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如何提高焊缝质量的措施?

  阅读次数:5960 次   发布时间:2011/12/22

        焊接从母材和焊条熔化到熔池的形成、停留、结晶,其过程发生了许多的冶金化学反应,这样就影响了焊缝的化学成分、组织、力学性能(强度、硬度、韧性和疲劳极限)、物理和化学性能,因此,焊缝的质量好坏关系到焊件的质量好坏,会影响到焊件的使用性能。所以我们应该对如何提高焊缝的质量进行分析。

        一、熔焊冶金机理
        1.氧化
熔池的体积很小,受电弧加热升温很快,温度可达2000℃或更高。在高温下氧气发生分解,成为氧原子,这样,其化学性质非常活泼,容易与金属和碳发生氧化反应,形成大量的金属氧化物和非金属氧化物,反应方程式如下:
Fe + O = FeO Mn + O = MnO
Si + 2O = SiO2 2Cr + 3O = Cr2O3
C + O = CO
        这样,Fe、Mn、Si、C等元素大量烧损,使焊缝金属含氧量增加,焊缝力学性能大大下降(如低温冲击韧性明显下降,引起冷脆,使得焊件在低温条件下的安全性降低)。当焊缝凝固冷却后,FeO转变为Fe3O4,它使焊缝金属的屈服极限、冲击韧度、疲劳极限。SiO2、MnO如果没有充足的时间上浮,则成为夹杂物。CO如果没有析出,则成为焊缝中气孔。这些夹杂物和气孔都会降低焊缝的性能。焊接高碳钢和铸铁时容易发生CO气孔;焊接灰口铸铁时,由于碳、硅的烧损,冷却快,焊缝会成为硬脆的白口组织。
         2.熔池吸气
        (1)吸氮。由于受到高温的影响,氮气也要发生分解,形成氮原子,溶于液态金属中,在冷却过程中要发生相变(奥氏体转变为铁素体),氮在固溶体中的溶解度发生突降,最后以Fe4N析出,由于Fe4N呈片状夹杂物,虽然使得焊缝金属的硬度增高,但塑性下降。
         (2)吸氢。焊接接头表面附着的油、铁锈所含水分、焊条药皮中配用的有机物等,经高温分解产生氢,氢以原子的形式被液态金属所吸收。当温度降低时,过饱和的氢将从液态金属中析出,成为气孔。当焊缝凝固至室温时,过饱和氢原子扩散到微孔中结合成氢分子。在微孔中氢的压力逐渐增大,使焊缝产生裂纹。高碳钢和合金钢容易产生氢裂。
        3.焊接应力
由于焊缝不能自由收缩而引起焊接应力,焊接应力可以引起变形,降低结构的承载能力,引发焊接裂纹,甚至造成结构脆断。
         二、提高焊缝质量措施
         为了保证焊接质量,在焊接过程中,通常采取下列措施:
         1.脱氧及掺合金。为了补偿烧损的合金,提高焊缝的力学性能和物理化学性能,在焊条药皮中加入锰铁合金等进行脱氧、脱硫、脱磷、去氢、渗合金等,从而保证焊缝的性能。
Mn + FeO = MnO + Fe Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe
MnO + FeS = MnS + FeO CaO + FeS = CaS + FeO
2Fe3P + 5FeO = P2O5 + 11Fe
生成的MnS、CaS、硅酸盐MnO. SiO2和稳定的复合物(CaO) 3?P2O5不溶于金属,进入焊渣,最终被清理掉。
        2.焊前进行清理。对坡口以及焊缝两侧的油、锈及其它杂物进行清理;对焊条、焊剂进行烘干,可降低吸氢现象。
        3.合理的焊接顺序和焊接方向。先焊收缩量大的焊缝,以保证焊缝能够自由收缩;拼板时,先焊错开的短焊缝,后焊通直的长焊缝。另外,焊前预热、焊后锤击焊缝金属,使之延伸,可以减少焊接应力。
        4.形成保护气氛(如CO2、氩气等),限制空气侵入。
        5.控制电弧长度。因为电弧越长,侵入的氧越多。
        6.对于重要的焊接结构,若焊接接头的组织和性能不能满足要求时,可采取焊后热处理(退火、回火、淬火)改善焊接接头的组织和性能,同时也可以消除或减少焊接应力。
通过以上措施,可以提高焊缝的质量,同时也使得焊件的质量得到保证。