淺談低碳不銹鋼管道焊接缺陷產(chǎn)生的原因及措施

 低碳不銹鋼管的應(yīng)用廣泛，其焊接過程的質(zhì)量控制十分重要，因?yàn)楹附拥馁|(zhì)量與工程質(zhì)量息息相關(guān)，且焊接過程復(fù)雜，需要注意的細(xì)節(jié)較多，所以在不銹鋼管焊接時(shí)焊接缺陷要特別關(guān)注。浙江至德鋼業(yè)有限公司從低碳不銹鋼管的焊接性能出發(fā)，論述焊接缺陷的含義、分類與影響因素，分析低碳不銹鋼管道焊接產(chǎn)生缺陷的幾種情況與原因，最后提出一些可行性的應(yīng)對(duì)措施，提升焊縫的質(zhì)量，加強(qiáng)管道使用的安全性與可靠性。在管道的安裝工程中，焊接工序及其關(guān)鍵。焊接一旦出現(xiàn)問題，無法保障工程質(zhì)量及進(jìn)度，管道的運(yùn)行也無法保證穩(wěn)定性、可靠性?；诖?，管道技術(shù)人員必須具備一定的專業(yè)知識(shí)，并能夠根據(jù)缺陷類型分析產(chǎn)生的原因，制定出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施及方案。

一、低碳不銹鋼管的焊接性能與應(yīng)用

 低碳不銹鋼管的可焊性主要是因?yàn)樗暮剂康停i、硅的含量也相對(duì)較低，在正常情況下焊接，不會(huì)出現(xiàn)熱裂紋的現(xiàn)象，不容易產(chǎn)生淬火組織或硬化組織。金屬的含碳量越高，焊接難度越大，而低碳鋼的含碳量小于0.25%，決定了它的良好的焊接性能。低碳鋼的特點(diǎn)有：強(qiáng)度低、硬度低、塑形好、韌性好、易成形，通常焊前不需要預(yù)熱，不需要特殊的工藝措施，所以低碳鋼是最容易加工及焊接的材料之一。低碳不銹鋼管憑借其良好的焊接性能、良好的機(jī)械性能、低廉的價(jià)格，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、建筑及其他工業(yè)領(lǐng)域。建筑及機(jī)械使用的型鋼、鍋爐壓力容器使用的低碳鋼鋼板、鋼管等材料在焊接方面應(yīng)用廣泛。

二、焊接缺陷的含義及分類

  焊接缺陷是指焊接接頭處的不完整性，主要包含裂紋、氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、形狀及尺寸不良等，這些缺陷中危害最大的是裂紋和氣孔。另外，根據(jù)焊接缺陷在焊縫中的位置不同，可以把焊接缺陷分成外部缺陷和內(nèi)部缺陷兩大類。

  外部缺陷是位于焊接外表面的缺陷，能夠用肉眼觀察到的明顯缺陷或用低倍放大鏡和檢測(cè)尺等能檢測(cè)出來的缺陷。包括裂紋、咬邊、下塌、焊瘤、表面氣孔、弧坑、焊穿、電弧擦傷和成形不良等。這些缺陷大多是由于操作工藝不當(dāng)引起，易造成應(yīng)力集中、設(shè)備泄漏、工件失效，影響焊接結(jié)構(gòu)的使用壽命。因此這些缺陷的及時(shí)清除及修補(bǔ)是是十分必要的。內(nèi)部缺陷位于焊縫的內(nèi)部，用肉眼觀察不到，可以通過RT、UT等無損檢測(cè)方式或破壞性試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。主要包括裂紋、氣孔、夾渣、未熔合、未焊透等。

