不銹鋼焊管焊縫成型及缺陷形成原因
為了保證不銹鋼焊管焊縫的質(zhì)量及使用性能,對(duì)焊縫的成型有一定要求。如:焊縫的寬度B(b)(包括內(nèi)外焊縫的寬度)和焊縫的余高h(yuǎn)(包括內(nèi)外焊縫的余高)。焊縫坡口和焊縫形狀的各種尺寸如圖 4-53 所示。
焊縫截面積的大小直接影響著焊縫的機(jī)械性能、耐腐蝕性能和隨后的進(jìn)一步加工及使用,一般要求焊縫在滿足其他各項(xiàng)性能要求的情況下,焊縫截面積要求盡可能的小。
與不銹鋼焊管壁厚有關(guān)的內(nèi)焊縫寬度是保證焊管焊透及焊縫成型最有代表性的一個(gè)尺寸,因此,規(guī)定內(nèi)焊縫寬度的最佳范圍就顯得非常重要。內(nèi)焊縫寬度又與焊管壁厚、焊接方法(焊接電流、焊接速度等)和焊接過程有無焊縫擠壓等密切相關(guān)。所以,在連續(xù)焊管機(jī)組上的焊管,內(nèi)焊縫的寬度要比非連續(xù)機(jī)組窄得多。
當(dāng)內(nèi)焊縫出現(xiàn)寬度過窄或輕微的未熔透時(shí),通常采用增加外焊縫寬度的方法來解決。要增加外焊縫寬度,要么降低焊接速度,要么加大焊接電流或提高電弧電壓。實(shí)踐證明,通過加濕內(nèi)保護(hù)氣體也可以增加內(nèi)焊縫寬度。
一、焊縫形狀尺寸與焊縫質(zhì)量的關(guān)系
圖5-54 是直縫焊管焊縫橫截面的形狀尺寸圖。焊管焊縫是對(duì)接接頭焊縫,對(duì)接接頭焊縫最重要的尺寸是焊縫厚度H,它直接影響到接頭的承載能力;另一重要尺寸是焊縫寬度B。B與H之比B/H)叫做焊縫的成型系數(shù)ψ。ψ的大小會(huì)影響到熔池中的氣體逸出的難易、熔池的結(jié)晶方向、焊縫中心偏析嚴(yán)重程度等。因此,焊縫成型系數(shù)的大小要受焊縫產(chǎn)生裂紋和氣孔的敏感性,即熔池冶金條件的制約。如埋弧焊焊縫的焊縫成型系數(shù)一般要求大于1.25。
焊縫的另一個(gè)尺寸是余高h(yuǎn),余高可避免熔池金屬凝固收縮時(shí)形成缺陷,也可增大焊縫截面提高承受靜載荷能力。但余高過大將引起應(yīng)力集中或疲勞壽命的下降,因此要限制余高的尺寸。通常,對(duì)接接頭的余高h(yuǎn)=0~3mm或者余高系數(shù)(B/h)的疲勞壽命是主要問題時(shí),焊后應(yīng)將余高去除。
焊縫的寬度、焊縫厚度和余高確定之后,焊縫橫截面的輪廓就基本確定了,但還不能完全精確地確定焊縫的橫截面面積。焊縫橫截面的精確尺寸,可由焊縫的宏觀檢驗(yàn)來確定。
焊縫的熔合比γ是熔化的母材部分在焊縫金屬中所占的比例,用母材部分在焊縫橫截面面積中的比例表示:
y=Fm/(Fm+FH)
式中:Fm-母材金屬在焊縫橫截面中所占面積(m㎡);
FH-填充金屬在焊縫橫截面中所占面積(m㎡).
