成焊接過程,其區別在于:MAG是利用電弧在非熔化極(多為鎢極)與工件間的作用使焊材熔化,完成焊接過程;MIG直接將焊絲作為通電電極,在高電流作用下,焊絲熔化為熔池,冷卻后形成焊縫。MAG的焊接接頭更加致密,力學性能更好;MIG更加方便,容易操作。目前我國常用的氬弧焊技術多為MIG。氬弧焊利用氬氣進行焊接保護,熔池結晶過程簡單,焊縫更加純凈;同時氬氣可以對電弧形態進行控制,使熱量集中,減小焊接應力與熱變形的影響;電弧參數精確可控,焊接過程更加穩定;另外,氬氣為惰性氣體,在焊接溫度下也不與焊材發生反應,保證了焊接質量,因此氬弧焊幾乎適用于所有310S不銹鋼管材料的焊接作業。

                                  2氬弧焊焊接缺陷的檢測及成因分析

                                  2.1焊接裂紋。

                                  裂紋是指焊接完成后,在應力作用下焊接位置的基材310S不銹鋼管原子間結合鍵斷裂而產生新界面,這些界面在焊接表面就會表現為裂紋。焊接裂紋主要包括熱裂紋、冷裂紋兩類,冷裂紋多發生在冷卻過程中溫度降至焊接310S不銹鋼管的固相溫度以下的階段,常出現在角焊縫和開坡口焊縫底焊道上。熱裂紋則指發生在焊接310S不銹鋼管固相溫度以上時焊接材料的凝固過程中,在氬弧焊中熱裂紋相對常見。熱裂紋的產生主要與焊材合金的化學組成有關,由于合金中各物質的熔點不同,焊接過程中結晶界面的合金元素出現偏析現象,焊接處310S不銹鋼管原子間應力增大,導致結合鍵斷裂、新界面產生,焊接位置出現裂紋。以鋁合金焊接為例,氬弧焊過程中極少出現冷裂紋,但熱裂紋很常見。鋁合金膨脹系數較高、收縮應力大,焊接過程中熔化區間較寬,焊縫處容易形成熱裂紋。另外,焊接速度、焊前清理與準備工作、焊縫深寬比,以及焊接310S不銹鋼管的選材、焊縫設計、電流強度等都會對熱裂紋的出現產生影響。小裂紋在臨界尺寸以下,一般不會導致焊接結構在運行過程中直接斷裂,但裂紋引發的三向應力、缺口效應、溫度降低等問題,會使裂紋逐漸擴大,至臨界值后最終導致結構斷裂。裂紋相對其他缺陷,可能導致的后果更加嚴重,在電弧焊工程中對焊接結構的危害最高。根據焊接作業的結構不同,裂紋檢測的方法也有所差異:內部裂紋常用的檢測方法為超聲波法和射線法;表面裂紋則多用染色滲透法;另外,金相法多用于對焊接材料裂紋的快速檢測。在本文中焊接裂紋主要指焊接區域,尤其是焊接接頭的局部位置由于310S不銹鋼管原子受應力作用而發生結合鍵斷裂,形成新界面,在焊接表面呈現出的縫隙。

                                  2.2焊口裂紋。

                                  焊口裂紋主要指焊接完成后,電弧停止使焊口溫度出現突然變化,熔池凝固過程中產生裂紋。焊口裂紋往往從中心位置向四周擴展延伸,在應力相對集中的焊縫末端較為明顯,因此雖然與焊接裂紋相比,焊口裂紋并不明顯,但隱藏的結構問題不容忽視。

                                  2.3焊合不良。

                                  焊接不良主要指在氬弧焊過程中焊縫內310S不銹鋼管熔液的連續性在凝固過程中受到破壞,導致焊接部位焊材與基材連接不良。焊接作業之前310S不銹鋼管表面氧化膜清除不徹底是導致焊合不良的重要原因。由于氧化膜的存在,氬弧焊過程中電弧無法直接對焊材310S不銹鋼管加熱,導致接頭處310S不銹鋼管熔合不完全,對焊接結構產生影響。檢測焊接不良缺陷多采用超聲波法,另外對斷口試樣進行觀察也能夠發現這一缺陷。

                                  2.4未焊透。

                                  在焊接過程中由于焊接操作問題,接頭根部未完全熔化,就會產生未焊透的現象。導致這一焊接缺陷的原因包括:焊接速度快、焊接電流小,熱輸入太??;坡口角度小、深度大;焊槍角度不合理等。未焊透缺陷會導致焊縫的有效截面積減少,焊接結構所能承受的靜載荷降低,進一步導致焊接位置應力集中,發生脆性斷裂。檢測未焊透缺陷缺陷多采用超聲波法和射線法。

