1、手工電弧焊從內容看，按現規范的名詞此應為“焊條電弧焊”在引水壓力鋼管焊接中常見缺陷的成因和防止措施作者：陳臨泉 王建華（中國水利水電第三工程局有限公司)摘 要：水電站引水壓力鋼管焊接質量是保證鋼管密性？和強度的關鍵，它直接關系到引水壓力鋼管的安全使用。據相關行業協會對引水壓力鋼管接口斷裂事故調查的相關統計表明，40%質量事故來源于焊縫缺陷處。？本文對引水壓力鋼管焊接中常見缺陷及形成原因進行了匯總、分析、介紹，并提出了防止措施，以期與同行專家進行探討，從而為引水壓力鋼管焊接施工工作提供較為準確的技術和質量保障。關鍵詞：引水壓力鋼管焊接缺陷危害性 預防措施一、概述引水壓力鋼管現場焊接施工中，多采用

2、手工電弧焊與半自動焊相結合的施工方法，因手工電弧焊具有設備簡單、操作靈活方便、能進行全位置焊接適合焊接多種材料的特點，被廣泛使用在水電施工現場，但是，由于施工現場人、機、物、法、環等諸多因素的影響，也為手工電弧焊造成較多焊接缺陷。主要可分為外部缺陷與內部缺陷兩類。外部缺陷位于焊縫外表面，用肉眼或低倍放大鏡就可以看到，例如，焊縫尺寸不符合要求，咬邊、焊瘤、弧坑、表面氣孔和表面裂縫等。內部缺陷位于焊縫內部，這類缺陷可用破壞性試驗或無損探傷方法來檢測，如未焊透、內部氣孔和內部裂縫等。要是按性質劃分，可分為三類，即焊縫尺寸不符合要求；組織構造缺陷，如氣孔、裂縫；性能缺陷，如焊接接頭的機械性能、抗腐蝕性

3、能不能滿足技術要求等。在手工電弧焊焊接方法中，夾渣、氣孔、未焊透是較常見的缺陷。對于各種缺陷，只有明白它的危害性，了解它的產生原因，然后采取相應的措施防止缺陷產生和消除已出現的缺陷，才能保證焊接質量。二、常見引水壓力鋼管焊接缺陷及危害性、缺陷成因及預防措施1、焊縫尺寸不符合要求主要表現在焊縫外表形狀高低不平，波形粗劣；焊接寬度不齊，太寬或太窄；焊縫高度過低或過高；角焊縫單邊等均屬焊縫尺寸不符合要求（圖1）。焊縫寬度不一致，除造成焊縫成形不美觀外，還影響焊縫與基本金屬的結合強度。焊縫高度太高，與基本金屬交界突變，形成應力集中；太低時，就不能得到足夠的接頭強度。對于重要結構的角焊縫和平焊縫一樣，要

4、求焊縫金屬向母材圓滑，避免尖角，減少應力集中，提高結構工作性能，如圖1中三種形式的角焊縫焊腳“K”彼此相等，但圖1C具有圓滑過渡形式，應力集中最小。圖1：焊縫尺寸不符合要求缺陷產生主要原因：焊件坡口角度不當或裝配間隙不均勻；焊接電流過大或過小；運條速度或手法不當以及焊條角度選擇不合適；埋弧自動焊中主要是焊接規范選擇不當。非焊條電弧的內容防止措施：注意選擇正確的焊件坡口角度及裝配間隙；正確選擇焊接電流；熟練掌握運條手法及速度，隨時適應焊件裝配間隙的變化，以保持焊縫的均勻；在角焊縫時要根據焊腳尺寸而定，注意保持正確的焊條角度，運條速度及手法。2、焊穿及焊漏在引水壓力鋼管的焊條電弧焊中基本不存在此缺