  其中危險(xiǎn)性最大的是裂紋。這些缺陷的存在使得焊件的承載能力大大降低，疲勞強(qiáng)度削弱，極易引發(fā)焊接質(zhì)量事故。

三、低碳不銹鋼管焊接產(chǎn)生的幾種典型缺陷與原因分析

 1. 裂紋

  裂紋缺陷是危害最大的缺陷之一，主要分為熱裂紋、冷裂紋、層狀撕裂等。此缺陷不僅降低焊縫強(qiáng)度，更容易在裂縫的末端形成尖銳的缺口，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的應(yīng)力集中，造成焊接結(jié)構(gòu)開裂。

   a. 熱裂紋是在高溫下產(chǎn)生的，他的特征是沿原奧氏體晶界開裂。C的含量高時(shí)，S在Fe中的溶解度會(huì)降低，當(dāng)鋼和焊接材料中的S含量過高時(shí)，熱裂紋最容易產(chǎn)生。其主要原因是自由的S在晶界集中，形成低熔點(diǎn)共晶物，又隨著結(jié)晶方向聚集在焊縫中央，這時(shí)在冷卻過程中，收縮應(yīng)力與共晶物的聯(lián)合作用促進(jìn)了熱裂紋的形成。

   b. 冷裂紋主要受淬硬組織、拘束應(yīng)力、擴(kuò)散氫的影響，在低于200℃的情況下產(chǎn)生，它是焊接生產(chǎn)中最為普遍的一種裂紋。產(chǎn)生的原因是結(jié)晶過程中，氫含量太高無法完全逸出，集中在熱影響區(qū)；母材在冷卻速度較快的情況下，淬硬趨勢(shì)增大，進(jìn)而形成脆、硬的馬氏體組織；因各部位受熱不均，在冷卻時(shí)產(chǎn)生了巨大的拉應(yīng)力，且溫度越低，拉應(yīng)力越大。在三者的共同作用下，導(dǎo)致了冷裂紋的產(chǎn)生。

   c. 層狀撕裂是由于鋼板等母材的內(nèi)部存在有分層的夾雜物（沿軋制方向），在焊接時(shí)產(chǎn)生的垂直于軋制方向的應(yīng)力，致使在熱影響區(qū)或鄰近區(qū)域，產(chǎn)生臺(tái)階式的層狀開裂。焊接材料具有各向異性，所以層狀撕裂的方向平行于軋制方向。

  2. 氣孔

   氣孔問題在管道焊接過程中出現(xiàn)的概率較大，焊接材料烘干不足、油污、雜質(zhì)、操作不穩(wěn)定等因素都可能造成氣孔缺陷產(chǎn)生。其根本原因是焊接時(shí)，在高溫下熔融金屬釋放出多種氣體，這些氣體的溶解度隨著溫度的降低而減小，結(jié)晶時(shí)部分氣體未能及時(shí)逸出，最終氣泡就成了金屬內(nèi)的氣孔。氣孔主要有氫氣孔和CO氣孔，前者主要存在與焊接表面，而后者因冶金反應(yīng)存留在焊縫內(nèi)部。

  3. 夾渣

  夾渣是焊縫與熔合區(qū)之間存在的夾雜物，它的存在會(huì)降低焊縫金屬的韌性，出現(xiàn)熱裂紋和層狀撕裂的傾向。夾雜物主要有氧化物、硫化物和氮化物三種冶金產(chǎn)物，這三種產(chǎn)物的存在形式各不相同。氧化物夾渣主要為二氧化硅，硫化物夾渣為硫化錳和硫化鐵，氮化物夾渣主要為Fe4N。在實(shí)際的低碳鋼管道焊接過程中產(chǎn)生夾渣的原因主要有：①焊接的電流過小，焊接電壓較低，金屬熔池的溫度偏低，使得熔渣不容易上浮，與液態(tài)金屬難以分離。②焊條的運(yùn)條速度太快，熔渣和熔液完全混合在一起，當(dāng)熔池凝固時(shí)，熔渣無法及時(shí)清出。③母材中存在的夾渣未清理干凈，鐵銹及一些難溶物滯留在熔池中，進(jìn)而產(chǎn)生夾渣。

  4. 未熔合

  未熔合是焊接時(shí)焊道與母材之間或焊道之間未能完全熔化結(jié)合的部分。產(chǎn)生未熔合的原因主要是焊接熱輸入過低，電弧產(chǎn)生偏吹，坡口側(cè)有銹蝕和污物，焊道間焊渣清理不徹底等。未熔合主要出現(xiàn)于坡口側(cè)壁、層間及焊縫根部。

