压力容器埋弧焊气孔成因与控制

压力容器埋弧焊气孔成因与控制

刘志刚

刘志刚大庆油田第六采油厂培训中心163513

摘要本文从压力容器行业埋弧焊工艺特点入手，介绍了产生气孔的一般原因，通过长期的观察、试验，找到了产生气孔的特殊原因，并提出了解决措施，进一步完善了埋弧焊工艺。

主题词埋弧焊气孔控制措施焊接工艺

1前言

压力容器制造中，主要承压件是筒体，如图1所示。一般由2-3节筒节加两个封头组成，制作过程包括筒节的制造，筒节及封头的组焊等工艺过程：下料、坡口、压头、卷圆、组对（点固）、纵缝焊接（埋弧焊）、校圆、组对环缝（点固）、焊接环缝（埋弧焊）。

在组对过程中，标准要求较高，否则会影响焊接质量。按照GB150-1998规定,母材厚度小于20mm环缝组对偏差应控制在板厚的25%以内，纵缝组对偏差控制在3mm(母材厚度小于12mm控制在板厚的25%)以内，在筒体的焊接中，全部用埋弧自动焊完成，焊接质量将直接影响筒体的质量。

2问题的产生

埋弧自动焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法，在焊剂层下电弧在焊丝末端与焊件之间的燃烧。使焊剂熔化，蒸发形成气体，在电弧周围形成一个封闭空腔，电弧在这个空腔内中稳定燃烧，焊丝不断送入，以熔滴状进入熔池与熔化的母材金属混合，并受到熔化焊剂的还原，净化及合金化作用，产生CO、O2、NO等气体，随着焊接过程的进行，电弧向前移动熔池冷凝固定后形成焊缝，比重较轻的熔渣浮在熔池的表面，有效的保护熔池金属。如果熔池凝固过快，使气体来不及逸出而残存在焊缝金属中就会形成气孔。在埋弧焊中多见CO气孔。

2.1气孔形成的一般原因及采取的措施

气孔形成的一般原因：

1)铁锈、油污和水分对熔池既有氧化作用，又带来大量的氢。

2)焊接方法埋弧焊熔透力强，焊缝的熔深相对于手工电弧焊深的多，气体从熔池中逸出困难，故生成气孔的倾向比手弧焊大得多。

3)定位焊和补焊碱性焊条未按规定烘干或焊道未清理。

4)电流的种类和极性使用交流电源，将使产生气孔倾向增大。

5)焊接工艺参数焊速增加，焊接电流增大，都会使气孔倾向增加。

针对以上原因产生的气孔，通常采取如下措施来防止。

1）焊接前用磨光机把坡口两侧20mm内的铁锈、油污打磨干净，漏出金属光泽，清除坡口附近的铁锈及污物。

2）焊接前焊剂要按规定的温度进行烘干并保温，下班前回收好焊剂，放到焊剂保温箱中保温以免受潮。药剂要保持洁净。

3）定位焊和补焊时，碱性焊条要按规定严格烘干。组对完或补焊完毕要立即施焊，否则焊道会返潮。

4）使用直流电源，反极性连接可减少产生气孔的倾向。

5）采用合理的工艺参数焊接。

采用以上措施后，气孔一般能得到有效的控制，但也有例外情况。

2.2分析原因及相应对策

经过一段时间观察、分析，发现出现气孔的筒体板厚都在14mm以上，筒体直径在800mm以上，而板厚在10mm以下，直径在800mm以下的筒体则没有出现气孔。对以上两类筒体焊缝中心线和坡口中心线进行划线标注，发现在施焊过程中，发生气孔的焊缝，其中心线均不同程度的偏离了坡口中心线（δ），如图2所示，板厚在14mm以上，直径大于800mm的筒体，偏离的程度越大，产生密集气孔的倾向越大，产生气孔的部位均在焊缝偏离坡口中心线3mm以上时发生，而在板厚在10mm以下，直径小于800mm的筒体，既使焊缝偏离坡空中心线3mm以上也不会产生气孔。

也就是说问题出现在机头导轨（轨道）或转胎上，在焊接过程中，机头偏离坡口中心，导致焊缝中心偏离坡口中心。板厚愈大，直径愈大，导热就愈快，处于焊缝边缘的气泡来不及逸出形成气孔；板厚愈小，直径愈小，导热就愈慢，处于焊缝边缘的气泡可以逸出，不能形成气孔。由于国内多数厂家和我们一样采用国产设备及工装进行生产，大多存在如下缺陷：

1）小车导轨或机头轨道制造直线度超差，加之安装导轨时存在偏差，机头在导轨上进行，使焊枪偏离焊道。

2）小车导轨或机头轨道长期处在生产环境中，不可避免的被各种工件碰撞，加之四季温差变化，可能使轨道产生弯曲变形，在施焊时必然焊偏。

3)转胎安装后四轮间存在形位公差。筒体在转胎上旋转时发生径向窜动，而使焊枪偏离焊道。

4）转胎长期处在生产环境中，轴承在荷载下长期工作，如果润滑不到位，很容易滚轴磨损，造成轴承间隙过大使转胎发生径向窜动。

以上情况都能使焊缝偏离，偏差不大时，不影响焊道熔化，外观成形美观，这种焊偏不易觉察，当偏差过大时，焊缝偏离焊道，就会产生严重质量问题。找到了问题的症结，我们就可以有针对性地采取措施了。

1)制作导轨（轨道）时应检查直线度，安装时应检查两导轨间的平行度，偏差应在允许的范围内，否则不能安装。

2）在生产环境中，提醒工人不能碰导轨，发生碰撞应及时检查，维修，随着季节的变化随时检测导轨的直线度和平行度。

3）转胎在安装时，严格控制其形位公差，发现问题，应立即调整。

4）转胎处于生产环境中，应定期进行润滑，及时更换不合格轴承。

通过采取以上措施后，焊缝焊偏的情况得到有效控制，气孔现象消失。结果对比如图3所示。

3焊接过程中应注意的几个问题

组对时，要保证工件装配质量，切忌强行组对造成应力集中。

1）焊前对纵焊缝要焊好引弧板及收弧板，引弧板与收弧板的坡口形式应与筒体相同。

2）焊前应把地线接牢固，对好焊嘴。注意焊接筒体倾斜角不宜大于60。

3）选择工艺参数注意根据实际情况适时调整，如组对间隙过大时（大于2mm)应在筒体背面用焊条电弧焊进行封底，避免烧穿，并减少焊接电流或加快焊速。

4)焊接过程中，始终注意焊嘴对准焊缝中心，发现偏离及时调节。

5）焊接过程中，发现电弧在焊剂里燃烧不稳定，应及时停焊，查明原因经调整后再继续施焊。

6）为保证焊接质量，应尽量采用小电流，减少热输入。这样能提高接头力学性能。

按照上诉工艺措施，我们连续施焊筒节20节，进行射线检测，按JB4730-2005标准，达到规定要求，全部合格。

4结束语

埋弧自动焊虽然大大地减轻了焊工的劳动强度，具有焊缝成形美观，生产效率高等优点，但也需要我们在生产中勤于动脑，多观察善总结，及时发现施焊过程中影响焊缝质量的不确定因素，分析产生的原因，不拘于书本知识，大胆提出自己的创新方法，就一定能够有效提高埋弧自动焊的焊接质量和效率，创造出更大的经济效益。