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    钢结构的焊接缺陷基本类型

    焊接是衡阳钢结构连接最重要的手段。焊接方法种类很多,按焊接的自动化程度一般分为手工焊接、半自动焊接及自动化焊接。焊接连接的优点是不削弱截面、节省材料、构造简单、连接方便、连接刚度大、密闭性好,尤其是可以保证等强连接或刚性连接。
    焊接也可能带来以下缺陷:
    1.焊接材料不合格。手工焊采用的是焊条,自动焊采用的是焊丝和焊剂。实际工程中通常容易出现三个问题:一是焊接材料本身质量有问题;二是焊接材料与母材不匹配;三是不注意焊接材料的烘焙工作。
    2.焊接引起焊缝热影响区母材的塑性和韧性降低,使钢材硬化、变脆和开裂。
    3.因焊接产生较大的焊接残余变形。
    4.因焊接产生严重的残余应力或应力集中。
    5.焊缝存在的各种缺陷。如裂纹、焊瘤、边缘未熔合、未焊透、咬肉、夹渣和气孔等等。详述如下:
    (1)焊缝成形不良
    如图2.3所示,焊缝成形不良表现在焊喉不足、余高过大、焊角尺寸不足或过大等,修补措施如下:
    ①采用车削、打磨、铲或碳弧气刨等方法消除多余焊缝金属或部分母材,不应有割痕或咬边;
    ②修补焊缝前,应先将所焊区域清理干净;
    ③修补焊接时所用焊条直径要小,一般不宜大于4mm;
    ④选择合适的焊接规范。
    (2)气孔
    如图2.4(a)所示。气孔是指焊缝表面或内部存在的近似圆球形或洞形的空穴。产生气孔的原因是:
    ①碱性焊条受潮;
    ②酸性焊条烘焙温度太高;
    ③焊件不清洁;
    ④电流过大使焊条发红;
    ⑤极性不对;
    ⑥保护气体不纯且焊丝锈蚀等。
    焊缝上的气孔会降低焊缝的机械性能,破坏焊缝的致密性,尤其是连续气孔或链状气孔的影响远远大于独立气孔,且特别对动载下疲劳性能的影响远大于对静力性能的影响。
    气孔的防止措施是:焊前必须将焊缝坡口表面杂质清理干净;合理选择焊接方法;焊接材料必须烘焙;在风速大的环境下施焊应采取防风措施。另外,对超过规定的气孔必须刨去后重新补焊。
    (3)夹渣
    如图2.4(b)所示。夹渣是指残存在焊缝中的熔渣或其他非金属夹杂物。产生夹渣的原因是:
    ①焊接材料质量不好,熔渣太稠;
    ②焊件上或坡口内锈蚀或其他杂质未清理干净;
    ③各层熔渣在焊接过程中未彻底清除;
    ④电流太小,焊速太快;
    ⑤焊条不当。
    为防止夹渣,在焊前应选择合理的焊接规范及坡口尺寸,正确掌握操作工艺及使用工艺性能良好的焊条,坡口两侧要清理干净,在多层施焊时要注意彻底清理每层的熔渣,特别是碱性焊条,清渣时应认真仔细。另外,夹渣缺陷的修补一般采用碳弧气刨将其缺陷的焊缝金属除去,手工补焊。
    (4)咬肉
    如图2.4(c)所示。咬肉也称咬边,是在靠近焊缝表面的母材处产生的缺陷。产生咬边或咬肉的原因是:
    ①电流太大;
    ②电弧过长或运条角度不当;
    ③焊接位置不当。
    咬肉或咬边会造成应力集中,尤其对结构动载性能及疲劳性能影响很大。避免咬肉缺陷的措施为:在施焊时正确的选择焊接电流和焊接速度,掌握正确的运条方法,采用合适的焊条角度和电弧长度。
    咬边的修补措施参见焊缝成形不良的处理方法。
    (5)焊瘤
    如图2.4(d)所示。焊瘤是在焊接过程中,熔化的金属液滴到焊缝以外未熔化的母休上所形成的金属瘤。产生焊瘤的原因有:
