風電塔架焊接缺陷及防治措施

在風力發(fā)電塔架制造過程中，焊接是非常重要的一道工序，焊接質(zhì)量的好壞直接影響了塔架生產(chǎn)質(zhì)量，因此了解焊縫缺陷產(chǎn)生的原因以及各種防治措施是相當有必要的。在塔架生產(chǎn)中，焊接缺陷分為內(nèi)部缺陷(如裂紋、未焊透)、外部缺陷和其他缺陷。

一、外觀缺陷

外觀缺陷(表面缺陷)是指不用借助于儀器，從工件表面就可以發(fā)現(xiàn)的缺陷。常見的外觀缺陷有咬邊、焊瘤及焊接變形等，有時還有表面氣孔和表面裂紋、單面焊的根部未焊透等。

防治措施：矯正操作姿勢，選用合理的規(guī)范，選用無偏芯焊條，減小裝配間隙，在焊縫背面加設(shè)墊板或藥墊。

二、氣孔和夾渣

氣孔：氣孔是指焊接時熔池中的氣體未在金屬凝固前逸出，殘存于焊縫之中所形成的空穴。其氣體可能是熔池從外界吸收的，也可能是焊接冶金過程中反應(yīng)生成的。

(1)產(chǎn)生氣孔的主要原因：母材或填充金屬表面有銹、油污等，焊條及焊劑未烘干會增加氣孔量，因為銹、油污及焊條藥皮、焊劑中的水分在高溫下分解為氣體，增加了高溫金屬中氣體的含量。焊接線能量過小，熔池冷卻速度大，不利于氣體逸出。焊縫金屬脫氧不足也會增加氧氣孔。

(2)氣孔的危害：氣孔減少了焊縫的有效截面積，使焊縫疏松，從而降低了接頭的強度，降低塑性，還會引起泄露。氣孔也是引起應(yīng)力集中的因素。氫氣孔還可能促成冷裂紋。

防治措施：

a、清除焊絲、工作坡口及其附近表面的油污、鐵銹、水分和雜物。

b、采用堿性焊條、焊劑，并徹底烘干。

c、采用直流反接并用短電弧施焊。

d、焊前預(yù)熱，減緩冷卻速度。

e、用偏強的規(guī)范施焊。

夾渣：夾渣是指焊后熔渣殘存在焊縫中的現(xiàn)象。

(1)夾渣產(chǎn)生的原因：a、坡口尺寸不合理;b、坡口有污物;c、多層焊時，層間清渣不徹底;d、焊接線能量小;e、焊縫散熱太快，液態(tài)金屬凝固過快;f、焊條藥皮，焊劑化學(xué)成分不合理，熔點過高; g、手工焊時，焊條擺動不良，不利于熔渣上浮。可根據(jù)以上原因分別采取對應(yīng)措施以防止夾渣的產(chǎn)生。

(2)夾渣的危害：點狀夾渣的危害與氣孔相似，帶有尖角的夾渣會產(chǎn)生尖端應(yīng)力集中，尖端還會發(fā)展為裂紋源，危害較大。

三、裂紋

裂紋的分類：根據(jù)裂紋尺寸大小，分為三類：(1)宏觀裂紋：肉眼可見的裂紋。(2)微觀裂紋：在顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn)。(3)超顯微裂紋：在高倍數(shù)顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn)，一般指晶間裂紋和晶內(nèi)裂紋。

從產(chǎn)生溫度上看，裂紋分為兩類：

(1)熱裂紋：產(chǎn)生于Ac3線附近的裂紋。一般是焊接完畢即出現(xiàn)，又稱結(jié)晶裂紋。這種裂紋主要發(fā)生在晶界，裂紋面上有氧化色彩，失去金屬光澤。

(2)冷裂紋：指在焊畢冷至馬氏體轉(zhuǎn)變溫度M3點以下產(chǎn)生的裂紋，一般是在焊后一段時間(幾小時，幾天甚至更長)才出現(xiàn)，故又稱延遲裂紋。

按裂紋產(chǎn)生的原因分，又可把裂紋分為：(1)再熱裂紋;(2)層狀撕裂;(3)應(yīng)力腐蝕裂紋。

裂紋的危害：裂紋，尤其是冷裂紋，帶來的危害是災(zāi)難性的。世界上的壓力容器事故除極少數(shù)是由于設(shè)計不合理，選材不當?shù)脑蛞鸬囊酝?，絕大部分是由于裂紋引起的脆性破壞。

