焊接中容易忽略的要素

孫永瑩，王磊，陳金鈺，陳強，張樹強

(海洋石油工程股份有限公司天津建造公司，天津 300452)

0 引言

在我國社會和工業化不斷發展中，各型設備的制造以及基礎建設工程都離不開金屬構件和材料的焊接。焊接點質量狀態直接關系到設備、工程質量的高低，甚至關系到人民的生命安全。由于施工的獨特性，多數焊接工程仍然采用人工操作的方式，焊接質量在一定程度上取決于施工者的技術和技能，以及當時的身體和精神狀態。良好的焊接質量可以保證整個設備和工程結構的安全。但如果由于施工者個人因素在焊接中出現問題，輕則：可能會漏水，漏氣，使得局部變形。重則，焊縫全部撕裂無法承受整體應力，產生連鎖反應，導致整個結構部件失效，嚴重時甚至導致重大事故。因此焊接的重要性不可言喻。因此，認真分析在焊接中容易忽略的要素，提高焊接技能，是確保焊接質量的關鍵。

1 焊接要素與焊接質量的關系

焊工在焊接時，有不同的焊接習慣，與不同的對焊接的認識。導致焊出來的焊縫有很大的區別，有的焊工焊接完成后，焊縫成型外觀非常糟糕，各種缺陷盡有，焊接飛濺，焊后咬邊，表面焊瘤，焊接未熔，焊縫夾渣，甚至出現焊接裂紋，有時會出現幾種缺陷同時存在。嚴重影響了焊縫受力的能力。檢驗中這些都是可以通過外觀檢驗看到，或用無損探傷的方法發現。但有的時候這兩種方法卻發現不了。比如有的焊工焊接完成后，焊縫表面很規則，無任何缺陷，無損探傷也顯示焊縫內部沒有問題，但受力時依然達不到預計的要求，補充的理化試驗也達不到實際要求。這是為何？其實就是焊工在焊接中，自身對焊接要素，焊接參數認識的不同所造成的。因為焊工在焊接時，并沒有按照焊接工藝和焊接工程師推薦的參數要求進行焊接。而是憑著以往的經驗采用一種表面上感覺省時省力的方法，大電流，大電壓，加快焊接速度，焊接擺寬過大等方法來進行現場實際焊接。焊接過程中雖然可以用其參數配合著以往經驗的焊接手法，雖然也能夠焊出沒有缺陷的焊縫。但是焊接過程中產生了較高的熱輸入，使得焊縫內部晶體在結晶過程中向著不理想的方向而變化，產生了不利于受力的形態，晶體粗、大。結構件變脆，焊縫的韌性變差了，當遇到動載荷，或周期循環載荷的時候，就不能達到預期的要求了。

2 焊接中焊接要素的分類

從上所屬，焊工在實際焊接過程中正確的焊接習慣，與正確的焊接認識對于焊接異常重要，下面就從焊接相關的要素中，逐步分析說明。

2.1 焊接焊前結構件預加熱

焊接在施焊前，對焊接母材的加熱非常重要，尤其對于比較冷的地方，或者冬天施工時。或者對于高強鋼，如628 MPa強度以上的結構進行焊接時更需要注意。由于焊接的目的是連接結構與結構的過程。母材與母材之間通過焊縫融敷金屬，融化，結晶，凝固而形成。在此過程，焊縫中如果晶體的結晶速度過快，就會產生晶體體積較大的情況，因此凝固速度過快，冷凝成型后會極大的影響焊縫的機械性能，冷卻越快，影響越大。從而導致焊縫韌性差，結構脆，再正式投入使用中，非常容易受到應力的影響從而產生冷裂紋。因此在焊接中，焊工一定要重視起來預加熱的重要性，不但在焊接區域，而且附近的母材也需要加熱，來保證有足夠寬與足夠厚的結構上的溫度，不能低于焊接工藝的要求，來緩解降低冷卻速度。

2.2 焊接時使用焊材的選擇，及保護氣體的選擇

焊接時焊接位置的不同，對選擇不同的焊接材料，異常重要，比如說，間隙過大或過小時，選擇不同的焊接方法就有不同的效果，如間隙小時，選擇焊絲或者選擇直徑較小的焊條焊接時，會起到更好的焊接效果，高強鋼結構焊接時，低氫焊條，低氫焊絲便是其最優的首選，強過其他的焊材，更能達到預先的要求。而且經常會在實際生產中，用其他焊材來代替，遇到這種情況，盡量要用強度高于母材的焊材，以高代低，而盡量避免出現以低代高這種情況的發生。另外在焊接中，也一定要注意熔池的保護需要所用的保護氣體，保護氣體的選擇非常重要，有不同的氣體，同時也有不同的配比，一點也馬虎不得。保護氣體中如二氧化碳，氮氣，混合氣體等，不同焊材所配合的不同氣體一定不能搞錯，不然就會對焊接產生不利的影響，從而影響到結構件的受力性能。