二、焊縫成型缺陷及缺陷形成的原因
常見的焊縫成型缺陷有未焊透、未熔臺(tái)、燒穿、咬邊和焊瘤等,關(guān)于這些缺陷的描述,請(qǐng)看表10-2~表10-7。形成這些缺陷的原因常常是由于坡口尺寸不合適、焊接工藝規(guī)范選擇不當(dāng)或焊絲未對(duì)準(zhǔn)焊縫中心等原因造成的。
1. 未焊透
熔焊時(shí)接頭根部未完全焊透的現(xiàn)象叫未焊透(GB 6417-86中數(shù)字序號(hào)是402)。在單面焊和雙面焊時(shí)都可能產(chǎn)生這種缺陷。形成未焊透的主要原因是焊接電流小或焊速過高,或坡口尺寸不合適以及焊絲未對(duì)準(zhǔn)焊縫中心等。
2. 未熔合
熔焊時(shí),焊縫金屬與母材之間或焊道與焊道之間未能完全熔化結(jié)合的部分叫未熔合。未熔合又可分為側(cè)壁未熔合(GB 6417-86 中數(shù)字序號(hào)是4011)、層間未熔合(4012)和根部未熔合(4013).熔池金屬在電弧力作用下被排向尾部而形成溝槽,當(dāng)電弧向前移動(dòng)時(shí),溝槽中又填以液態(tài)金屬,如果這時(shí)槽壁處的液態(tài)金屬層已經(jīng)凝固,填進(jìn)來的液態(tài)金屬的熱量又不足以使之再度熔化,則形成未熔合。在埋弧焊的情況下熔合區(qū)內(nèi)都會(huì)有渣流入。高速焊時(shí)為防止這種缺陷應(yīng)設(shè)法增大熔寬或者采用雙弧焊等。
3. 燒穿
熔焊時(shí)熔化金屬自焊縫背面流出,形成穿孔的現(xiàn)象叫燒穿(GB 6417-86中數(shù)字序號(hào)是510).焊接電流過大、焊速過小或者坡口間隙尺寸過大等都可能形成這種缺陷。
4. 咬邊
在沿著焊趾的母材部位,燒熔形成凹陷或溝槽的現(xiàn)象叫咬邊。咬邊可能是連續(xù)的(GB 6417-86中數(shù)字序號(hào)是5011)或間斷的(5012)。大電流高速焊時(shí)可能產(chǎn)生這種缺陷。這種缺陷在焊對(duì)接接頭時(shí)如果操作不當(dāng)亦會(huì)產(chǎn)生。
5. 焊瘤
熔焊時(shí)熔化金屬流淌到焊縫以外未熔化的母材上所形成的金屬瘤叫焊瘤(GB 6417-86中數(shù)字序號(hào)是506)。在焊瘤處有局部未熔合。焊瘤是由填充金屬過多引起的,這與間隙和坡口尺寸小、焊速低、電壓小或者焊絲伸出長(zhǎng)度大等有關(guān)。
6. 未焊滿
由于填充金屬不足,在焊縫表面形成連續(xù)或斷續(xù)的溝槽叫做未焊滿(GB 6417-86中數(shù)字序號(hào)是511)。
7. 下塌
穿過焊縫根部塌落的過量金屬稱為下塌(GB 6417-86中數(shù)字序號(hào)是504)。
除了上述缺陷之外,還有背面縮溝、型面不良、超高、表面不規(guī)則、表面氣孔、根部氣孔、焊縫銜接不良以及電弧擦傷、飛濺等多種可出現(xiàn)的焊縫成型缺陷,它們大多是由于焊接工藝不當(dāng)造成的。因此,制定適宜的焊接工藝,精心操作可從根本上防止焊縫成型缺陷的產(chǎn)生。另外,在焊接過石,中出現(xiàn)某些工藝條件變化時(shí),及時(shí)地采取應(yīng)變措施是非覺重要的。
三、焊縫成型的控制
要想得到良好的焊縫成型,必須從焊前的準(zhǔn)備工作著手,對(duì)下料、焊縫間隙、焊縫清理,點(diǎn)焊、引弧、焊接、收弧等一系列有關(guān)的工序。進(jìn)行全面控制。
1. 下料、清理和點(diǎn)焊
按材質(zhì)和產(chǎn)品的技術(shù)條件和工藝要求,進(jìn)行下料、清理、成型和點(diǎn)焊,請(qǐng)參考第三章。
2. 焊接
自動(dòng)焊(TIG焊、TIG填絲焊、MIG焊、PAW焊、PAW 填絲焊、SAW焊等)主要是靠控制系統(tǒng)的先進(jìn)性和可靠性來保證焊縫成型質(zhì)量的。另外,可采用功能完善的焊縫跟蹤裝置,以保持焊槍與焊口的對(duì)中性;還可采用焊接參數(shù)自動(dòng)控制裝置,對(duì)焊接參數(shù)的變化自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整,以保持焊接過程的穩(wěn)定性。
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