5、陷，鋼管壁厚很少有小于12mm的。在焊縫上形成穿口，稱為焊穿，液體金屬從焊縫反面漏出凝成小臺，稱為焊漏（圖2）。焊穿和焊漏在手工電弧焊或埋弧焊屬自動焊中最為常見，也是焊接中不允許存在的缺陷。圖2：焊漏和焊穿焊穿及焊漏產生主要原因：焊件加熱過甚，如焊接電流過大；焊件間隙太大；焊接速度過慢以及電弧在焊縫處停留時間過長等。防止措施：正確選擇焊接電流和焊接速度，嚴格控制焊件裝配間隙，并保持運條均勻。3、弧坑弧坑是指焊縫收尾處產生的下陷現象（圖3）。焊縫收尾處的弧坑，往往使該處焊縫的強度嚴重減弱，同時在冷卻過程中容易產生弧坑裂縫。弧坑常伴有裂紋和氣孔，它將嚴重削弱焊接強度。圖3：焊縫收尾的弧坑 圖4：咬

6、邊缺陷弧坑產生主要原因：熄弧時間過短，或焊接突然中斷，或焊接薄板時電流過大等。在埋弧自動焊自動焊的內容時，主要是沒有分兩步按下“停止”按鈕。防止措施：手工電弧焊時，必須注意在收弧過程中焊條要在收尾處作短時間停留或作幾次環形運條，使足夠的焊條金屬填滿熔池；同時還要正確選擇焊接電流。埋弧自自動焊的內容動焊時，分兩步按下“停止”按鈕，以便焊條溶液填滿弧坑。4、咬邊咬邊也稱“咬肉”，是由于電弧將焊縫邊緣熔化后，沒有得到填充金屬的補充，而留下了缺口（圖4）。咬邊減弱了基本金屬的有效面積，減弱了焊接接頭強度，并且在咬邊處形成應力集中，承載后有可能在咬邊處產生裂縫。咬邊產生主要原因：平焊時，焊接電流太大以及

7、運條速度不合適；角焊時，焊條角度或電弧長度不適當；埋弧自動焊時，焊接速度過高等。防止措施：選擇適當電流、保持運條均勻；角焊時采用合適的焊條角度和保持一定的電弧長度；埋弧自動焊時正確選擇焊接規范。5、焊瘤在焊縫的中間或始尾端產生金屬瘤為焊瘤，焊瘤在立焊和仰焊中經常產生（圖5），用埋弧自動焊焊接小直徑的環縫時，也常常出現焊瘤。焊瘤影響了焊縫的成形美觀，立焊中的焊瘤部位往往還存在夾渣和未焊透。圖5：焊瘤缺陷圖 圖6：飛濺缺陷焊瘤產生主要原因：操作不熟練和運條不均，造成熔池溫度過高，液態金屬凝固緩慢下墜，在焊縫表面形成金屬瘤；立、仰焊時，采用過大的焊接電流和弧長。防止措施：提高操作技術的熟練程度，嚴格

8、控制熔池溫度，立、仰焊時，焊接電流應比平焊小10-15%，使用堿性焊條時，應采用短弧焊接，保持均勻運條，并選用正確的焊接電流。6、嚴重飛濺在手工電弧焊焊接時產生少量飛濺是正常的現象，不同藥皮成分的焊條就會有不同程度的飛濺，但如飛濺現象嚴重，則應視為焊接缺陷。嚴重飛濺不僅浪費焊條，影響焊縫表面整潔（圖6），而且影響多層多道焊的連續操作，因為不清除這些飛濺而繼續施焊很容易引起氣孔和夾渣。嚴重飛濺產生主要原因：除了少數焊條因保存不當而變質（如藥皮開裂、鋼芯銹蝕）外，就堿性焊條可言主要是受潮引起。受潮焊條在焊接過程中因水分分解而產生大量氣體，其中部分氣體溶解在熔滴中，在電弧高溫作用下，溶解的氣體膨脹炸