防治結(jié)晶裂紋的措施：

a、減小硫、磷等有害元素的含量，用含碳量較低的材料焊接。

b、加入一定的合金元素，減少柱狀晶和偏析。如鋁、鐵等可以細化晶粒。

c、采用熔深較淺的焊縫，改善散熱條件使低熔點物質(zhì)上浮在焊縫表面而不存在于焊縫中。

d、合理選用焊接規(guī)范，并采用預(yù)熱和后熱，減小冷卻速度。

e、采用合理的裝配次序，減小焊接應(yīng)力。

防治再熱裂紋的措施：

a、注意冶金元素的強化作用及其對再熱裂紋的影響。

b、合理預(yù)熱或采用后熱，控制冷卻速度。

c、降低殘余應(yīng)力避免應(yīng)力集中。

d、回火處理時盡量避開再熱裂紋的敏感溫度區(qū)或縮短在此溫度區(qū)內(nèi)的停留時間。

防治冷裂紋的措施：

a、采用低氫型堿性焊條，嚴格烘干，在100——150℃下保存，隨取隨用。

b、提高預(yù)熱溫度，采用后熱措施，并保證層間溫度不小于預(yù)熱溫度，選擇合理的焊接規(guī)范，避免焊縫中出現(xiàn)脆硬組織。

c、選用合理的焊接順序，減少焊接變形和焊接應(yīng)力。

d、焊后及時進行消氫熱處理。

四、未焊透

指母材金屬未熔化，焊縫金屬沒有進入接頭根部的現(xiàn)象。

產(chǎn)生未焊透的原因：

(1)焊接電流小，熔深淺。

(2)坡口和間隙尺寸不合理，鈍邊太大。

(3)磁偏吹影響

(4)焊條偏芯度太大

(5)層間及焊根清理不良。

未焊透的危害：其一是減少了焊縫的有效截面積，使接頭強度下降。其二 ，未焊透引起的應(yīng)力集中所造成的危害，比強度下降的危害大得多。未焊透嚴重降低焊縫的疲勞強度。未焊透可能成為裂紋源，是造成焊縫破壞的重要原因。

未焊透的防治措施：使用較大電流來焊接是防止未焊透的基本方法。另外，焊角焊縫時，用交流代替直流以防止磁偏吹，合理設(shè)計坡口并加強清理，用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的產(chǎn)生。

五、未熔合

是指焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間未熔化結(jié)合在一起的缺陷。按其所在部位，未熔合可分為坡口未熔合、層間未熔合、根部未熔合三種。

產(chǎn)生未熔合缺陷的原因：

(1)焊接電流過小;

(2)焊接速度過快;

(3)焊條角度不對;

(4)產(chǎn)生了弧偏吹現(xiàn)象;

(5)焊接處于下坡焊位置，母材未熔化時已被鐵水覆蓋;

(6)母材表面有污物或氧化物影響熔敷金屬與母材間的熔化結(jié)合等。

未熔合的危害：未熔合是一種面積型缺陷，坡口未熔合和根部未熔合對承載面積的減小都非常明顯，應(yīng)力集中也比較嚴重，其危害性僅次于裂紋。

未熔合的防治措施：適當加大焊接電流，提高焊接線能量;焊接速度適當，不能過快;熟練操作技能，焊條(槍)角度正確。

六、其他缺陷

焊縫化學(xué)成分或組織成分不符合要求：焊材與母材匹配不當，或焊接過程中元素燒損等原因，容易使焊縫金屬的化學(xué)成分發(fā)生變化或造成焊縫組織不符合要求。這可能帶來焊縫的力學(xué)性能的下降，還會影響接頭的耐蝕性能。

過熱和過燒：若焊接規(guī)范使用不當，熱影響區(qū)長時間在高溫下停留，會使晶粒變得粗大，即出現(xiàn)過熱組織。若溫度進一步升高，停留時間加長，可能使晶界發(fā)生氧化或局部熔化，出現(xiàn)過燒組織。過熱可通過熱處理來消除，而過燒是不可逆轉(zhuǎn)的缺陷。

七、結(jié) 語

通過對焊接缺陷產(chǎn)生的原因進行分析，制定各種防治措施，對員工進行焊接技能和焊接知識培訓(xùn)，不僅加快了生產(chǎn)進度，降低了成本，還大大提高了焊接質(zhì)量，一舉多得。