無論是大型金屬容器,還是長達數百公裏的流體輸送管道,都是通過焊接的方法連接起(qǐ)來的。通過焊接的方法,可以得到機(jī)械性能優良的焊接接頭。但是,在(zài)焊接的過程中(zhōng),由於人為的因素及(jí)其他自然因素的影響(xiǎng),在焊縫形成過程中(zhōng)不(bú)可避免地存在著各種缺陷。焊縫上發(fā)生的泄漏現象,相當大一部分是由焊接過程(chéng)中所遺留下來的焊接缺陷所引起的。
最常用的焊接方法是電焊和(hé)氣焊。兩者常見的焊縫缺陷簡介見如下所述。
1.電焊焊縫缺陷(xiàn)
電焊是通過電能所產(chǎn)生的高溫電弧而得(dé)到整體金屬接頭的過程。電焊焊縫常見的缺陷主要有以下幾種。
(1)未焊透焊件的間隙或邊緣未熔化,留下的間隙叫未(wèi)焊透,如圖(tú)6-6所示。由於存在著未焊透(tòu),壓力介質會(huì)沿著層間的微小間隙出現滲漏現象,嚴重時也會發生噴射狀泄漏。
(2)夾渣在焊縫中存在的非金屬物質稱為(wéi)夾渣,如圖(tú)6-7所(suǒ)示。夾渣主要是由於操作技術不良,使熔池中的熔渣(zhā)未浮出而(ér)存在於(yú)焊縫之中,夾(jiá)渣也可能來自母材(cái)的髒物(wù)。
夾渣有(yǒu)的能夠看到,稱為外缺陷;有(yǒu)的存在於焊縫深處,肉眼(yǎn)無法看到,通過無損探傷可(kě)以看(kàn)到,稱為內缺陷。無論內缺陷還是外缺陷,對(duì)焊縫的(de)危(wēi)害都是很(hěn)大(dà)的,它們(men)的存在降低了焊縫(féng)的(de)機械性能(néng)。而某些具有(yǒu)針狀的顯(xiǎn)微夾雜物,其夾渣的尖角將會引起應力集中,幾乎和裂紋相等。焊縫裏的針狀氮化物和磷化物,會使金屬發脆,氧化鐵和硫化鐵還能(néng)形成裂紋。
夾渣引起的焊縫泄漏也是比(bǐ)較常見的,特別是在那些焊縫質量要求不高的流體輸送(sòng)管(guǎn)路(lù)及容器上,夾(jiá)渣(zhā)存在的焊縫段內會(huì)造成局部區(qū)域內的應力集中,使夾渣尖(jiān)端處的微小(xiǎo)裂紋擴展,當(dāng)這個裂紋穿透管道壁厚時,就會發生泄漏現象(xiàng)。
(3) 氣孔在金屬焊接過程中,由於某些(xiē)原因使熔池中的氣體來不及逸出而留在熔池內,焊縫中的(de)流體金屬凝固後(hòu)形成孔眼,稱之為氣孔,如圖6-8所示。氣孔的形狀、大小及數量與母材鋼種、焊條性質、焊接位置及電焊工的操作技術水平(píng)有關(guān)。形成氣孔的氣體有的是原(yuán)來熔解於母材或焊條鋼芯中(zhōng)的氣體(tǐ);有的是(shì)藥皮在熔化時(shí)產生的氣(qì)體;有的是母(mǔ)材上的油鏽、垢等物在受熱後分解產生的;也有的來自於大氣(qì)。而低碳鋼焊縫中的氣孔主要是(shì)氫或一氧化碳氣孔。
根據氣孔(kǒng)產生部位的不同,可分為表(biǎo)麵氣孔和內部氣孔;根據分布情況的不(bú)同,可分為疏散氣孔、密集氣孔、連續氣孔(kǒng)等。這些氣孔(kǒng)產生的原因是多種多樣的,所形成的氣孔(kǒng)形狀大小也(yě)各不相同,有球(qiú)形、橢(tuǒ)圓形、旋渦形和毛蟲狀等。