9、裂，把金屬滴帶出熔池形成飛濺。另外，堿性焊條使用直流正接時，電源設備選擇不當，以及由于接地的焊接電纜接點不當而產生嚴重磁偏吹時，也會造成嚴重飛濺。防止措施：使用堿性焊條時，必須按要求把焊條烘干，保證焊條處于干燥狀態，使用時必須用直流反接，并應選用具有良好特性的焊機，同時防止磁偏吹現象發生。7、夾渣夾在焊縫中的非金屬熔渣稱為夾渣，是焊縫中常見缺陷之一（圖7）。焊縫中的針形氮化物和磷化物，會使金屬發脆，氧化鐵和硫化鐵夾渣會使焊縫產生熱脆性。夾渣的種類和危害的種類遠不止這些夾渣產生主要原因：焊件邊緣及焊層、焊道之間清理不干凈；焊接電流太小使熔化金屬凝固速度加快，熔渣來不及浮出；運條不當，熔渣與鐵水分

10、離不清，阻礙熔渣上浮；焊件及焊條的化學成分不當。當熔池內含氧、氮等成分多時，則形成夾圖7：焊接夾渣缺陷渣物的機會也越多。防止措施：采用具有良好工藝性能的焊條；正確選用焊接電流，焊件坡口角度不宜過小；焊縫必須清除銹皮以及多層焊時必須層層清除焊渣等。此外，在操作過程中尚需注意熔渣的流動方向，特別是在采用酸性焊條焊接時，必須使熔渣在熔池的后面，若熔渣流到熔池的前面，就很易產生夾渣特別是在平角焊時更為嚴重。當使用堿性焊條焊接立角焊縫時，除了必須正確選用焊接電流外，還需采用短弧焊接，同時運條要均勻，避免產生焊瘤，這是因為立角焊縫的焊瘤下面常有夾渣。8、未焊透、未熔合未焊透是指基本金屬之間，或者基本金屬與

11、熔敷金屬之間的局部未熔合現象，稱為未熔合（圖8）。未焊透或未熔合是一種比較嚴重的缺陷，由于未焊透或未熔合，焊縫會出現間斷或突變，降低接頭的機械性能，導致焊縫強度大大降低；同時未焊透處的缺口成為應力集中點，易引起裂紋裂縫。因此，在引水壓力鋼管焊接中不允許存在未焊透該提法不符合現行規范、未熔合情況發生。圖8：未熔合、未焊透缺陷未焊透、未熔合缺陷產生主要原因：焊接電流太小，運條速度太快；坡口角度太小、純邊太厚、間隙太窄；焊條角度不對以及電弧偏吹，電弧熱能散失或偏于一邊等。另外，焊條有厚銹皮（或氧化皮）及熔渣等，能阻礙焊層之間、基本金屬邊緣及根部的熔化。“未熔合”主要是由于手工焊時，使用過大的電流，后

12、半根焊條發紅而造成熔化太快，致使焊件邊緣還沒有熔化時，焊條的熔化金屬已覆蓋上去，焊件邊緣和焊縫金屬未能熔合在一起而造成“假焊”。埋弧自動焊焊偏也很容易引起未焊透。防止措施：正確選用坡口形式和裝配間隙；注意坡口兩側及焊層之間的清理；正確選擇電流大小；運條中，隨時主意調整焊條角度，使熔化金屬與基本金屬之間充分熔合；同時要認真操作，防止焊偏。9、氣孔焊縫金屬在高溫時，吸收了過多的氣體（如H2）或由于溶池內部冶金反應產生的氣體（如CO），在溶池冷卻凝固時來不及排出，而在焊縫內部或表面形成孔穴，即為氣孔（圖9）。氣孔的存在減少了焊縫有效工作截面，降低了接頭的機械強度。若有穿透性或連續性氣孔存在，會嚴重影

13、響焊件的密封性。氣孔產生的原因主要有：焊件表面的油、污、銹、垢及氧化膜沒有清除干凈；焊條受潮或質量不好；焊炬水電站壓力鋼管是不會允許用擺幅快而大；焊接現場周圍風力較大；焊接速度過快；焊絲和母材的化學成分不匹配。圖9：氣孔防止措施：清除焊件表面贓物，焊縫兩側2030mm范圍內進行除銹；焊條合理存放，防止受潮，保持清潔和干燥，含水分不超過0.1%；加強熔池保護，如焊條藥皮不要脫落，用短弧焊接時電弧不得隨意拉長，操作時適當配合動作，以利于氣體逸出，正確引弧；操作時發現焊條偏心要及時傾斜焊條或調換焊條，保持電弧穩定；裝配間隙不要過大；正確執行焊接工藝規程，選擇適當的焊接工藝參數，運條速度不得太快；對導

