风电塔架焊接缺陷及防治措施

在风力发电塔架制造过程中，焊接是非常重要的一道工序，焊接质量的好坏直接影响了塔架生产质量，因此了解焊缝缺陷产生的原因以及各种防治措施是相当有必要的。在塔架生产中，焊接缺陷分为内部缺陷(如裂纹、未焊透)、外部缺陷和其他缺陷。

一、外观缺陷

外观缺陷(表面缺陷)是指不用借助于仪器，从工件表面就可以发现的缺陷。常见的外观缺陷有咬边、焊瘤及焊接变形等，有时还有表面气孔和表面裂纹、单面焊的根部未焊透等。

防治措施：矫正操作姿势，选用合理的规范，选用无偏芯焊条，减小装配间隙，在焊缝背面加设垫板或药垫。

二、气孔和夹渣

气孔：气孔是指焊接时熔池中的气体未在金属凝固前逸出，残存于焊缝之中所形成的空穴。其气体可能是熔池从外界吸收的，也可能是焊接冶金过程中反应生成的。

(1)产生气孔的主要原因：母材或填充金属表面有锈、油污等，焊条及焊剂未烘干会增加气孔量，因为锈、油污及焊条药皮、焊剂中的水分在高温下分解为气体，增加了高温金属中气体的含量。焊接线能量过小，熔池冷却速度大，不利于气体逸出。焊缝金属脱氧不足也会增加氧气孔。

(2)气孔的危害：气孔减少了焊缝的有效截面积，使焊缝疏松，从而降低了接头的强度，降低塑性，还会引起泄露。气孔也是引起应力集中的因素。氢气孔还可能促成冷裂纹。

防治措施：

a、清除焊丝、工作坡口及其附近表面的油污、铁锈、水分和杂物。

b、采用碱性焊条、焊剂，并彻底烘干。

c、采用直流反接并用短电弧施焊。

d、焊前预热，减缓冷却速度。

e、用偏强的规范施焊。

夹渣：夹渣是指焊后熔渣残存在焊缝中的现象。

(1)夹渣产生的原因：a、坡口尺寸不合理;b、坡口有污物;c、多层焊时，层间清渣不彻底;d、焊接线能量小;e、焊缝散热太快，液态金属凝固过快;f、焊条药皮，焊剂化学成分不合理，熔点过高; g、手工焊时，焊条摆动不良，不利于熔渣上浮。可根据以上原因分别采取对应措施以防止夹渣的产生。

(2)夹渣的危害：点状夹渣的危害与气孔相似，带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中，尖端还会发展为裂纹源，危害较大。

三、裂纹

裂纹的分类：根据裂纹尺寸大小，分为三类：(1)宏观裂纹：肉眼可见的裂纹。(2)微观裂纹：在显微镜下才能发现。(3)超显微裂纹：在高倍数显微镜下才能发现，一般指晶间裂纹和晶内裂纹。

从产生温度上看，裂纹分为两类：

(1)热裂纹：产生于Ac3线附近的裂纹。一般是焊接完毕即出现，又称结晶裂纹。这种裂纹主要发生在晶界，裂纹面上有氧化色彩，失去金属光泽。

(2)冷裂纹：指在焊毕冷至马氏体转变温度M3点以下产生的裂纹，一般是在焊后一段时间(几小时，几天甚至更长)才出现，故又称延迟裂纹。

按裂纹产生的原因分，又可把裂纹分为：(1)再热裂纹;(2)层状撕裂;(3)应力腐蚀裂纹。

裂纹的危害：裂纹，尤其是冷裂纹，带来的危害是灾难性的。世界上的压力容器事故除极少数是由于设计不合理，选材不当的原因引起的以外，绝大部分是由于裂纹引起的脆性破坏。

防治结晶裂纹的措施：

a、减小硫、磷等有害元素的含量，用含碳量较低的材料焊接。

b、加入一定的合金元素，减少柱状晶和偏析。如铝、铁等可以细化晶粒。

c、采用熔深较浅的焊缝，改善散热条件使低熔点物质上浮在焊缝表面而不存在于焊缝中。

d、合理选用焊接规范，并采用预热和后热，减小冷却速度。

e、采用合理的装配次序，减小焊接应力。

防治再热裂纹的措施：

a、注意冶金元素的强化作用及其对再热裂纹的影响。

b、合理预热或采用后热，控制冷却速度。

c、降低残余应力避免应力集中。

d、回火处理时尽量避开再热裂纹的敏感温度区或缩短在此温度区内的停留时间。

防治冷裂纹的措施：

a、采用低氢型碱性焊条，严格烘干，在100——150℃下保存，随取随用。

b、提高预热温度，采用后热措施，并保证层间温度不小于预热温度，选择合理的焊接规范，避免焊缝中出现脆硬组织。

c、选用合理的焊接顺序，减少焊接变形和焊接应力。

d、焊后及时进行消氢热处理。

四、未焊透

指母材金属未熔化，焊缝金属没有进入接头根部的现象。

产生未焊透的原因：

(1)焊接电流小，熔深浅。

(2)坡口和间隙尺寸不合理，钝边太大。

(3)磁偏吹影响

(4)焊条偏芯度太大

(5)层间及焊根清理不良。

未焊透的危害：其一是减少了焊缝的有效截面积，使接头强度下降。其二 ，未焊透引起的应力集中所造成的危害，比强度下降的危害大得多。未焊透严重降低焊缝的疲劳强度。未焊透可能成为裂纹源，是造成焊缝破坏的重要原因。

未焊透的防治措施：使用较大电流来焊接是防止未焊透的基本方法。另外，焊角焊缝时，用交流代替直流以防止磁偏吹，合理设计坡口并加强清理，用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的产生。

五、未熔合

是指焊缝金属与母材金属，或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷。按其所在部位，未熔合可分为坡口未熔合、层间未熔合、根部未熔合三种。

产生未熔合缺陷的原因：

(1)焊接电流过小;

(2)焊接速度过快;

(3)焊条角度不对;

(4)产生了弧偏吹现象;

(5)焊接处于下坡焊位置，母材未熔化时已被铁水覆盖;

(6)母材表面有污物或氧化物影响熔敷金属与母材间的熔化结合等。

未熔合的危害：未熔合是一种面积型缺陷，坡口未熔合和根部未熔合对承载面积的减小都非常明显，应力集中也比较严重，其危害性仅次于裂纹。

未熔合的防治措施：适当加大焊接电流，提高焊接线能量;焊接速度适当，不能过快;熟练操作技能，焊条(枪)角度正确。

六、其他缺陷

焊缝化学成分或组织成分不符合要求：焊材与母材匹配不当，或焊接过程中元素烧损等原因，容易使焊缝金属的化学成分发生变化或造成焊缝组织不符合要求。这可能带来焊缝的力学性能的下降，还会影响接头的耐蚀性能。

过热和过烧：若焊接规范使用不当，热影响区长时间在高温下停留，会使晶粒变得粗大，即出现过热组织。若温度进一步升高，停留时间加长，可能使晶界发生氧化或局部熔化，出现过烧组织。过热可通过热处理来消除，而过烧是不可逆转的缺陷。

七、结 语

通过对焊接缺陷产生的原因进行分析，制定各种防治措施，对员工进行焊接技能和焊接知识培训，不仅加快了生产进度，降低了成本，还大大提高了焊接质量，一举多得。