氣孔對焊縫的強度影響極大,它(tā)能使焊縫的有效工作載積減小,降低焊縫的機械性(xìng)能,特別(bié)是對彎曲和(hé)衝擊韌性(xìng)影響最大,破(pò)壞了焊縫的致密性。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)端在溫差應力、安裝(zhuāng)應力或其他自然力的作用下,會出現應力集中的現象,致使氣(qì)孔尖端處出現裂紋,並不斷(duàn)擴展,最(zuì)後導致泄漏;幾連續蜂窩狀氣孔則會引起點狀泄漏。處理這類焊縫氣孔引起的泄漏,可以采用帶壓粘接密封技術中所介紹的簡便易行的方法加以消除;當泄漏(lòu)壓力及泄(xiè)漏量較大,人員難以靠近泄漏部位,則可以采(cǎi)用往劑式帶壓密封(fēng)技術加以消除;允許動(dòng)火的部位也(yě)可考慮采用(yòng)帶壓焊接密(mì)封(fēng)技術(shù)中介(jiè)紹的方法(fǎ)加(jiā)以消除,其(qí)強(qiáng)度和使用壽命會更高更(gèng)長。
(4)裂紋裂紋是金屬中最危(wēi)險(xiǎn)的缺(quē)陷。也是各種材料焊接過程中時常遇(yù)到的問題。這種金屬中的危險缺陷有(yǒu)不斷擴(kuò)展和延伸的趨勢,從密封的(de)角度考慮,裂紋的擴展(zhǎn)最終會引起被密封流體介質的外泄。
裂紋按其所存在(zài)的部位可分為(wéi)縱向裂紋、橫向裂紋、焊縫中心裂紋、根部裂(liè)紋、弧坑裂紋、熱影響區裂紋等。
有時裂(liè)紋出現在焊縫的表麵上,有時也出現在焊(hàn)縫(féng)的內部。有時(shí)是宏觀的,有時是微觀的,隻有用顯微鏡才(cái)能觀察出來。常見(jiàn)裂紋有以下幾種。
1) 焊接金屬熱裂紋。這種裂紋的特(tè)征是斷口呈藍黑色,即金屬在(zài)高溫下被氧化的顏色,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明顯的鋸齒形(xíng),弧坑處的花紋狀或稍帶鋸齒狀的直線裂紋(wén)也屬於熱裂紋。
2) 焊接(jiē)金屬冷裂紋。冷裂紋則與熱裂紋有所不同,它是在焊接後(hòu)的較低溫度(dù)下產生的,溫度一般在200-300℃。冷裂紋可以在焊縫冷卻過程中立即出現,有(yǒu)些也可以延遲幾小時、幾天甚至一(yī)兩個月之後才出現,故冷裂紋又叫延遲裂紋。延遲(chí)裂紋大多數產生在基本金屬上或基(jī)本金屬與焊縫交界的熔合線上,大(dà)多數是縱向分布,少數情況下也可能是橫向裂紋。其外觀特征是:顯露在焊接金屬表麵的冷裂紋(wén)斷麵(miàn)上沒有明顯的氧(yǎng)化色彩(cǎi),斷口發亮。其金(jīn)相(xiàng)特征是:冷(lěng)裂紋可能發(fā)生在晶界上,也可能貫穿於晶粒體內部。:
以(yǐ)上隻介紹了幾種常見電焊焊縫(féng)缺陷及產生的原因(yīn)。當然一(yī)些其他因素同(tóng)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(xiǎng)到焊縫的質量,削弱焊縫的強度,也是造成設(shè)備、管道內危險化學品(pǐn)介質泄漏的重要原(yuán)因。
2.氣焊焊縫缺陷
氣焊是利用焊(hàn)炬(jù)噴出的(de)可燃氣體與氧氣混(hún)合燃燒後,其熱(rè)量把兩焊件的接縫處加熱(rè)到熔(róng)化狀態,用或不用填充材料(liào)把焊件連接起(qǐ)來(lái),得到整體焊接接頭的過程(chéng)。在采用氣焊焊接過程(chéng)中,同(tóng)電焊一(yī)樣,由於某些原(yuán)因,焊縫中(zhōng)有時也會(huì)出現(xiàn)一(yī)些焊接缺陷。