14、熱快、散熱面積大的焊件，若周圍環境溫度低時，應進行預熱。對于氣孔的修正，特別是對于內部氣孔，確認部位后，應用風鏟禁用方法或碳弧氣刨清除全部氣孔缺陷，并使其形成相應坡口，然后再進行補焊。對于夾渣、未焊透、未熔合的缺陷，也是用同樣的方法清除缺陷，然后按規定進行補焊。10、裂紋裂紋是焊接施工中比較普遍的而又十分嚴重的缺陷，它是在焊接應力及其他致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部區域的金屬原子結合力遭到破壞而使焊接面產生裂紋，實質就是焊接后焊口在冷卻過程產生的熱應力超過材料強度所導致的裂紋（圖10）。結構的破壞多從裂紋處開始，在焊接過程中要采取一切必要的措施防止出現裂紋，在焊接后要采用各種方法檢查有無裂

15、紋，一經發現裂紋，應徹底清除，然后給予修補。焊接裂紋一般分為熱裂紋和冷裂紋。圖10：焊接裂紋 熱裂紋焊縫金屬由液態到固態的結晶過程中產生的裂紋稱為熱裂紋，其特征是焊后立即可見，且多發生在焊縫中心，沿焊縫長度方向分布。熱裂紋的裂口多數貫穿表面，呈現氧化色彩，裂紋末端略呈圓形。熱裂紋產生原因：焊件及焊條內含硫、銅等低熔點雜質，結晶凝固晚，凝固后的塑性和強度又極低。因此，在外界結構約束應力足夠大和焊縫金屬的凝固收縮作用下，熔池中低熔點雜質在凝固過程中被拉開，或在凝固后不久被拉開，造成開裂。防止產生熱裂紋的措施：嚴格控制焊接工藝參數，減慢冷卻速度，適當提高焊縫形狀系數，盡可能采用小電流多層多道焊，以避

16、免焊縫中心產生裂紋；認真執行工藝規程，選取合理的焊接程序，以減小焊接應力；減小硫、磷等有害元素的含量，用含碳量較低的焊條焊接；采用熔深較淺的焊縫，改善散熱條件使低熔點物質上浮在焊縫表面而不存在于焊縫中；合理選用焊接規范，并采用預熱和后熱，減小冷卻速度；采用合理的裝配次序，減小焊接應力；降低殘余應力避免應力集中。 冷裂紋焊縫金屬在冷卻過程或冷卻以后，在母材或母材與焊縫交界的熔合線上產生的裂紋稱為冷裂紋。這類裂紋一般在焊后立即出現，也有可能在焊后幾小時、幾天甚至更長時間才出現。冷裂紋產生的主要原因為疲勞：在焊接熱循環的作用下，熱影響區生成了淬硬組織；焊縫中存在有過量的擴散氫，且具有濃集的條件；接頭承受有較大的約束應力。防止產生冷裂紋的措施：環境濕度影響很大采用低氫型堿性焊條，減少焊縫中擴散氫的含量；嚴格遵守焊接材料(焊條、焊劑)的保管、烘焙、使用制度，謹防受潮；仔細清理坡口邊緣油污、水份和銹跡，減少氫的來源；根據材料等級、碳當量、構件厚度、施焊環境等，選擇合理的焊接工藝參數和線能量，如焊前預熱、焊后緩冷，采取多層多道焊接，控制一定的層間溫度等；焊后緊急熱處理，以去氫、消除內應力和淬硬組織回火，改善接頭韌性；采用合理的施焊程序，采用分段退焊法等，減少焊接變形和焊接應力。三