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焊缝缺陷引起的泄漏

来源:发布日期:2021-03-15 点击量:

无论是大型金属容器,还是长达数百公里的流体输送管道,都是通过焊接的方法连接起来的。通过焊接的方法,可以得到机械性能优良的焊接接头。但是,在焊接的过程中,由于人为的因素及其他自然因素的影响,在焊缝形成过程中不可避免地存在着各种缺陷。焊缝上发生的泄漏现象,相当大一部分是由焊接过程中所遗留下来的焊接缺陷所引起的。

最常用的焊接方法是电焊和气焊。两者常见的焊缝缺陷简介见如下所述。

1.电焊焊缝缺陷

电焊是通过电能所产生的高温电弧而得到整体金属接头的过程。电焊焊缝常见的缺陷主要有以下几种。

(1)未焊透焊件的间隙或边缘未熔化,留下的间隙叫未焊透,如图6-6所示。由于存在着未焊透,压力介质会沿着层间的微小间隙出现渗漏现象,严重时也会发生喷射状泄漏。

(2)夹渣在焊缝中存在的非金属物质称为夹渣,如图6-7所示。夹渣主要是由于操作技术不良,使熔池中的熔渣未浮出而存在于焊缝之中,夹渣也可能来自母材的脏物。
夹渣有的能够看到,称为外缺陷;有的存在于焊缝深处,肉眼无法看到,通过无损探伤可以看到,称为内缺陷。无论内缺陷还是外缺陷,对焊缝的危害都是很大的,它们的存在降低了焊缝的机械性能。而某些具有针状的显微夹杂物,其夹渣的尖角将会引起应力集中,几乎和裂纹相等。焊缝里的针状氮化物和磷化物,会使金属发脆,氧化铁和硫化铁还能形成裂纹。

夹渣引起的焊缝泄漏也是比较常见的,特别是在那些焊缝质量要求不高的流体输送管路及容器上,夹渣存在的焊缝段内会造成局部区域内的应力集中,使夹渣尖端处的微小裂纹扩展,当这个裂纹穿透管道壁厚时,就会发生泄漏现象。

(3) 气孔在金属焊接过程中,由于某些原因使熔池中的气体来不及逸出而留在熔池内,焊缝中的流体金属凝固后形成孔眼,称之为气孔,如图6-8所示。气孔的形状、大小及数量与母材钢种、焊条性质、焊接位置及电焊工的操作技术水平有关。形成气孔的气体有的是原来熔解于母材或焊条钢芯中的气体;有的是药皮在熔化时产生的气体;有的是母材上的油锈、垢等物在受热后分解产生的;也有的来自于大气。而低碳钢焊缝中的气孔主要是氢或一氧化碳气孔。

根据气孔产生部位的不同,可分为表面气孔和内部气孔;根据分布情况的不同,可分为疏散气孔、密集气孔、连续气孔等。这些气孔产生的原因是多种多样的,所形成的气孔形状大小也各不相同,有球形、椭圆形、旋涡形和毛虫状等。

气孔对焊缝的强度影响极大,它能使焊缝的有效工作载积减小,降低焊缝的机械性能,特别是对弯曲和冲击韧性影响最大,破坏了焊缝的致密性。连续气孔还会导致焊接结构的破坏。

单一的小气孔一般不会引起泄漏。但长形气孔的尖端在温差应力、安装应力或其他自然力的作用下,会出现应力集中的现象,致使气孔尖端处出现裂纹,并不断扩展,最后导致泄漏;几连续蜂窝状气孔则会引起点状泄漏。处理这类焊缝气孔引起的泄漏,可以采用带压粘接密封技术中所介绍的简便易行的方法加以消除;当泄漏压力及泄漏量较大,人员难以靠近泄漏部位,则可以采用往剂式带压密封技术加以消除;允许动火的部位也可考虑采用带压焊接密封技术中介绍的方法加以消除,其强度和使用寿命会更高更长。

(4)裂纹裂纹是金属中最危险的缺陷。也是各种材料焊接过程中时常遇到的问题。这种金属中的危险缺陷有不断扩展和延伸的趋势,从密封的角度考虑,裂纹的扩展最终会引起被密封流体介质的外泄。

裂纹按其所存在的部位可分为纵向裂纹、横向裂纹、焊缝中心裂纹、根部裂纹、弧坑裂纹、热影响区裂纹等。

有时裂纹出现在焊缝的表面上,有时也出现在焊缝的内部。有时是宏观的,有时是微观的,只有用显微镜才能观察出来。常见裂纹有以下几种。

1) 焊接金属热裂纹。这种裂纹的特征是断口呈蓝黑色,即金属在高温下被氧化的颜色,裂纹总是产生在焊缝正中心或垂直于焊缝鱼鳞波纹,焊缝表面可见的热裂纹呈不明显的锯齿形,弧坑处的花纹状或稍带锯齿状的直线裂纹也属于热裂纹。