2.3 焊接時焊縫層與層之間溫度的控制

焊接過程中，其實就是熔池的一個變化過程，從融敷金屬的融化，金屬內容逐漸的結晶，焊道最后的冷卻。所以對其過程溫度的要求，其實是非常嚴格的。如果不能控制好層間的溫度，其焊縫金屬內金象的變化就會偏向于馬氏體，大家都知道，從焊接的金象角度，如果焊縫從正常形態偏向于馬氏體后，會使其性能降低，增加強度，增加硬度，但焊縫的韌性會隨著強度，硬度的增加而降低。韌性差會導致焊縫在受力時，更容易產生焊后裂紋，極大的危害結構接頭的性能，得不到應有的機械屬性的要求。

2.4 焊接過程中焊接參數，如電流，電壓的選擇與運用

焊接中焊工往往根據自己的習慣與喜好，選擇自己認為合適的電流與電壓，配合自己的焊接手法進行焊接，殊不知不按照工藝和焊接工程師推薦的參數焊接，會產生不可控的情況。因為焊接工程師在給出推薦參數時，是做過機械實驗的。其拉伸的強度，彎曲的強度，沖擊的強度是滿足焊接結構受力需要的，如果隨心所欲的調整參數，過大的話，即使外觀，無損沒有問題。在受力時也會達不到預期的要求。

因為焊接時過大的電流，電壓，第一會增加焊接的難度，上下兩層焊縫，熔合時，如果參數不合適的話，極容易產生焊接缺陷，如焊接未融合，焊接過程中的夾渣，冷凝過程中氣孔，產生的后果很大程度都是大參數造成的。第二焊接中過大的電流，電壓，會使得被焊接件更容易磁化，產生較大的磁場，同樣也會影響到焊接的融合，更容易產生焊接缺陷。第三，焊接中運用過大參數的焊接，會使得焊縫蓋面時形成嚴重影響焊縫表面的成型，如焊接所產生的焊瘤，焊縫與母材融合線位置而產生的咬邊，都是大參數焊接所帶來的危害。結構件在受力時，不同的缺陷對結構的受力影響是不同的，缺陷分為線性缺陷和面型缺陷。按照危害程度以此類推線性要大于面型。可以分為裂紋，未熔，咬邊，氣孔，焊瘤等。因此大參數焊接后，所產生的焊接缺陷及表面缺陷，會極大的危害焊縫所能承受的能力，降低的其安全系數。

2.5 焊接的擺動寬度，及焊接速度的應用與控制

焊工在焊接過程中，為了達到快速的完成焊縫，經常會運用大擺寬的焊接手法，來進行焊接填充，偶爾也會運用到焊縫蓋面。這樣雖然從表明上提高的焊接速度，但從根源上破壞了焊縫內部，和成型時焊縫的整體性能。一般來說焊條手把焊控制在2～3倍焊條直徑，焊絲控制在17～18 mm，單道埋弧焊控制在25 mm，如果較大的超過規定寬度，會使得焊縫成型后，強度硬度增加，因為強度硬度與韌性成反比，所以導致焊縫承受結構傳遞的應力時，不能更好的承受，容易產生裂紋等較嚴重的缺陷，同時焊接時，如果只考慮快速完成的話，不計后果的加快焊接速度，同樣會給焊縫帶來不能達到預計的焊接效果。比如焊絲氣體保護焊，焊接速度過快，如超過了工藝的要求建議范圍，焊接的同時，電流也會隨之不斷的增加，帶來的后果，就是熱出入的增加，如此大的熱輸入會嚴重影響成型后焊縫的機械性能，導致不能達到設計的要求，以后再實際受力中，很有可能會出現不可預見得后果。

2.6 焊層間不同焊接方法的配合與搭配

結構接頭形式多樣，如對接接頭、角接接頭、搭接接頭、T型接頭、端接接頭；坡口形式也比較多樣，如：V型坡口、J型坡口、X型坡口。單面焊接，雙面焊接等，經常可以遇到此類情況，比如遇到單面焊雙面成型的這種焊縫，因為無法進行背面清根，實際上經常使用焊條手把焊進行焊接，如這種自保類方法焊接。同時考慮到焊接成本，焊接速度，工期的要求，可以使用焊絲氣體保護焊，進行填充，或埋弧焊進行填充，不但可以有效的保證根部熔透，還可以保證焊接速度。不建議使用焊絲氣體保護焊焊接進行打底，因為焊絲氣體保護焊過于依賴額外提供的保護氣體，在實際焊接中，焊縫根部的背面熔池得不到有效保護氣體的保護，容易混入空氣等，因此容易產生更多的焊接缺陷。另外現場的焊前組裝情況有不同的差異。例如由于根部間隙的不同，根部頓邊的不同，所以選擇不同的焊接方法，也有很多的差別。因此在選擇上一定要根據實際情況的不同，而選擇更適合的焊接方法，不同焊接方法的有效而合理的搭配，更能起到理想的效果。

3 結語

目前所涉及的焊接方法眾多，焊接要求也不盡相同，我們如果想到達到理想的焊接效果，一定不能忽略焊接要素的重要性，因為在實際焊接中，每一項焊接要素哪怕是細微的變形與改變，都會對最終的焊縫性能產生重要的影響。所以在焊接過程中，一定要對其重視起來，只有做到每一步都嚴格要求，才能達到預期的效果，只有如此，才能更好的滿足結構的需要。