    ①焊条质量不好;
    ②运条角度不当;
    ③焊接质量及焊接规范不当。
    焊瘤不但影响成形美观,而且易引起应力集中。焊瘤处还易夹渣、未熔合,导致裂缝产生。防止焊瘤的措施是,尽可能使焊缝处于平焊位置进行焊接,正确选择焊接规范,正确掌握运条方法。
    焊瘤的修补一般采用打磨的方法将其打磨光顺。
    (6)未焊透
    如图2.4(e)所示。未焊透是指焊缝与母材金属之间或焊缝层间局部未熔合。按其在焊缝中的位置可分为:根部未焊透、坡口边缘未焊透和焊缝层间未焊透。产生未焊透的原因是:
    ①焊接电流太小,焊接速度太快;
    ②坡口角度太小,焊接角度不当;
    ③焊条有偏心;
    ④焊件上有锈蚀等未清理干净的杂质。
    未焊透缺陷将降低焊缝强度,引起应力集中,导致裂解和结构破坏。其防止措施为,选择合理的焊接规范,正确选用坡口形式、尺寸、角度和沟隙,采用适当的工艺和正确的操作方法。
    未焊透的消除方法一般采用碳弧气刨刨去有缺陷的焊缝,用手工焊进行补焊。
    (7)边缘未熔合
    如图2.4(f)所示。边缘未熔合与焊前钢材表面清理的彻底程度有关,也与焊接电流过小或焊接速度过快以致母材金属未达到熔化状态有关。
    消除方法为采用碳弧气刨刨去焊缝后重焊。
    (8)裂纹
    裂纹是最为严重的焊缝缺陷,如图2.5所示。根据裂纹发生的时间,大致可将裂纹分成高温裂纹和低温裂纹两大类。
    ①高温裂纹
    高温裂纹也称为加热裂纹。主要与钢材的硫、氧含量有关。焊道下梨状裂纹是常见的一种高温裂纹,主要发生在埋弧焊或二氧化碳气体保护焊中,手工电弧焊则很少发生。此类裂纹产生的原因主要是焊接条件不当,如电压过低、电流过高,在焊缝冷却收缩时使焊道的断面形状呈现梨形。防止措施为:选择适当的焊接电压和电流;焊缝的成形一般控制在宽度与高度之比为1:1.4较适宜。
    弧形裂纹也是高温裂纹的一种,其产生原因主要与弧坑处的冷却速度过快,弧坑处的凹形未充分填满所致。防止措施是安装必要的引弧板和灭弧板,在焊接因故中断或在焊缝终端应注意填满弧坑。
    ②低温裂纹
    低温裂纹也称为冷裂纹,主要与钢材的含磷量、含氮量及含氢量有关。其中根部裂纹是低温裂纹常见的一种形态。低温裂纹产生的原因如下:
    1)焊接金属中含氢量较高。通常氢的来源有多种途径,如焊条中的有机物、结晶水及焊接坡口附近的水分、油污等。另外,含磷量及含氢量高也是产生的原因。
    2)焊接接头约束力较大。
    3)当母材的含碳量较高、冷却速度较快、控制地区硬化,从而导致裂纹的产生。
    对于根部裂纹的防止措施为:
    1)选用低氢或超低氢或其他焊接材料;
    2)对焊条或焊剂等进行必要的供焙,使用时注意保管;
    3)焊前应将焊接坡口及其附近的水分、油分、铁锈等杂质清理干净;
    4)选择正确的焊接顺序和焊接方向,一般性构件焊接时最好采用由中间向两端对称施焊的方法;
    5)进行焊前预热及焊后热处理,降低冷却速度。
    焊接裂纹通常采用的修补措施如下:I)通过超声波或磁粉探伤检查出裂纹的部位和尺寸。
    2)沿焊接裂纹界限各项焊缝两端延长50mm,将焊缝金属或部分母材用碳弧气刨刨去。
    3)选择正确的焊接规范、焊接材料以及采用预热、控制层间温度和后热等工艺措施进行补焊。


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