四、低碳不銹鋼管道焊接過程中預(yù)防缺陷的措施

  1. 焊接材料

  焊接材料是保證焊接質(zhì)量、預(yù)防焊接缺陷的基本前提，直接關(guān)系到焊接的質(zhì)量和工程成本。對(duì)此，在低碳鋼管道焊接前，相關(guān)負(fù)責(zé)人要嚴(yán)格控制焊接材料的各個(gè)環(huán)節(jié)，如采購、驗(yàn)收、存放、使用等。選擇焊接材料時(shí)要根據(jù)母材的強(qiáng)度和實(shí)際工作條件進(jìn)行挑選，使抗拉強(qiáng)度與力學(xué)性能能夠匹配適應(yīng)。焊條的型號(hào)較多，要根據(jù)具體情況選用。其次，所購焊接材料的化學(xué)成分、機(jī)械性能等必須符合相關(guān)工藝文件要求，質(zhì)量證明書符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，必要時(shí)要進(jìn)行材料復(fù)驗(yàn)。焊接現(xiàn)場(chǎng)的材料存放要規(guī)范，濕度、溫度要控制。入庫的材料需要進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，合格后方可入庫，并做好標(biāo)記，分類堆放。使用前做好焊條烘干記錄，使用后回收再利用的焊條也要重新烘干，但同一焊條不得烘干超過兩次。

 2. 焊接環(huán)境

  管道焊接的環(huán)境控制是制約焊接質(zhì)量的重要因素之一。焊接環(huán)境的溫度控制與焊接材料和焊件有關(guān)，當(dāng)環(huán)境溫度低于焊接材料所需要的溫度下限時(shí)，按照焊接評(píng)定工藝進(jìn)行預(yù)熱。風(fēng)速和濕度的控制也不可忽視，特殊天氣，必須根據(jù)天氣預(yù)報(bào)及時(shí)采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，若焊接環(huán)境不符合規(guī)范要求，那么必須停止施焊作業(yè)。如在有防風(fēng)設(shè)施的情況下，風(fēng)速仍超過規(guī)定值；電弧1米內(nèi)的相對(duì)濕度大于90%，焊件表面潮濕等。因?yàn)橹挥幸粋€(gè)適宜的溫度、風(fēng)速、濕度，焊接質(zhì)量才能得到保證。

 3. 焊接檢驗(yàn)

  焊接檢驗(yàn)是焊接質(zhì)量控制過程中的重要環(huán)節(jié)。焊接檢驗(yàn)的過程包括焊前檢驗(yàn)、過程檢驗(yàn)、焊后檢驗(yàn)。焊前檢驗(yàn)主要是審查相關(guān)文件資料、編制檢查計(jì)劃、檢查焊前準(zhǔn)備、檢查接頭的焊道清理狀況及組對(duì)間隙是否符合要求等；過程檢驗(yàn)主要是檢查相關(guān)參數(shù)是否滿足焊接工藝的要求，焊接順序是否符合工藝要求，安裝位置是否符合圖樣要求等；焊后檢驗(yàn)需要仔細(xì)準(zhǔn)確地檢查焊縫的形式、尺寸及外觀狀況。同時(shí)，對(duì)于檢查發(fā)現(xiàn)有缺陷的焊縫，要立即制定返修工藝進(jìn)行返修。返修后，還要再次檢驗(yàn)，并做好返修與檢驗(yàn)記錄。

五、結(jié)語

  總而言之，在低碳鋼管道焊接工程開始前，對(duì)焊接人員、焊接材料、焊接工藝的選擇至關(guān)重要，把握好焊接的第一步。其次，嚴(yán)格控制好焊接環(huán)境、焊接操作、焊接檢驗(yàn)，在細(xì)節(jié)上把握住焊接的質(zhì)量。同時(shí)，管道技術(shù)人員要加強(qiáng)培訓(xùn)，提高焊接技能，學(xué)習(xí)先進(jìn)焊接技能。相關(guān)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人要履行自身職責(zé)，全面落實(shí)質(zhì)量監(jiān)管工作，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷于萌芽狀態(tài)，避免重大質(zhì)量事故的產(chǎn)生，從而降低工程成本，提高效益。