李宏岩
（中国核动力研究设计院，四川 成都 610000）
摘要：介绍埋弧自动焊焊缝未熔合的缺陷成因，通过跟踪进行无损检验和工艺分析，进而优化焊接工艺，达到控制焊接质量的目的，并归纳总结出埋弧自动焊避免未熔合缺陷产生的质量控制措施。
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关键词 ：埋弧焊；未熔合；缺陷；质量控制
0引言
在焊接金属熔合面或连接的焊道之间没有熔合出现的焊接不连续被称为未熔合。按位置可将未熔合分为层间未熔合、坡口未熔合和焊缝根部未熔合；按状态可将未熔合分为白色未熔合与黑色未熔合，白色为不含有夹渣的纯气隙的未熔合，而黑色的为含有夹渣的未熔合。焊接未熔合在检验规范中均属于不允许的缺陷，坡口未熔合和根部未熔合明显减小了承载截面积，应力集中比较严重，其危害性仅次于裂纹。一旦漏检未及时修复，设备服役承压状态下会发生开裂、层间撕裂，最终造成设备泄漏甚至爆裂等安全事故。
未熔合在自动焊中出现的射线缺欠率为30%～60%，超声探伤缺欠出现率为50%～60%，所有缺欠类型中未熔合、未焊透出现率最高［1］。控制焊接质量，避免未熔合缺欠产生，对于提高生产效率、保证工程质量安全具有重要意义。
本文将通过对电站压力管道埋弧焊焊缝的无损检验跟踪，分析埋弧焊未熔合缺陷成因，进而优化焊接工艺，达到控制焊接质量的目的，并归纳总结出埋弧自动焊避免未熔合缺陷产生的质量控制措施。
1未熔合的检验和判定方法
未熔合的检验主要以超声波和射线检测为主。
A型超声波反射法检测坡口未熔合缺陷，可以根据坡口类型、工件厚度和超声波反射波形确定，由于坡口未熔合的缺陷角度和超声波发射角度的关系，坡口未熔合多为一次波未能发现或很低，二次波发现且波形单一尖锐。由于未熔合为面积型缺陷，有一定长度，平行于焊缝方向移动探头缺陷波形变化不大（图1）。由于层间未熔合角度问题，层间未熔合较难被斜探头检出，直探头容易探到层间未熔合，当超声波垂直入射到其表面时，回波很强，底波明显降低，甚至消失。
射线检测坡口未熔合的典型影像是连续或断续的黑线，宽度不一，黑度不均匀，一侧轮廓较齐，黑度较大，另一侧轮廓不规则，黑度较小，在底片上的位置一般在焊缝中心至边缘的1/2处，沿焊缝纵向延伸（图2）。根部未熔合的典型影像是一条细直黑线，线的一侧轮廓整齐且黑度较大，为坡口钝边痕迹，另一侧轮廓可能较规则也可能不规则，根部未熔合在底片上的位置应是焊缝根部的投影位置，一般在焊缝中间，因坡口形状或投影角度等原因也可能偏向一边。层间未熔合的典型影像是黑度不大的块状阴影，形状不规则，如伴有夹渣，夹渣部位黑度较大，黑度较小时底片上不易发现。对未熔合缺陷评判，要持慎重态度，因为有时与夹渣很难区分，尤其是层间未熔合，容易误判。一般与夹渣的区别在于黑度的深浅和外貌形状规则等。
2未熔合成因分析
根据超声波或射线检验结果定位缺陷位置，对缺陷位置进行碳弧气刨或打磨解剖，目视观察并分析缺陷类型。
缺陷形成受以下6个方面因素影响：材料、焊接方法和工艺、应力（设计因素与施工因素影响）、接头几何形状、环境（介质因素、温度因素影响）、焊后处理［2］。
仔细分析上述各影响因素，对未熔合形成原因进行分析，列出影响未熔合形成的主要因素（表1），针对施工现场逐条对比，确定未熔合产生的根本原因，进而优化焊接工艺或加强质保管理，以达到控制焊接质量的目的。
熔融金属在与母材熔合过程中因受到输入能量影响或其
他杂质阻碍，熔合不能顺利进行，就会影响焊接接头的性能。产生未熔合的主要原因如下：
2.1焊接准备影响
坡口设计不合理，坡口加工和装配精度不够，坡口清理不干净，焊件边缘有氧割或碳弧气刨熔渣，有残留氧化物铁皮和碳化物，网路电压影响，设备运行不稳定，环境温度不适合等。
2.2焊接参数影响
焊接电流小，焊接速度加快，母材未熔化时已被铁水覆盖，容易造成未熔合。焊速过低，会使熔融金属流到电弧下方，电弧不能直达坡口，会出现未焊透、未熔合、夹渣等缺陷。
