浅析南水北调中线工程钢闸门焊接中常见缺陷原因危害和预防措施

孙营 王显利

【摘  要】焊接是水工钢闸门制造、安装生产中最为关键的一道工序，是保证闸门严密性、强度和运行质量的关键，本文结合自身工作经验针对闸门焊缝中常见的缺陷的形成原因及其危害性进行分析，并提出了预防措施。

【关键词】南水北调；闸门焊接；缺陷原因；危害；预防措施

中图分类号： TV 文献标识码： A

闸门是装于溢流坝、溢洪道、泄水孔、水工隧洞和水闸等建筑物的空口上，用以开启或关闭过水孔口以达到调节流量，控制上、下游水位、宣泄洪水、排除泥沙或漂浮物等为目的，是水工建筑物的重要组成部分，而闸门焊接是保证闸门严密性、强度以及运行质量的关键，闸门焊接质量好坏直接影响水工金属结构设备的运行安全。如果闸门在焊接过程中存在缺陷，就可能造成钢闸门结构受损、断裂、渗漏等现象发生。闸门焊接缺陷种类繁多，常见的缺陷有：气孔、夹渣、裂纹、咬边、焊瘤、未焊透、未熔合等。

1气孔

1.1焊缝中产生气孔的原因很多，由于焊接是属于金属的冶炼过程。1.1.1冶金因素的影响，焊接熔池在凝固过程中界面上排出的氮、氢、氧、一氧化碳等气体以及水蒸汽来不及排出时被包裸在金属内部形成孔洞。

1.1.2工艺因素的影响，如焊接工艺规范选择不当、焊接电源的性质不同、电弧长度的控制、操作技能不规范等都会给气孔的形成提供条件。归纳起来有以下几点： ①焊接的基本金属或填充金属的表面有锈、油污、油漆或有机物质存在； ②焊条或焊剂没有充分烘干或焊条成份不当，焊条药皮变质； ③焊接电流过小电弧拉得过长或焊接速度太快，另外采用交流电焊接比采用直流电焊接易产生气孔； ④焊接时周围环境的空气湿度太大，阴雨天进行焊接特别容易形成气孔缺陷。

1.2气孔缺陷产生的部位气孔是焊缝中最常见的缺陷，按位置可分为表面气孔、内部气孔，按形状可分为点状，链状、分散状，及密集型、圆形、椭圆形、长条形、管形等。因此，气孔可以分布在焊缝的任何部位。

1.3气孔的危害性气孔属于体积性缺陷，它主要是削弱焊缝的有效截面积，降低焊缝的机械性能和强度，尤其是焊缝的弯曲强度和冲击韧性。同时也破坏了焊缝金属的致密性。一般来说边疆气孔是导致构件破坏的重要原因，其塑性可降低40%～50%。在交变应力的作用下焊缝的疲劳强度显著下降。但由于气孔没有尖锐的边缘，一般认为不属于危害性缺陷，并允许有限度在焊缝中存在。但也要按照规范中的规定进行评定，超过规范要求时也必须进行返修处理。

1.4防止气孔缺陷产生的措施：①焊接前对焊件坡口周围的油污和有机物质清理干净；②焊条必须按照要求进行烘干，并存放于保温合内随取随用；③不要使用药皮已变质的焊条及偏蕊过大的焊条；④尽量采用短弧焊接规范，同时防止有害气体入侵；对于厚大工件或规程规定要进行焊前预热的工件必须进行焊前预热；焊接过程中焊接速度不宜过快；焊接场所要有防雨防风设施。

2夹渣

夹渣缺陷产生的部位夹渣缺陷在焊缝中的表现一般都是没有规则的，有分散点状的也有密集的，既有块状也有条状和链状。因此，夹渣缺陷可以存在于焊缝的任何部位。

2.1夹渣是在焊接过程中药皮等杂质夹杂在熔池中，熔池凝固后形成的焊缝中的夹杂物。其影响因素主要有以下几点：①焊件的焊缝坡口设计不合理，坡口的角度太小。 ②焊接技术参数选择不当，如焊接电流过小、焊接速度快。 ③多层焊接时清渣不彻底。 ④熔池中液态金属凝固过快，熔渣粒度过大不易浮出表面。 ⑤焊件坡口处杂质及油污和有机物质清理不彻底，焊条的型号选取不当，药皮的熔点过高等原因使焊接过程中未完全熔化而被裹在金属内。

2.2夹渣原因分析：①焊件清理不干净、多层多道焊层间药皮清理不干净、焊接过程中药皮脱落在熔池中等。②电弧过长、焊接角度部队、焊层过厚、焊接线能量小、焊速快等，导致熔池中熔化的杂质未浮出而熔池凝固。

