鑄鋼件產(chǎn)品是現(xiàn)代裝備制造業(yè)各類設備最基礎、最重要的部件,各行各業(yè)均會使用,特別是發(fā)電、船舶、油氣、礦山機械等行業(yè),會使用大量的鑄鋼件產(chǎn)品,這些產(chǎn)品的質(zhì)量往往會影響到其使用壽命、效率和維修成本。隨著鑄鋼件產(chǎn)品在重大工程中的應用，鑄件的焊補技術及焊補質(zhì)量也越來越受到重視，在實際生產(chǎn)過程中受焊接工藝、產(chǎn)品結構設計、材料及生產(chǎn)操作等方面的影響,不可避免地會產(chǎn)生一些焊接缺陷，大型鑄鋼件常見主要焊接缺陷有夾渣、氣孔、咬邊、裂紋等。本文結合生產(chǎn)實際情況,針對主要缺陷進行匯總并提出防止措施以供參考。

1 夾渣

1.1 夾渣缺陷表現(xiàn)形式焊接過程中殘留在焊縫中的熔渣形成夾渣缺陷,夾渣缺陷一般呈單個小面積存在,在焊接缺陷坡口處一般會形成線性缺陷,取樣時截面一般為小面積或單點狀,如圖1所示。夾渣缺陷聚集的地方易引起應力集中,不僅降低焊縫的力學性能,嚴重的甚至還會產(chǎn)生裂紋缺陷,在鑄件的使用過程中潛在危害很大。

1.2 防止夾渣缺陷的主要措施夾渣缺陷大多數(shù)是由于嚴重的未熔合或焊渣焊瘤不清理所致。對于大型鑄鋼件而言,夾渣缺陷的產(chǎn)生主要是由于坡口角度不合理、多層焊時清渣不夠徹底、焊接工藝參數(shù)使用不當導致。某些不利于焊接的位置如仰焊位置,焊接死角等處理不及時等也容易在焊接的坡口處產(chǎn)生線性的夾渣和未熔合缺陷。

夾渣缺陷的防止措施有:

①坡口角度控制，缺陷挖除時嚴格控制坡口角度,缺陷兩邊敞口斜向上10°~15°,呈船型,保證圓弧過渡避免缺陷直立向上;

②在缺陷的焊接過程中要及時清渣,每一層焊接后立即清渣，必要時采用手電筒近距離檢查有焊瘤或死角的地方需要及時修磨,確保合格后再施焊;

③在焊接操作過程中,電弧不宜過長,焊層厚度控制在3 mm~5 mm 左右,焊接速度控制在12 cm/min ~15 cm/min,焊條擺動不宜過寬;④使缺陷處于利于焊接的位置。對于大型鑄鋼件而言,鑄件結構復雜、缺陷分布位置各異,合理調(diào)整鑄件的擺放位置使缺陷處于利于焊接的位置,條件允許的情況下盡量保證立焊或平焊位置焊接，避免橫焊可有效避免夾渣缺陷的產(chǎn)生。

2 氣孔

2.1 氣孔缺陷表現(xiàn)形式在焊接過程中，熔池中的氣體沒有及時逸出，殘存于焊縫中所形成的空穴即為氣孔缺陷。從形狀上分,有球狀氣孔、條蟲狀氣孔;從數(shù)量上分,有單個氣孔和群狀氣孔。其中,群狀氣孔又分為密集狀氣孔、鏈狀氣孔。有的氣孔產(chǎn)生在焊縫表面,有的則存留于焊縫內(nèi)部。氣孔缺陷的危害同夾渣缺陷一樣嚴重,需要引起焊接操作及質(zhì)量檢驗人員的重視。

2.2 防止氣孔缺陷的主要措施為了防止氣孔缺陷的產(chǎn)生，需要采取以下措施:

①首先應減少氣體的侵人,對于鑄件坡口周邊20 mm~30 mm 范圍內(nèi)進行清理打,保證呈金屬光澤且無油銹等雜質(zhì)存在,必要時可通過焊前預熱方法將坡口處水分蒸發(fā)后再施焊;

②焊材質(zhì)量控制保證焊材按焊接工藝要求進行烘干保存,在焊接使用的過程中使用插電保溫桶避免焊條受潮；

③使用氣體保護焊焊接時,尤其注意焊槍、噴嘴、氣體管路的檢查,確保焊接設備符合要求。另外尤其要注意焊接工作區(qū)域周邊環(huán)境的防風掩護,風速過大易導致焊槍噴嘴前保護氣體不穩(wěn)定成為紊流狀態(tài),從而失去保護作用。

