PDF《MAG焊产生 缺 陷的原 因及 预 防措施》

@ 第16卷 第 4期 中国锅炉压 力容 器安全 '

l 3.

MA G焊产生缺陷的原 因及预防措施 , 一奄松株1|≮・(江苏飒恿锅炉有限公司江苏21

1 1

4 4j 摘要介绍了 MA G焊在锅炉压力容器焊接 中的应用情况 , 分析 了M AG焊易产生气孔和 未熔合 的原 因, 并提 出了预 防措施 Ab s t r a c t T h e a p p l i c a t i o n o f t h e MA G we l d i n g u s e d i n t h e b o i l e r s a n d p r e s s u r e v e s s e l s a r e i n t r o d u c e d i n t h e p a p e r . By a n a l y z i n g t he F e a $ o l l o f p o r o s i t y a n d i n c o mp l e t e f u s i o n e a s y t o o c c u r i n t he MAG w e l d i n g ,t h e p r e v e n t i o n me t h o d s a r e p r e s e n t e d . 关键 词MA G焊一前言 锅炉压力容 器气在锅炉压力容器生产过程中 , 我国传统的焊接 方法 以氩弧焊 、 手工电弧焊和埋弧 自动焊为主 , C O 气体保护焊及富氲 C O : 气体保护焊 ( M A G )虽然早 就提倡采用 , 但由于焊接设备、焊丝及焊接气体等 方面的原因 , 一些生产厂家在实际操作过程中遇到 了很 多困难和麻 烦 .往往 只进行 了一些焊接实验 , 或应用于非 主要焊缝 的焊接.其根本原因是由于焊 接过程中容易出现气孔、 未熔台等缺陷.因此 , 本文 重点分析 了气孔 、未熔台产生的原因及预防措施 , 说 明了 M A G焊在 锅炉压 力容器 焊接 中的应用 前景.1MA G 焊在锅炉压 力容器中的应用情况 我公司 自 成立之初 , 通过慎密的调研 ,进口了

3 8台米勒气保焊机作为锅炉和压力容器主焊缝的 焊接设备.在技术人员和工人的配合下 , 通过培训 和实验 , 克服了种种困难 , 从而掌握了该焊接工艺 在锅炉压力容器上的应用.通过近两年的实际生产 说明: 采用 M A G焊可 以大大减少焊接的辅助时间, 且焊接速度 明显高于手工 电弧焊, 从而提高了生产 效率, 由于采用 M A G焊的线能量小 , 使焊缝金属组 织的晶粒细化 , 从而可提高焊缝的冲击韧性 ,同时 由于焊接线能量小 , 过热区高温停留时间短,晶粒 细小, 使热影响区的韧性也得到改善;

采用 M A G焊 提高了焊缝的外观质量 , 焊缝表面光滑过渡,焊缝 成形好 , 从而减少了产品运行中由于焊缝形状而产 生缺陷的可能性 ;

M A G焊由于采用的是喷射过渡形 式.基本上杜绝了飞溅现象 , 不仅减少了清理时间 , 砰碗 工件表面美观 , 而且焊接场地的卫生面貌也得到了 很大改观Ⅲ. 另外采用 M A G焊, 只要工艺合适 、 过程 控制严格 ,焊缝的一次合格率是可以和埋弧焊和手 工电弧焊相媲美的.其统计结果见表

1 . 裹1探伤片子 不台格 焊缝一次 焊接方法 总数 片子数 台格率 熔化极气保焊

1 4

3 9

2 7

9 8 .

1 2 % 手工 电弧焊

4 6

2 l

1 9

7 6 % 埋 弧焊

6 5

2 1 l

9 8

3 %

2 存在 的问题及原 因 在生产过程中 ,我们体会到 M A G焊带来 的效 益,同时也遇到 M A G焊普遍存在 的问题 , 即易产生 气孔和未熔合缺陷.统计表 明在生产之初及工艺改 进之前 .I V I A G焊的焊缝一次合格率只维持在

9 0 % 左右 , 气孔 和未熔台是最主要的缺陷 ,占总需要返 修缺陷的

9 9 %以上.

2 .

1 气孔产生的原因及分析 众所周知 ,高温下 焊接熔池溶解 了大量的氢 、 氧、 氮,在快速冷却过程 中, 这些气体来不及逸出, 便生成气孔 】 .对于 M A G焊来说 . 保护气体采用的 是富氩气与少量二氧化碳 的混合气 ,产生气孔主要 有三个方面原因 :(

1 )由于材料本身水分而造成的 气孔 ,这包括母材表面由于清理不净 而含 的水分 、 保护气体含有的水汽成分及焊丝表面不洁等.(

2 ) 由于 C O z 气体在高 温下与液体金属反应而产生的 C O气孔 】 . (

3 ) 由于环境 、 保护气体流量不适等因素 而遥成的保护效果差, 使空气侵入而引起的气 L . 维普资讯 http://www.cqvip.com .