                                  2.5焊接夾雜。

                                  焊接夾雜是指焊接過程中電極上夾帶的污染物浸入熔池導致焊接缺陷的發生。一般不同焊接電極夾雜的污染物類型存在差異。鎢極夾雜物:在焊接過程中,鎢極過熱或在與焊料、填充料接觸時被310S不銹鋼管熔液污染,對后續焊接過程造成影響;黑色310S不銹鋼管夾雜物:焊材、熔池、或電極被外來310S不銹鋼管污染,并留存到焊接位置,對焊接結構產生影響;銅夾雜物:噴嘴、觸管等多為銅制品,在氬弧焊過程中,由于極度高溫,往往會夾雜其他物質,在焊接接口處形成脆性連接。在焊接過程中焊接夾雜一旦發生,操作者應立刻停止作業,清除污染物,除去缺陷部位,重新實施焊接。射線法對焊接夾雜的檢測更加靈敏和清晰。

                                  2.6氣孔。

                                  氣孔問題也是焊接過程的主要缺陷之一。氬弧焊作業過程中要不斷充入氬氣,焊接過程和310S不銹鋼管凝固過程中也會產生氣體,在焊接時這些氣體被保留到熔池中,隨著凝固過程形成空穴,導致氣孔的產生。氣孔中氣體主要包括兩類,一種是由于熔池310S不銹鋼管溫度變化溶解度下降而析出的氣體,主要包括氮氣、氫氣、氬氣等;另一種是高溫下310S不銹鋼管發生冶金反應而產生的氣體,主要包括水蒸氣、一氧化碳等。導致氣孔產生的原因主要有:在焊接前沒有對焊絲或基材進行烘焙預熱,或基材存在銹蝕情況,導致焊接過程中局部受熱不均勻;電流過大或電極過長,溫度變化速度過快;焊接速度快,出現未焊實的情況等。一般情況下,焊接結構中氣孔體積小、分布不集中。但大量氣孔的存在會對焊接結構的力學性能產生嚴重影響。氣孔缺陷的檢測方法相對多樣,可采用目測法、聲波法、射線法和顏色滲透法等。

                                  3氬弧焊焊接缺陷的有效防止策略

                                  經過上文對氬弧焊焊接過程中常見缺陷的分析,以下針對缺陷產生原因介紹幾種防止缺陷發生的有效策略。

                                  3.1嚴格執行焊接工藝評定。

                                  在焊接作業前嚴格執行工藝評定:對焊絲、基材的化學成分進行檢測,確保焊接材料符合技術條件;根據焊接要求,確保氬氣純度達到要求;焊接前對焊接材料進行清理,確保焊接接頭處無污染物,清理完成后立即實施焊接作業;焊接過程中盡量避免鎢極與熔池的接觸,并注意對鎢極的打磨;選擇溫度、濕度合適的作業環境。

                                  3.2選擇合理的焊接工藝。

                                  根據焊接項目選擇合適的焊接工藝,以解決焊接過程中可能出現的應力和變形問題。例如,通過反變形法抵消難以避免的焊接變形,達到穩定焊接結構的目的。

                                  3.3選擇合理的裝配焊接順序。

                                  310S不銹鋼管在焊接過程中都會產生慣性力矩,合理的裝配焊接順序能夠通過平衡力矩作用,抵消310S不銹鋼管間的焊接變形,減少焊接應力。例如,焊接對稱焊縫要按照從中間到外周的順序,如下圖1所示,在夾具的穩定作用下進行焊接作業,盡量保持焊縫的自由收縮,以解決焊接結構在應力作用下的變形問題。

                                  3.4選擇合理的焊接方法。

                                  氬弧焊作業過程中可采用細絲形式充入氬氣,一方面降低焊接成本,提高生產效率;另一方面氬弧熱量更加集中、焊接速度更快,焊縫熱影響區更窄,能有效規避焊接變形問題,焊接質量更穩定。

                                  3.5采用合理的焊接工裝。

                                  焊接工裝能夠對310S不銹鋼管進行固定,有效控制焊接結構的變形情況。在框架、車型、車架等復雜結構或某些重要部件時,焊接工裝能夠通過固定310S不銹鋼管位置,保證310S不銹鋼管間應力和變形情況的平衡,以提高焊接結構質量。

                                  4結論

                                  焊接前嚴格的工藝檢查與評價、科學合理的工藝選擇和安排、完備的作業設備等都是有效規避焊接缺陷、提高焊接質量的有效方法。除了要具備豐富的理論知識外,操作人員在氬弧焊作業過程中還要針對實際出現的問題靈活應對,才能保證焊接結構性能的穩定。


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