(1) 過(guò)熱和(hé)過燒過熱和過燒,一般是指鋼(gāng)在氣焊時金屬受(shòu)熱到一定程度後,金屬組織所發生(shēng)的變化。金(jīn)屬產生過熱的特征是在金屬表麵變黑,同時有(yǒu)氧化皮出現。在組織上表現為晶粒粗(cū)大;而(ér)過燒時,除(chú)晶粒(lì)粗大外,晶(jīng)粒邊界也被強烈氧化,焊縫(féng)的宏觀特征是“發渣”。過熱的金屬會變(biàn)脆,若過燒則會更脆。造成這種缺陷的主要原因(yīn)是:
1) 火焰能率太大;
2) 焊接速度太慢;
3) 焊炬在一處停留時(shí)間太長。
另外還與采用了(le)氧氣過剩的氧化焰、焊絲成分不合格及在風力過(guò)大處焊接等客觀因素有關。顯然,這種焊接缺陷(xiàn)的存在必然影響(xiǎng)到焊縫質量,
(2)氣孔 氣孔是遺留在焊縫(féng)中的氣泡。氣焊產生氣孔的主要原因有(yǒu):
1) 工件與焊絲表(biǎo)麵不幹淨,有油、鏽、漆及氧化鐵皮等;
2) 焊絲與母材化學成分不符合(hé)要求;
3) 焊接速度太(tài)快(kuài);
4) 焊絲與母材的加熱(rè)熔化配(pèi)合不協調。
氣(qì)孔(kǒng)的(de)存在將減少焊縫的有效截麵(miàn)積(jī),破壞了焊縫的致密性,降低了焊(hàn)接(jiē)接頭的機械性(xìng)能。
(3)夾渣 當(dāng)被焊工件和焊(hàn)絲上存有油汙、油漆、鐵(tiě)鏽(xiù)等髒物,而進行組對焊接時,又沒(méi)有采取必要的(de)手段加以(yǐ)清理,就可能產生夾渣。這種夾渣與電焊時所產生的夾渣引起的危害是一(yī)樣的。
(4)咬邊(biān) 咬(yǎo)邊是在基本(běn)金屬和焊(hàn)縫金屬交界處所形成的凹坑或凹槽。在焊接橫焊縫時,焊(hàn)縫上(shàng)部最易形成咬邊現象。原因是,焊嘴傾斜角度不對及焊嘴、焊絲的擺動不當,火焰能率太(tài)大等。
焊縫形成咬邊缺陷後,減(jiǎn)少了金屬的有效截麵積,同時在咬(yǎo)邊處形成應力集中,這種應力集中同樣會引起(qǐ)焊縫中微(wēi)小裂紋的擴展而出(chū)現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。
(5) 裂紋 氣焊過程中產生裂(liè)紋的主要原因有:
1) 焊件和焊絲的成分、組織不合格(如金屬中含(hán)碳(tàn)量過高,硫磷雜質過多及組織不均勻等);
2) 焊接時應力過大,焊縫加強高度不夠或焊縫熔合不良;
3) 焊接長焊縫時,焊接順序不妥當;
4) 點固焊時,焊縫太短或(huò)熔(róng)合不良;
5) 作業場所的氣溫低;
6) 收(shōu)尾時焊口沒填滿等。
對金屬來說,裂(liè)紋是最危險的(de)焊接缺陷,它的存(cún)在明顯地降低了焊(hàn)接構件的承載能力,裂紋的尖端不可避免地會出現應力集中。應力集中又會使裂(liè)紋不斷擴展(zhǎn),裂紋達到一定(dìng)深度(dù)就會破壞管道、設備的封閉性能,流體介質就會(huì)沿著這些裂紋外泄。
無論是電焊焊縫缺陷,還是(shì)氣(qì)焊焊縫缺陷的存在,都是引(yǐn)起焊縫泄漏的根本原因。從治本的角度出發,提高焊接質(zhì)量是完全必要的(de)。但對已經投產運行的設備、管道焊縫上出現的泄漏,則必須采用帶壓密封技(jì)術加以消除,以保證生產的安全進行。