1 4'

中国锅炉压力容器 安全 第16卷 第 4期 实践分析表明 ,在上述诸因素中 ,由于气保焊 焊丝中含有足量的 S i 、 M n 元素 , 而Si、Mn与 O的亲 和力大于 C和 O的亲和力 , 在冶金反应过程 中, s i 、 M n首先与氧发 生反应 ,从 而阻止了生成 C O的反 应 .因此 , 在MA G焊中, C O气孔不是主要 的.而材 料表面不干净或清理不彻底 ,特别是在南方 的霉雨 季节 , 空气湿度较大材料表面极易受潮是产生气孔 的重要因素;

保护气体水分含量高是产生气孔 的主 要因素 ;

对于带垫板的对接焊缝或角焊缝产生的所 谓机械气孔 也是一个方面 ;

对于由于操作因素或 风速大而造成 的保护效果 差而产生 的气孔 可以认 为是一个偶然因素.

2 .

2 未熔合产生的原因及分析 未熔合是最危险的缺 陷之一 , 它产生的直接原 因是焊接热量不足以使母材或周围的临近焊道熔 化从而形成未熔合. 对于 M A G焊来说 , 采用的保护 气体是

8 0 % 一9

0 %的Ar和20%一1

0 %的CO:混合 气体 , 使MAG焊既具有氩弧焊的特点 ( 电弧燃烧稳 定,飞溅小 , 容易获得轴向喷射过渡等 ) , 又具有氧 化性,克服了氩弧焊接时表面张力大,液体金属粘 稠,斑点易漂移等问题 ,同时对焊缝蘑菇形熔深有 所改善.由于这种混合气体可用于喷射过渡又可用 于短路过渡 ,而未熔合产生 的难易程度及原理与 MA G焊采用的过渡形式相联系. (

1 ) 当采用短路过渡时, 焊接工艺参数小 , 焊接 所需的线能量不足而产生未熔台 ;

短路过渡时的电 弧吹力小, 挖掘作用弱 , 易产生未熔合 ;

短路过渡时 电弧斑点小 , 操作时覆盖性差 , 也易产生未熔台 】 . 总之 ,短路过渡本身的特点决定了 M A G焊采用短 路过渡时非常容易产生未熔台 ,这一点在我们的实 际生产中得到了验证 .因此 , MA G焊在采用短路过 渡时要慎重. (

2 )当采用射流过渡时 ,焊接所需的焊接线能 量较大 , 焊丝端头熔化的金属被压成笔尖状 ,以细 小的熔滴从液柱尖端高速轴 向射人熔池 ,因而,电 弧吹力和覆盖面积都很大,因而克服 了短路过渡的 一 切缺点. 故在正常情况下 , 采用 M A G焊射流过渡 时,产生未熔台 的几率是很小的.但在实际生产过 程中 , 往往也产生未熔合 , 我们通过实验表明, 射流 过渡产生未熔台不是焊接线能量小的原 因,相反 , 在一定范围内, 增加焊接线能量会增加未熔合的产 生几率.这是因为当 M A G焊采用射流过渡时, 电弧 电压变化不大.增加线能量就意味着增加焊接电流 或降低焊接速度 , 使单位焊缝长度上填充金属的熔 敷量增加 , 熔池体积增大 ;

再 由于 MA G焊时氩气含 量约 占9

0 % , 液体金属的表面张力较大 , 流动性较 差,使焊接熔池在厚度方 向增加较快.这样电弧直 接接触的主要是液态熔池金属 ,而母材金属的熔化 是靠 液态金属 的传导热作 用而实现的 ,故熔深减 小,严重时便产生未熔合 .

3 预防措施

3 .

1 气孔的预防措施 通过分析和实践经验表 明,只要严格控制下列 因素 , MA G焊的焊接气孔是可以控制的. (

1 ) 严格控 制气体的质量 ,焊接用混合气体应均匀 ,并严格控 制水分含量应小于

5 0 mg / L .(

2 ) 气瓶用完应关紧阀 门, 且气瓶的剩余压力不应小于

0 .

3 M P a , 混合气体 到厂后应尽快使用,长期放置将导致分层影响焊接 质量.(

3 ) 焊工应严格执行焊接工艺 , 按标准控制焊 接环境 , 如焊接时风速不超过

2 m/ s , 相对湿度不大 于90%等.(

4 ) 除按工艺对焊缝坡 口及周围进行清 理外, 焊前应对焊缝周围进行火焰烘烤 .(

5 ) 对有垫 板 的对接接头型式在装配时应注意间隙 的均匀性 , 以防机械气孔的产生.