3 咬邊

3.1 咬邊缺陷表現(xiàn)形式咬邊是電弧沖刷或熔化了近縫區(qū)基本金屬后又未能充填的結果。咬邊缺陷是焊接缺陷中較為常見的一種，局部的缺口會增大應力值,嚴重咬邊會影響鑄件質(zhì)量甚至產(chǎn)生裂紋缺陷。

3.2 防止咬邊缺陷的主要措施為了防止咬邊缺陷的產(chǎn)生，需要采取以下措施:

①合理選擇焊接工藝參數(shù),根據(jù)缺陷的分布位置合理選擇焊接電流、運條速度、焊條角度等,保證完全熔化又保證熔池有足夠的熔融金屬填充。大型鑄鋼件中的缺陷多以“U”形缺陷為主,以立焊缺陷為例,在焊接過程中尤其注意在兩邊緣位置焊條應保證1s~3s的短時停留，焊槍與熔池夾角控制在45°,保證熔合完全。焊接電流不宜過大,控制在180 A ~230 A;

②在焊條規(guī)格選擇上,對于點狀缺陷或缺陷寬度小于 25 mm 的部位，應選擇 φ3.2 mm或 φ4.0 mm 的焊條進行補焊。

4 冷裂紋

4.1 冷裂紋缺陷表現(xiàn)形式金屬在焊接應力及其他致脆因素共同作用下焊接接頭局部區(qū)域金屬原子結合力遭到破壞而形成新界面所產(chǎn)生的縫隙即為冷裂紋缺陷,其他致脆因素如拘束應力、淬硬組織和擴散氫等均可產(chǎn)生冷裂紋缺陷,冷裂紋缺陷具體如圖4所示。焊接裂紋分為熱裂紋和冷裂紋兩種,在大型鑄鋼件的焊接過程中以冷裂紋缺陷居多,因此重點對冷裂紋缺陷進行分析。冷裂紋主要發(fā)生在中碳鋼、低合金鋼和高合金鋼的焊接熱影響區(qū)，有的在焊接后立即產(chǎn)生,有的則要延遲一段時間產(chǎn)生,裂紋缺陷是焊接缺陷中危害最嚴重的缺陷之一,需要從焊接的全流程工步中進行管理和控制。

4.2 防止冷裂紋缺陷的主要措施為了防止冷裂紋缺陷的產(chǎn)生,需要采取以下措施:

①預熱是防止冷裂紋的有效措施,預熱的主要目的是為了增大熱循環(huán)的低溫參數(shù),使之有利于氫的充分擴散逸出[3]。根據(jù)鑄件的碳當量合理選擇符合生產(chǎn)實際的預熱溫度,減緩焊后冷卻速度,保證擴散氫的及時逸出。對于大型鑄鋼件,一般首次焊接前采取整體預熱的方式,對于個別小缺陷可采取局部預熱的方法，預熱過程中保證鑄件緩慢升溫避免急速升溫導致溫差過大。焊接完成后及時進行后熱處理,根據(jù)缺陷深度的不同選擇合適的后熱時間，一般按照缺陷深度每 25 mm/1 h+1 h 進行后熱時間控制,以保證達到消氫消應力的目的;

②嚴格執(zhí)行焊接工藝,焊接工藝評定中的各項焊接參數(shù)是焊接工程師經(jīng)實踐測評后指導現(xiàn)場操作的工藝文件,操作者需要嚴格執(zhí)行,尤其注意不應以生產(chǎn)節(jié)奏快而使用低預熱溫度、大電流、高熱輸入的違規(guī)操作。另外,缺陷坡口的清理和焊材烘干是持續(xù)整個焊接過程的關鍵控制點,焊接質(zhì)量管理人員應尤為重視。

5 總 結

由于焊接缺陷的產(chǎn)生原因較為復雜,結合實際生產(chǎn)經(jīng)驗提出了焊接缺陷防止的主要措施,除此之外還要根據(jù)產(chǎn)品結構特點、材質(zhì)特性、焊接流程控制等方面制定合理的解決方案,希望對焊接工作者有所幫助,共同探討,共同進步。