化工金屬設備焊接中常見缺陷形成機理及預防措施

張 宏，黃曉慧

（甘肅工業職業技術學院，甘肅 天水 741000）

1 化工金屬設備焊接中常見缺陷形成機理

化工金屬設備焊接時會出現的質量缺陷有很多種，按照不同的標準焊接缺陷的種類也不同。

現在結合焊道檢測方式和長輸管道施工，將化工金屬設備的焊接缺陷分為咬邊、夾渣、未熔合、未焊透、氣孔及裂紋等缺陷[1]，本文主要針對裂紋、咬邊及氣孔缺陷的形成機理進行分析。

1.1 裂紋缺陷形成機理

化工金屬設備在焊接過程中，相對于其他金屬的焊接有諸多不同之處?；そ饘僭O備的焊接熱循環中的加熱和冷卻的過程通常比其他焊接更加短，導致因非平衡結晶焊縫致使成分偏析更大。且在加熱影響區內組織的奧氏體化與經過冷卻奧氏體化的轉變程度差距更多，會形成大量脆硬組織，如馬氏體、M-A組元。

化工金屬設備的焊接過程中，溫度梯度大的焊接接頭會使焊縫在冷卻時產生更大的拉應力[2]?；そ饘僭O備結晶裂紋和裂紋的敏感性也會因為拉應力和成分偏析的存在而增大。

在化工金屬設備熔池結晶的前期，元素擴散系數和液態金屬溫度都比較高，液態金屬的基體結晶通常以融合線處的晶粒構成，焊接的金屬晶體主干生長方向一般為逆溫度梯度方向，相鄰晶粒且位相相同的晶粒成束生長形成較為純凈的柱狀晶，化工金屬設備在焊接中會不斷的富集一些難以擴散的合金元素。

化工金屬設備焊縫在結晶的后期，平衡結晶要求的成分濃度因液態金屬的擴散能力下降而無法達到焊接要求，然后會使液態金屬偏析，最后會在焊縫中心附近形成金屬晶體之間低熔共晶相。例如比較常見的硅酸鹽、硫化物、磷化物等。兩相鄰金屬晶體之間形成的“固相橋”會將這些晶間低熔分割成不連續的液膜，這時由于化工金屬設備焊縫收縮引起的拉應力，容易使金屬設備液膜端部產生局部應變集中現象，然后被撕開分離，化工金屬設備的焊接裂紋由此形成，而且這種焊接裂紋是沿金屬晶界分布的。焊接裂紋大多數情況下出現在焊縫根部，因為化工金屬設備的激光作用區溫度梯度比焊縫頂部更大。

1.2 咬邊缺陷形成機理

咬邊缺陷就是化工金屬設備焊接時出現的焊道咬肉現象，形成的主要原因是在焊接過程中母材的坡口未能被熔敷金屬所覆蓋，而在焊道邊緣留下低于母材的缺口[3]。有些咬邊并不影響，比如淺短的咬邊，但是對焊道力學性能有較大改變的過深的咬邊就影響巨大了。咬邊缺陷會帶來不良影響，如母材的有效截面積會減少；咬邊出應力集中而降低接頭強度，尤其是低合金高強鋼的焊接；咬邊的邊緣組織被淬硬后容易引起裂紋。

1.3 氣孔缺陷

化工金屬設備進行焊接時，會經常碰到氣孔問題。氣孔缺陷按照原則來分，可以分為兩類，分別是焊縫中部氣孔及融合線氣孔。輸入較大的化工金屬設備焊接熱時，熔合線附近會出現氣孔；輸入較小的化工金屬設備焊接熱時，焊縫中部出現氣孔。對氣孔的產生有一定影響的主要因素一般如下：

（1）母材、氬氣及焊絲中的不純氣體（O2、H2、N2、H2O）會影響氣孔的生成。

（2）化工金屬設備表面不清潔、有外部雜質也會影響氣孔的生成。其中接觸端面處如果受到外部雜質污染對生成氣孔的影響是最大的。

2 化工金屬設備焊接中常見缺陷預防措施

2.1 加強金屬設備的清理

化工金屬設備在焊接過程中，對設備的前期清理是非常重要的，采用化學清洗的方式進行化工金屬設備的清理，清理溶劑最好采用酸性溶劑，如硝酸、氟化氫和水按照一定比例混合配制，對化工金屬設備清理完成后必須采用清水沖洗干凈，再進行加熱烘干才能投入到化工中使用，如果化工金屬設備在清理之后不投入使用應妥善保管，避免空氣中的一些成分再次污染設備。金屬設備清洗劑的配制方式及清洗制度如表1所示。

表1 清洗劑配制方式及清洗制度統計表

化工金屬設備焊接過程中，由于會受到現場多種條件的限制和制約，金屬材料可以采用機械磨光來代替酸溶液進行處理，在焊接之前再用蘸取丙酮的干凈白布擦洗金屬設備，清理的范圍距離焊接邊緣必須大于等于4公分，金屬設備酸性處理后要盡快焊接。金屬設備清理完成后不可以用手觸摸，一旦被污染還要進行再次清理。

2.2 采用熱力平衡法焊接金屬設備

化工金屬設備焊接的形式決定著光電和電弧等離子體的耦合方式，對焊接電弧力、焊接熔滴過渡方式等有直接影響，因此，改變焊接方式可以實現對電弧力的控制，從而可以很好地抑制化工金屬設備焊接缺陷的形成，使金屬設備獲得圓滑焊接接頭。

為了使光致等離子體對電弧的作用力平衡，化工金屬設備焊接大多數情況下是采用電弧的對稱分布焊接方式，這種焊接方式可以使金屬設備的焊接過程更具有穩定性和高效性。

3 結語

本文提出化工金屬設備焊接中常見缺陷形成機理及預防措施，通過分析了化工金屬設備焊縫氣孔、裂紋、咬邊等焊接缺陷的形成機理，并提出了相應的預防措施。針對化工金屬設備而言，焊接技術發揮著極其重要的作用，分析焊接缺陷的形成機理并提出預防措施，可以延長化工金屬設備的使用壽命。希望本文的研究能對化工金屬設備的焊接提供理論指導。