焊縫返修焊接工藝研究與實踐

邱葭菲，王瑞權

（浙江機電職業(yè)技術學院，浙江 杭州 310053）

0 前言

在鍋爐壓力容器制造過程中，焊接是最主要的加工工藝方法，焊接質量決定著鍋爐壓力容器的制造質量。在其各類焊縫的焊接中，由于各種原因難免會存在一些超標缺陷，這就要求通過返修加以解決。由于焊縫返修是在產品剛性和拘束度較大的情況下進行，返修焊縫處通常會產生較大的焊接殘余應力，并且多次返修不但會造成時間、人力和財力的浪費，更重要的是降低焊接接頭性能，降低產品質量，影響安全運行。因此在焊縫返修過程中，研究及制定正確的焊接工藝，在有限的返修次數（如《蒸汽鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，同一位置返修不應超過三次）內消除焊接缺陷以保證焊縫質量，是鍋爐壓力容器制造中的重要問題。

1 返修焊接工藝設計[1-2]

1.1 焊接坡口

返修焊接前必須清除焊接缺陷及制備坡口，常用方法是用碳弧氣刨或手工砂輪。坡口應盡量制成U形或圓弧底的V形，坡口尺寸在滿足方便操作的前提下應越小越好。如缺陷屬密集性缺陷，即缺陷有多處且分布位置較近，則可將這些缺陷連接起來制備成一個深淺均勻一致的大坡口。若缺陷屬分散性缺陷，即缺陷分布較分散，則宜按各自的狀況逐個制備坡口合適。如缺陷為焊接裂紋，為防止在制備坡口及返修焊接中裂紋擴展，還需在坡口制備前在裂紋兩端鉆上止裂孔。

1.2 焊接方法

鍋爐壓力容器焊接制造中常用的焊接方法有焊條電弧焊、CO2氣體保護焊、手工鎢極氬弧焊及埋弧焊等。不管原焊縫采用什么焊接方法，考慮到操作方便及生產效率，返修焊接多采用焊條電弧焊和CO2氣體保護焊。若坡口長度較長，尺寸基本一致，并可處于平焊或環(huán)焊位置時，也可采用埋弧焊方法。有時為保證根部焊縫質量，也常用手工鎢極氬弧焊打底。

1.3 焊接材料

焊接材料因焊接方法不同而異。采用焊條電弧焊返修時，對原焊條電弧焊焊縫一般選用原焊縫焊接所用焊條。需要注意的是，若返修部位剛性大、坡口深、且材料焊接性較差，盡管原焊縫采用的是酸性焊條，此時則仍須選用同一級別的低氫堿性焊條；對原埋弧焊焊縫，一般采用與母材性能相匹配的焊條。焊條直徑不宜大，一般不宜超過4 mm，對于第一層焊縫根據返修母材（焊縫）的厚度，最好選擇直徑φ≤3.2 mm焊條。采用CO2氣體保護焊、手工鎢極氬弧焊和埋弧焊時，若返修焊接方法與原焊縫相同，一般選用與原焊縫工藝相同的焊接材料；若返修采用與原焊縫不同的焊接方法，則根據母材性能選用相應焊接方法的焊接材料。

1.4 預熱、后熱與焊后熱處理

焊前需預熱的母材，考慮到返修焊縫剛性大、焊接殘余應力大，其預熱溫度應比原焊縫預熱溫度高50℃左右為宜，同時保證層間溫度不應低于預熱。焊縫返修后，焊縫區(qū)域要進行后熱處理，加熱溫度約為350℃，保溫1～1.5 h緩冷。對于焊后要求熱處理的焊縫應在熱處理前返修，否則返修后應重新進行熱處理，其工藝與原焊縫基本相同。

2 返修焊接常見缺陷及防止

返修焊接最常見的焊接缺陷是夾渣、未熔合和氣孔。

2.1 夾渣與未熔合

返修焊縫產生夾渣與未熔合的原因是焊接電流過小、焊條角度不正確或運條方法不當。防止方法主要有兩個：一是適當增大焊接電流，增加電弧在坡口兩側停留時間；二是根據坡口寬窄采用不同運條方法。對于窄坡口（一般指小于或等于3倍焊條直徑），采用單道多層焊，用鋸齒形或月牙形運條法在坡口兩側稍作停留；對于寬坡口（一般指大于3倍焊條直徑），采用多道多層焊，焊條對準坡口凹槽兩側施焊，以保證兩側熔合良好。需要注意的是，不管哪種情況，都要防止焊出中間高、兩側低、有死角的焊道，良好的焊道應是中間低、兩側稍高的凹形焊道。此外采用正確的焊條角度和合適的焊接速度，防止熔渣流到熔池前面，以及使焊條對坡口兩側熔合良好，也能有效防止返修焊縫產生夾渣與未熔合。

