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焊縫缺陷引起的泄漏

來源:發布日期:2021-03-15 點擊量:

無論是大型金屬容器,還是長達數百公里的流體輸送管道,都是通過焊接的方法連接起來的。通過焊接的方法,可以得到機械性能優良的焊接接頭。但是,在焊接的過程中,由于人為的因素及其他自然因素的影響,在焊縫形成過程中不可避免地存在著各種缺陷。焊縫上發生的泄漏現象,相當大一部分是由焊接過程中所遺留下來的焊接缺陷所引起的。

最常用的焊接方法是電焊和氣焊。兩者常見的焊縫缺陷簡介見如下所述。

1.電焊焊縫缺陷

電焊是通過電能所產生的高溫電弧而得到整體金屬接頭的過程。電焊焊縫常見的缺陷主要有以下幾種。

(1)未焊透焊件的間隙或邊緣未熔化,留下的間隙叫未焊透,如圖6-6所示。由于存在著未焊透,壓力介質會沿著層間的微小間隙出現滲漏現象,嚴重時也會發生噴射狀泄漏。

(2)夾渣在焊縫中存在的非金屬物質稱為夾渣,如圖6-7所示。夾渣主要是由于操作技術不良,使熔池中的熔渣未浮出而存在于焊縫之中,夾渣也可能來自母材的臟物。
夾渣有的能夠看到,稱為外缺陷;有的存在于焊縫深處,肉眼無法看到,通過無損探傷可以看到,稱為內缺陷。無論內缺陷還是外缺陷,對焊縫的危害都是很大的,它們的存在降低了焊縫的機械性能。而某些具有針狀的顯微夾雜物,其夾渣的尖角將會引起應力集中,幾乎和裂紋相等。焊縫里的針狀氮化物和磷化物,會使金屬發脆,氧化鐵和硫化鐵還能形成裂紋。

夾渣引起的焊縫泄漏也是比較常見的,特別是在那些焊縫質量要求不高的流體輸送管路及容器上,夾渣存在的焊縫段內會造成局部區域內的應力集中,使夾渣尖端處的微小裂紋擴展,當這個裂紋穿透管道壁厚時,就會發生泄漏現象。

(3) 氣孔在金屬焊接過程中,由于某些原因使熔池中的氣體來不及逸出而留在熔池內,焊縫中的流體金屬凝固后形成孔眼,稱之為氣孔,如圖6-8所示。氣孔的形狀、大小及數量與母材鋼種、焊條性質、焊接位置及電焊工的操作技術水平有關。形成氣孔的氣體有的是原來熔解于母材或焊條鋼芯中的氣體;有的是藥皮在熔化時產生的氣體;有的是母材上的油銹、垢等物在受熱后分解產生的;也有的來自于大氣。而低碳鋼焊縫中的氣孔主要是氫或一氧化碳氣孔。

根據氣孔產生部位的不同,可分為表面氣孔和內部氣孔;根據分布情況的不同,可分為疏散氣孔、密集氣孔、連續氣孔等。這些氣孔產生的原因是多種多樣的,所形成的氣孔形狀大小也各不相同,有球形、橢圓形、旋渦形和毛蟲狀等。

氣孔對焊縫的強度影響極大,它能使焊縫的有效工作載積減小,降低焊縫的機械性能,特別是對彎曲和沖擊韌性影響最大,破壞了焊縫的致密性。連續氣孔還會導致焊接結構的破壞。

單一的小氣孔一般不會引起泄漏。但長形氣孔的尖端在溫差應力、安裝應力或其他自然力的作用下,會出現應力集中的現象,致使氣孔尖端處出現裂紋,并不斷擴展,最后導致泄漏;幾連續蜂窩狀氣孔則會引起點狀泄漏。處理這類焊縫氣孔引起的泄漏,可以采用帶壓粘接密封技術中所介紹的簡便易行的方法加以消除;當泄漏壓力及泄漏量較大,人員難以靠近泄漏部位,則可以采用往劑式帶壓密封技術加以消除;允許動火的部位也可考慮采用帶壓焊接密封技術中介紹的方法加以消除,其強度和使用壽命會更高更長。

(4)裂紋裂紋是金屬中最危險的缺陷。也是各種材料焊接過程中時常遇到的問題。這種金屬中的危險缺陷有不斷擴展和延伸的趨勢,從密封的角度考慮,裂紋的擴展最終會引起被密封流體介質的外泄。

裂紋按其所存在的部位可分為縱向裂紋、橫向裂紋、焊縫中心裂紋、根部裂紋、弧坑裂紋、熱影響區裂紋等。

有時裂紋出現在焊縫的表面上,有時也出現在焊縫的內部。有時是宏觀的,有時是微觀的,只有用顯微鏡才能觀察出來。常見裂紋有以下幾種。

1) 焊接金屬熱裂紋。這種裂紋的特征是斷口呈藍黑色,即金屬在高溫下被氧化的顏色,裂紋總是產生在焊縫正中心或垂直于焊縫魚鱗波紋,焊縫表面可見的熱裂紋呈不明顯的鋸齒形,弧坑處的花紋狀或稍帶鋸齒狀的直線裂紋也屬于熱裂紋。