3 .

2 未熔合的控制措施 (

1 )采用 MA G焊进行锅炉压力容器主焊缝 的 焊接时 , 应采用喷射 ( 射流) 过渡形式 , 除打底焊且 焊根可清除外 ,应严禁采用短路过渡形式进行焊 接. (

2 ) 由于 V型坡 口的根部间隙最窄 , 在熔池体积 相 同的情况下 , 此处的熔敷金属厚度最大 , 因而 . 最 容易在根部产生未熔合缺陷.统计表 明, 在生产工 艺改进之前 , 根部未熔合产生的数量很 大,占总返 修缺陷的

9 0 %以上. 为此 , 我们改进了焊接工艺 , 即先采用 手 工氩 弧焊进 行 打底 ,打底 厚度 在23mm. 通过改进 , 根部未熔合缺陷基本消除. 这既保 证了焊接质量又可保证生产效率.(

3 )为防止根部 未熔台和层间未熔台 的产生 , 应控制每一道焊道熔 敷金属 的厚度 , 因为, 熔敷金属 的厚度过大, 根部母 材或层间焊道 的熔化不是靠 电弧热而是主要靠熔 化金属的传导热 ,从而会 由于热量不 足产生未熔 台.(

4 ) 焊工操作时应尽量采用右焊法 , 因为采用右 焊法时 , 母材的熔化主要靠电弧加热,从而可减少 未熔台的产生 ;

另外 , 进行 M A G焊操作时应采用上 坡焊,从而保证母材始终受电弧加热,避免了下坡 焊时下淌的熔化金属阻碍电弧加热母 材而产生的 未熔合 .(

5 ) 在焊接类似单边 v型坡口填角焊缝的 结构型式时 , ( 下转 第16页) 维普资讯 http://www.cqvip.com ・

1 6・ 中国锅炉压力容 器安全 第16卷 第 4期 : 坦:42*10.L12J虽然此反 应也可麒加大水量将 C h置换,但由于其生成物为 H C I 、H C I O,而这 两种生成物均对罐 体有较强的腐蚀作用, 因此不宜采用. 在清洗过程中, 加入适量的 C a ( O H) : 可加速反 应⑤ 向右移动, 其反应方程式如下:

2 C h+

2 C a ( O H)

2 =C a ( C

1 0)

2 +C a C h+2 H

2 0 ⑥ 根据 反 应方 程式⑥ 可计算 出置换 c l 所需的 C a ( O H) 的用量,而罐体 中CI:的残余量可用上述 范德华状态方程武算 出, 其中a =

6 .

4 9 a r m. L

2 . t oo l , b=0 .

0 5

6 2 L . t oo | . 同样 , 氯气的置换也可蹦用 N a O H、 N a

2 C O , 效 果也很好, 只是成本相应较高. 根据上述原理,我们在实际工作 中采用一些结 构简单的置换罐 , 来清洗、 置换罐体 内的残余液氨、 液氯, 均取得 了较好的效果.

3 .处理 程序 在实际应用 中, 处理程序如下: 抽残液一排气一置换一水洗一化验一检验 残液 由罐车的液相 营抽 出 ,液相管最低处距 罐体底部约2

0 m m , 这样在罐体底部将存 留约2

0 r a m 高的残余液体 , 这部分 液相 空间 占整个罐体 的比 例很小 , 在计算残余气体时可忽略不计.残存液体 的体积可根据罐体 内径 、长度的不同计算 出不同的 结果,再乘以该液体的比重 即可算出残余液体的重 量.排气由气相管排出,排 出气体直接通^装有饱 和酸或碱 的置换罐 内,排气速度不能太快,以免反 应不够充分. 另外, 置换罐 内的物科要及 时更换. 对于6O左右的罐 车大约需要两个班的时间 (

1 5小时) . 当罐体 内不再有气体 排 出时 ,可进入水洗阶 段. 在这个过程 中, 水应 当充满整个罐体 . 值得注意 的是,向液氯罐体 内 充水时不可间断,要保证充足 的水量 , 否则将腐蚀罐体.水充满后再及时将水排 尽.一般地说, 经过水洗后, 化验结果可满足检验要 求.如遇到合杂质较多时, 可再用少量的水冲洗, 并 将水及 时排出. ( 收稿

1 3期1999---06--2

2 ) ( 上接 第l4页) 为防止未熔合 , 特别是防止在未开坡 口面侧产生未 熔合 , 操作时应尽量采用船型位置,焊接电弧在不 开坡 口面侧的停 留时间应相对加长. 总之 , 只要严格控制各要素 , 并培训焊工精 t

7 操作 ,长期制约 M A........