2.3夹渣缺陷的危害性：①夹渣是属于体积性缺陷，它的危害程度比面状缺陷要小。但是，夹渣缺陷的形状是多种多样的，并具有尖锐的边缘，在交变应力的作用下，也很容易扩展形成裂纹而成脆性断裂。②同时也会以减少焊缝的有效截面积而降低焊缝机械强度、塑性、韧性和耐腐蚀的能力以及疲劳极限。③焊缝中的夹渣允许有限的存在，但必须按规程标准进行评定，不合格的夹渣缺陷也应当进行返修处理。

2.4防止夹渣产生的预防措施：①设计合理的焊接坡口，焊前对坡口周围要进行认真的清理，焊件焊缝坡口周围10～15㎜表面范围内打磨清理干净，直至发出金属光泽，多层多道焊时，层间药皮清理干净。②选择适当的焊接规范，防止焊缝金属冷却过快。③焊接速度合适，不能过快，减慢焊接的速度，增大焊接电流来改善熔渣浮出表面的条件。④运行条要正确，并有规律地摆动焊条，焊接过程中不断地搅动熔池中的熔化金属，促使熔渣与铁水分离⑤调整焊条的药皮或焊剂的化学成份，焊条按照要求烘培，不使用偏芯、受潮等不合格焊条，降低熔渣的熔点也有利于防止夹渣缺陷的产生。

3裂纹

3.1产生裂纹的主要因素有：①焊接工艺不合理。②选用材料不当。③焊接应力过大以及焊接环境条件差造成焊后冷却太快等。

3.2焊缝裂纹一般分为热裂纹和冷裂纹两种。

3.2.1热裂纹是在焊接过程中形成的，大部分都产生在焊缝的填充部位以及熔合线部位，并埋藏于焊缝中。

3.2.2冷裂纹也叫延时裂纹，一般都是在焊缝冷却过程中由于应力的影响而产生，有时还随着焊缝的组织的变化首先在焊缝内部形成组织晶界裂纹，经过一段时间之后才形成宏观裂纹，这类裂纹一般形成于焊缝的热影响区以及焊缝的表面。

3.3裂纹的危害性：①裂纹是焊缝中危害性最大的一种缺陷，它属于条面对面状缺陷，在常温下会导致焊缝的抗拉强度降低，并随着裂纹所占截面积的增加而引起抗拉强度大幅度下降。②裂纹的尖端是一个尖锐的缺口，应力集中很大，它会促使构件在低应力下扩展破坏。所以在焊缝中裂纹是一种不允许存在的缺陷。一旦发现必须进行全部清除或将所焊容器(构件)判废。

3.4防止裂纹产生的措施：①针对构件焊接情况选取合理的焊接工艺，如焊接方法、线能量、焊接速度、焊前预热、焊接顺序等。这是防止焊缝裂纹产生的最基本的措施。②在结构条件一定的情况下，合理的工艺不仅会影响和改善接头的应力状态，而且也会影响焊缝的化学成分，还可以改变杂质的偏析程度，对防止裂纹的形成都有很大的好处。③正确选择焊接材料。④考虑焊接环境条件以及热处理工艺等。在实际生产过程中应根据实际情况综合考虑各种工艺因素所带来的影响。

4咬边

4.1焊接咬边是指由于焊接参数选择不恰当，或操作方法不正确，沿焊趾的母材部位产生沟槽或缺陷，它是由于焊接时由于熔敷金属未完全覆盖在母材的已熔化部分，在焊趾处产生的低于母材表面的沟槽。是焊接电弧把焊件边缘熔化后，没有得到焊条熔化金属的补充所留下的缺口。

4.2焊缝咬边的危害：超出焊接工艺质量标准要求的咬边将削弱接头强度，导致结构件破坏。

4.3产生原因：电弧热量太高，即焊接电流太大以及运条速度不当。在角焊时，经常由于焊条角度或电弧长度不当而造成咬边。

4.4  防止措施：选择适当电流，保持运条均匀，角焊时，焊条采用合适的角度并保持一定的电弧长度（电弧过长易咬边）。

5焊瘤

5.1焊瘤是指在焊接过程中金属流溢到加热不足的母材或焊缝上,凝固成金属瘤，这种未能和母材或前道焊缝熔合在一起而堆积的金属瘤叫焊瘤。焊接规范过强、焊条融化过快、焊条质量不好、焊接电源特性不稳定、电焊工操作姿势不当等都会产生焊瘤。