2) 焊接金屬冷裂紋。冷裂紋則與熱裂紋有所不同,它是在焊接后的較低溫度下產生的,溫度一般在200-300℃。冷裂紋可以在焊縫冷卻過程中立即出現,有些也可以延遲幾小時、幾天甚至一兩個月之后才出現,故冷裂紋又叫延遲裂紋。延遲裂紋大多數產生在基本金屬上或基本金屬與焊縫交界的熔合線上,大多數是縱向分布,少數情況下也可能是橫向裂紋。其外觀特征是:顯露在焊接金屬表面的冷裂紋斷面上沒有明顯的氧化色彩,斷口發亮。其金相特征是:冷裂紋可能發生在晶界上,也可能貫穿于晶粒體內部。:

以上只介紹了幾種常見電焊焊縫缺陷及產生的原因。當然一些其他因素同樣會造成焊縫缺陷??偟膩碇v,無論哪種焊接缺陷存在午焊縫上,都會影響到焊縫的質量,削弱焊縫的強度,也是造成設備、管道內危險化學品介質泄漏的重要原因。

2.氣焊焊縫缺陷

氣焊是利用焊炬噴出的可燃氣體與氧氣混合燃燒后,其熱量把兩焊件的接縫處加熱到熔化狀態,用或不用填充材料把焊件連接起來,得到整體焊接接頭的過程。在采用氣焊焊接過程中,同電焊一樣,由于某些原因,焊縫中有時也會出現一些焊接缺陷。

(1) 過熱和過燒過熱和過燒,一般是指鋼在氣焊時金屬受熱到一定程度后,金屬組織所發生的變化。金屬產生過熱的特征是在金屬表面變黑,同時有氧化皮出現。在組織上表現為晶粒粗大;而過燒時,除晶粒粗大外,晶粒邊界也被強烈氧化,焊縫的宏觀特征是“發渣”。過熱的金屬會變脆,若過燒則會更脆。造成這種缺陷的主要原因是:

1) 火焰能率太大;

2) 焊接速度太慢;

3) 焊炬在一處停留時間太長。

另外還與采用了氧氣過剩的氧化焰、焊絲成分不合格及在風力過大處焊接等客觀因素有關。顯然,這種焊接缺陷的存在必然影響到焊縫質量,

(2)氣孔 氣孔是遺留在焊縫中的氣泡。氣焊產生氣孔的主要原因有:

1) 工件與焊絲表面不干凈,有油、銹、漆及氧化鐵皮等;

2) 焊絲與母材化學成分不符合要求;

3) 焊接速度太快;

4) 焊絲與母材的加熱熔化配合不協調。

氣孔的存在將減少焊縫的有效截面積,破壞了焊縫的致密性,降低了焊接接頭的機械性能。

(3)夾渣 當被焊工件和焊絲上存有油污、油漆、鐵銹等臟物,而進行組對焊接時,又沒有采取必要的手段加以清理,就可能產生夾渣。這種夾渣與電焊時所產生的夾渣引起的危害是一樣的。

(4)咬邊 咬邊是在基本金屬和焊縫金屬交界處所形成的凹坑或凹槽。在焊接橫焊縫時,焊縫上部最易形成咬邊現象。原因是,焊嘴傾斜角度不對及焊嘴、焊絲的擺動不當,火焰能率太大等。

焊縫形成咬邊缺陷后,減少了金屬的有效截面積,同時在咬邊處形成應力集中,這種應力集中同樣會引起焊縫中微小裂紋的擴展而出現泄漏現象。

(5) 裂紋 氣焊過程中產生裂紋的主要原因有:

1) 焊件和焊絲的成分、組織不合格(如金屬中含碳量過高,硫磷雜質過多及組織不均勻等);

2) 焊接時應力過大,焊縫加強高度不夠或焊縫熔合不良;

3) 焊接長焊縫時,焊接順序不妥當;

4) 點固焊時,焊縫太短或熔合不良;

5) 作業場所的氣溫低;

6) 收尾時焊口沒填滿等。

對金屬來說,裂紋是最危險的焊接缺陷,它的存在明顯地降低了焊接構件的承載能力,裂紋的尖端不可避免地會出現應力集中。應力集中又會使裂紋不斷擴展,裂紋達到一定深度就會破壞管道、設備的封閉性能,流體介質就會沿著這些裂紋外泄。

無論是電焊焊縫缺陷,還是氣焊焊縫缺陷的存在,都是引起焊縫泄漏的根本原因。從治本的角度出發,提高焊接質量是完全必要的。但對已經投產運行的設備、管道焊縫上出現的泄漏,則必須采用帶壓密封技術加以消除,以保證生產的安全進行。


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