2) 焊接金属冷裂纹。冷裂纹则与热裂纹有所不同,它是在焊接后的较低温度下产生的,温度一般在200-300℃。冷裂纹可以在焊缝冷却过程中立即出现,有些也可以延迟几小时、几天甚至一两个月之后才出现,故冷裂纹又叫延迟裂纹。延迟裂纹大多数产生在基本金属上或基本金属与焊缝交界的熔合线上,大多数是纵向分布,少数情况下也可能是横向裂纹。其外观特征是:显露在焊接金属表面的冷裂纹断面上没有明显的氧化色彩,断口发亮。其金相特征是:冷裂纹可能发生在晶界上,也可能贯穿于晶粒体内部。:

以上只介绍了几种常见电焊焊缝缺陷及产生的原因。当然一些其他因素同样会造成焊缝缺陷。总的来讲,无论哪种焊接缺陷存在午焊缝上,都会影响到焊缝的质量,削弱焊缝的强度,也是造成设备、管道内危险化学品介质泄漏的重要原因。

2.气焊焊缝缺陷

气焊是利用焊炬喷出的可燃气体与氧气混合燃烧后,其热量把两焊件的接缝处加热到熔化状态,用或不用填充材料把焊件连接起来,得到整体焊接接头的过程。在采用气焊焊接过程中,同电焊一样,由于某些原因,焊缝中有时也会出现一些焊接缺陷。

(1) 过热和过烧过热和过烧,一般是指钢在气焊时金属受热到一定程度后,金属组织所发生的变化。金属产生过热的特征是在金属表面变黑,同时有氧化皮出现。在组织上表现为晶粒粗大;而过烧时,除晶粒粗大外,晶粒边界也被强烈氧化,焊缝的宏观特征是“发渣”。过热的金属会变脆,若过烧则会更脆。造成这种缺陷的主要原因是:

1) 火焰能率太大;

2) 焊接速度太慢;

3) 焊炬在一处停留时间太长。

另外还与采用了氧气过剩的氧化焰、焊丝成分不合格及在风力过大处焊接等客观因素有关。显然,这种焊接缺陷的存在必然影响到焊缝质量,

(2)气孔 气孔是遗留在焊缝中的气泡。气焊产生气孔的主要原因有:

1) 工件与焊丝表面不干净,有油、锈、漆及氧化铁皮等;

2) 焊丝与母材化学成分不符合要求;

3) 焊接速度太快;

4) 焊丝与母材的加热熔化配合不协调。

气孔的存在将减少焊缝的有效截面积,破坏了焊缝的致密性,降低了焊接接头的机械性能。

(3)夹渣 当被焊工件和焊丝上存有油污、油漆、铁锈等脏物,而进行组对焊接时,又没有采取必要的手段加以清理,就可能产生夹渣。这种夹渣与电焊时所产生的夹渣引起的危害是一样的。

(4)咬边 咬边是在基本金属和焊缝金属交界处所形成的凹坑或凹槽。在焊接横焊缝时,焊缝上部最易形成咬边现象。原因是,焊嘴倾斜角度不对及焊嘴、焊丝的摆动不当,火焰能率太大等。

焊缝形成咬边缺陷后,减少了金属的有效截面积,同时在咬边处形成应力集中,这种应力集中同样会引起焊缝中微小裂纹的扩展而出现泄漏现象。

(5) 裂纹 气焊过程中产生裂纹的主要原因有:

1) 焊件和焊丝的成分、组织不合格(如金属中含碳量过高,硫磷杂质过多及组织不均匀等);

2) 焊接时应力过大,焊缝加强高度不够或焊缝熔合不良;

3) 焊接长焊缝时,焊接顺序不妥当;

4) 点固焊时,焊缝太短或熔合不良;

5) 作业场所的气温低;

6) 收尾时焊口没填满等。

对金属来说,裂纹是最危险的焊接缺陷,它的存在明显地降低了焊接构件的承载能力,裂纹的尖端不可避免地会出现应力集中。应力集中又会使裂纹不断扩展,裂纹达到一定深度就会破坏管道、设备的封闭性能,流体介质就会沿着这些裂纹外泄。

无论是电焊焊缝缺陷,还是气焊焊缝缺陷的存在,都是引起焊缝泄漏的根本原因。从治本的角度出发,提高焊接质量是完全必要的。但对已经投产运行的设备、管道焊缝上出现的泄漏,则必须采用带压密封技术加以消除,以保证生产的安全进行。


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