2.3焊接过程影响
碳弧气刨后清根不彻底，杂质阻碍母材边缘与根部之间以及焊层之间的熔合；焊丝未对准焊缝中心；电弧方向不当或电磁偏吹［3］（外界磁场使电弧自身磁场不对称，无法保持电弧刚直性；焊丝偏离中心线及坡口两侧不对称产生的磁偏吹）都会造成未熔合形成。
3焊接质量控制
3.1环境因素控制
由于埋弧焊焊接电流大，电弧燃烧时间长，其所消耗的电能较大，因此，埋弧焊机在接入电网前要对电网容量进行校核［4］。为了防止焊接设备对其他电气设备的影响，也为了焊接规范参数的稳定，避免网路电压的影响，最好用专用变压器供电。变压器已定的情况下，要避免和其他高负荷工作同时进行作业，以保证焊接参数稳定。
现场施焊时的环境因素如风速、湿度、气温等也会对焊缝内部质量的形成产生一定影响。配置温湿度计，对焊接环境温度、湿度定时进行监测，使焊接工作在要求的环境条件下进行。
焊接前确保滚焊台车、焊机、碳弧气刨机运行稳定良好，走丝准确对中，不偏弧。定期对设备进行检修及保养，确保设备精度满足使用要求，对于焊接设备定期检测仪表，保证焊接参数准确。
3.2焊接工艺优化
3.2.1焊前准备
坡口设计合理，保证坡口加工及装配精度。焊接坡口切割后应保证切割表面光滑，熔渣、毛刺、缺棱及飞溅物用砂轮磨去。
3.2.2焊接参数
焊接线能量是焊接过程的重要影响因素，它不但影响峰值温度的分布和冷却速度，还影响凝固时间，从而影响金属焊接接头的冶金特性和力学性能。焊接线能量由焊接电流、电弧电压和焊接速度共同控制。焊接电流是决定熔深的主要原因，电流越大，熔深越大。电弧电压是决定熔宽的主要因素，电压增加，熔宽增加。焊接速度加快，焊缝熔深和熔宽都减小，母材未熔化时已被铁水覆盖，容易造成未熔合。焊速过低，会使熔融金属流到电弧下方，电弧不能直达坡口，会出现未焊透、未熔合、夹渣等缺陷，因此焊接速度不能过快，也不能过慢。
3.2.3焊接过程
合理选择焊丝倾角。保证焊丝对正焊缝中心，发现偏移及时调整。埋弧焊前，可用焊条电弧焊或CO2焊打底，底层厚4～5 mm，使坡口底端呈圆角。这样可以消除钝边组装错边的影响，消除电磁偏吹，同时也减少了清根工作。背面清根过程中，碳弧气刨尽量保持均匀的刨削速度。操作者可通过控制刨削速度和等距离弧长，从而获得均匀光滑的刨槽。气刨后应用磨光机打磨清除刨槽内外的渗碳、渗铜和氧化层等后再焊接。
3.3质量保证控制
焊工上岗前应对其进行有针对性的焊接工艺培训，提高施工人员质量意识，增强焊工与设备的熟悉程度。焊工施焊前，进行全员交底，交底中详细讲解焊接工艺特点及严格控制现场焊接工艺的必要性和控制要点。焊工应严格按照焊接工艺规程和指导书操作，严格落实三检制。
焊接工艺参数经过焊接工艺评定合格，工艺指导书具有针对性，规程详细准确有效，确保技术人员能够准确执行。
细化操作过程管理，如制定焊接活动检查表，各岗位人员按职责实施焊前、焊中、焊后检查，对焊接设备、现场环境、焊接参数、焊接熔池观察等内容进行确认并记录。
质检人员应加大事前预防性检查力度，将事前活动仔细分解，列出表格，验证确认。同时注重工艺过程监督，发现问题立刻叫停，及时处理纠正，避免造成严重后果。
4结语
无损检测能在压力管道制造初期埋弧焊焊接质量控制中发现缺陷并加以定性，为下一步改进焊接工艺参数提供了有价值的参考建议，节约了制造成本，保证了工程质量和进度。
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参考文献］
［1］ 陈伯蠡.焊接工程缺欠分析与对策［M］.北京：机械工业出版社，1998.
［2］GB6416—1986影响钢熔化焊接头质量的技术因素［S］.
［3］ 吴敢生.埋弧自动焊［M］.沈阳：辽宁科学技术出版社，2007.
［4］ 吴志生，杨立军，李志勇.现代电弧焊接方法及设备［M］.北京：化学工业出版社，2010.
收稿日期：2015-08-17
作者简介：李宏岩（1985—），男，黑龙江肇源人，无损检验工程师，从事设备检验和监造工作。