2.2 氣孔

氣孔特別是密集性氣孔是返修焊縫中最容易出現的缺陷，出現部位主要在起焊處或接頭處，主要是低氫堿性焊條引弧、熄弧方法不正確造成。因為剛引燃電弧時，電弧燃燒不穩(wěn)定，還沒有形成良好的保護氣罩，致使周圍的空氣很容易侵入熔池形成氣孔。因此嚴禁焊工在起焊處或接頭處直接引弧焊接。如果便于在返修焊縫兩端設引弧板和熄弧板，這是最好的，即在引弧板引弧，在熄弧板熄弧。如果不便于設引弧板和熄弧板，則在起焊處或接頭處往前或往后10 mm左右，在沒有焊縫的坡口內或多層焊時的前一焊道上劃擦引弧，然后再迅速壓低電弧運動至起焊處或接頭處進行焊接。熄弧時電弧在熄弧部位應停留一段時間并填滿弧坑熄弧，或沿焊接反方向回拉一段距離熄弧。此外，對于低氫堿性焊條還要特別注意焊條烘干和短弧操作問題，返修前焊條烘干隨用隨取，焊接時壓低電弧進行短弧焊接。采用氣體保護焊時，應注意檢查噴嘴是否堵塞，以保證氣體暢通。

3 返修焊接的工藝評定

根據鍋爐壓力容器的安全技術監(jiān)察規(guī)程及相關制造標準要求，受壓元件焊縫（包括其返修焊縫）焊接時必須采用評定合格的焊接工藝焊接。因此返修焊縫的焊接工藝也應經過焊接工藝評定。對于返修焊縫的焊接工藝評定，目前生產中有兩種錯誤做法：一是在焊好的試件上用返修方法清除部分焊縫，制備坡口，然后再完全焊好，焊后進行各種檢測(包括外觀、力學性能、無損探傷等)，最后得出焊接工藝評定報告，認為這就是返修焊縫的焊接工藝評定。二是照搬已評定合格的產品焊縫工藝評定，按其工藝直接進行返修焊縫的返修焊接。

前者關鍵是混淆了焊接工藝評定的對象。焊接工藝評定對象是焊縫，不管是何種接頭形式，何種結構狀態(tài)，當產品缺陷清除后，若返修焊縫是對接焊縫，就要按對接焊縫對待，根據焊接工藝評定標準中對接焊縫要求進行評定。但只要返修焊縫的重要因素、補加因素與焊制產品的評定合格的焊接工藝相同，那么評定合格的焊制產品的焊接工藝評定就可作為返修焊縫的焊接工藝評定。

后者是沒有正確理解焊接工藝評定的目的。焊接工藝評定的目的是驗證擬定的焊接工藝的正確性，主要考慮的是焊接接頭的力學性能是否符合要求。事實上，焊縫或焊接接頭質量不僅與其力學性能有關，而且還與焊接應力狀況、變形大小等密切相關。因此盡管有適用于返修焊縫的焊接工藝評定，返修焊接時還必須考慮返修焊縫的特點，編制返修焊縫的焊接工藝指導書或返修焊縫焊接工藝卡來進行焊縫返修。

4 返修焊接工藝要點

（1）碳弧氣刨清除缺陷時，每次氣刨厚度應小于3 mm，清除缺陷后，要用手砂輪打磨掉滲碳層，直至露出金屬光澤。材料焊前需預熱時，碳弧氣刨前也應預熱，預熱溫度與焊前預熱溫度相同。

（2）控制返修焊縫的焊接熱輸入，采用小直徑焊條或焊絲、較小的焊接電流、較低的電弧電壓等小的焊接參數焊接，以降低返修部位材料塑性儲備的消耗。

（3）為降低或減少返修處焊接應力與變形，可采用短段、多層多道、退焊、跳焊等工藝方法施焊，同時注意每層接頭要盡量錯開。

（4）每焊完一道后，須徹底清渣，特別是焊道與坡口邊緣死角，注意填滿弧坑，同時用帶圓角的尖頭小錘錘擊焊縫，使返修焊縫產生塑性變形以松弛應力。

（5）焊后修磨返修焊縫，使其與原焊縫寬窄、高低一致，并與母材圓滑過渡。

5 結論

（1）焊縫返修焊接工藝設計包括坡口制備、焊接方法確定、焊接材料選擇和預熱、后熱及焊后熱處理工藝制定等。實踐證明，只要正確設計焊縫返修焊接工藝，并按其進行焊縫返修，就能提高焊縫返修合格率，保證返修焊縫質量。多年來，根據研究與設計的焊接工藝進行焊縫返修，一次返修合格率達100%。

（2）返修焊接最常見的焊接缺陷是夾渣、未熔合和氣孔。產生夾渣與未熔合的原因是焊接電流過小、焊條角度不正確或運條方法不當所致，可采用適當增大焊接電流，增加電弧在坡口兩側停留時間及根據坡口寬窄采用不同運條方法加以解決。在起焊處或接頭處出現氣孔特別是密集性氣孔主要是低氫堿性焊條引弧、熄弧方法不正確造成，可采用正確的引弧、熄弧方法防止。

（3）鍋爐壓力容器返修焊縫焊接前必須進行工藝評定，但只要返修焊縫的重要因素、補加因素與焊制產品的評定合格的焊接工藝相同，那么評定合格的焊制產品的焊接工藝評定就可作為返修焊縫的焊接工藝評定。但必須考慮返修焊縫的特點，編制返修焊縫的焊接工藝指導書或返修焊縫焊接工藝來進行焊縫返修。

[1]邱葭菲，李慧湘.空氣錘缸體裂紋電弧冷焊修復工藝設計與實踐[J].焊接技術，2011，40（1）：68-70.

[2]邱葭菲.鍋爐壓力容器焊接質量控制[J].電焊機，2004，34（5）：1-5.