E9015-B9焊条焊接气孔缺陷产生原因分析

李许亮

摘要：本文在简单介绍焊接工艺的基础上，主要介绍焊条E9015-B9电弧焊在应用情况，并详细介绍焊条E9015-B9在焊接生产过程中产生的缺陷以及针对这些缺陷所采取的预防控制措施。

关键词：E9015-B9焊条；缺陷；分析；预防控制

1.应用背景

P91钢以其良好的高温持久强度、热稳定性和高温抗蠕变能力等综合性能，在电站锅炉的过热器、再热器及主蒸汽管道上获得越来越广的应用，其相当于国标10Cr9Mo1VNbN，不仅具有高的抗氧化性能和抗高温蒸汽腐蚀性能，而且还具有良好的冲击韧性和高而稳定的持久塑性及热强性能，其焊接使用焊条为AWSA5.5E9015-B9（简称：E9015-B9）。

2.核电焊接施工工艺简介

焊接是工程施工过程中的重要施工工序，其施工质量的好坏将直接影响工程质量。在施工过程中，由于施工环境复杂，基本无法实现自动化焊接作业，手工焊接大量存在。在进行91钢材焊接过程中，因采用手工焊接大量使用E9015-B9，开展E9015-B9焊接缺陷分析及预防控制措施研究工作具有一定意义。

3.E9015-B9焊接产生缺陷情况

在某项目施工过程中，因在使用此焊条时缺陷存在普遍出现情况，工程技术人员组织部分焊工进行模拟练习，现具体情况如下：

3.1现场施工缺陷情况

通过对部分施工焊口射线探伤情况统计，现场施工焊口经过射线检验，共拍片子316张，密集性气孔缺陷60张，单个气孔缺陷5张，根部咬边缺陷1张，未熔合缺陷1张，由此可看出缺陷主要集中在气孔。

3.2练习产生缺陷情况

通过对焊工练习焊口射线探伤情况统计，练习焊接焊口65道，42道焊口出现气孔缺陷，不合格焊口占练习比例65%，由此可看出缺陷主要是气孔。

4.E9015-B9焊接缺陷类型及产生原因分析

在E9015-B9焊接施工过程中，由于焊接工艺参数不当、焊条烘干不规范、焊条保温桶失效、焊接坡口选择不当、预热不满足要求、层间温度不满足要求、待焊坡口清理不满足要求、焊接操作方式不正确、环境湿度不满足要求、层间清理不彻底等原因都可能导致“焊接缺陷”的产生。

焊接缺陷可分为内部缺陷和外部缺陷：内部缺陷主要指气孔、未焊透，裂纹，未熔合及夹渣等；外部缺陷是指表面裂纹，表面气孔，凹坑，焊瘤和咬边等。每一种缺陷的产生都可能是一个或多个因素造成，因此需对各个缺陷产生的原因进行全面分析，以制定相对应的预防控制措施。

通过检查分析，焊材烘干、焊接工艺参数、焊接设备、焊条保温桶在标定有效期内，焊接时温湿度满足施工条件要求，由此可排除上述因素对焊接缺陷的影响。

经过对焊缝缺陷定位打磨并分析，发现不同缺陷具有不同的特征，现针对各种缺陷的产生原因进行分析：

4.1气孔

气孔是在焊缝金属中的一种充满气体的空穴。气孔一般呈圆形或椭圆形，内壁洁净光滑。他们可以密集的分布在焊缝的某一部位，也可以沿着焊缝的全长分布。气孔减小了焊缝横截面，使其受到削弱。气孔可以在焊缝内部，也可以穿透到焊缝表面，或者两种都有。也有的表现为焊缝表面的凹坑或长条状气沟。当从凹坑部分释放出来的气体，受到半熔融熔渣的抑制，被封闭与熔渣与熔融金属间，造成熔融金属的下凹，当金属凝固时，即成气沟。

气孔可由下列一个或多个因素造成：

1）、密集气孔出现在盖面层的接头或回弧区域，在仰焊位置居多，由于起弧过重造成气孔较深，焊接温度达不到熔化条件，气孔未能溢出；焊工焊接前接头位置打磨不彻底也会加大密集气孔出现几率；

2）、单个气孔多出现于盖面层，在平爬坡到平焊区域，由于焊条角度调整不及时，致使熔池形状变形，熔池温度降低，冷却过快，气孔未能溢出；

3）、3条孔深度跨越多层，分析为填层时产生的单个气孔，在盖面时，由于再次受热，发生膨胀变形，延伸到盖面层，未能及时溢出；

4.2夹渣

夹渣分单个的与条状的两类。有的外形不规则，也有的呈球状。他们都是焊缝金属中残留的外来固体物质。用焊条焊接时会产生一层溶渣覆盖于焊缝表面，当溶渣在熔融的焊缝金属中来不及浮出表面而停留在金属内时，就形成夹渣。这些夹渣削弱了焊缝，并且可能成为一种裂纹源。它们可能由下列因素造成：

焊缝前层的焊道清渣不干净；

焊工焊接时不稳定的运条速度、摆动幅度太宽；

焊工焊接时运条速度太慢，使熔池处在电弧前面；

焊接时使用焊接电流过低。

4.3未熔合和未焊透

未熔合发生在焊道之间或焊道与母材之间，通常是因为被焊部位未能完全熔化结合或液态金属流动不充分所造成的。这种缺陷的另一种形式是根部未熔合，即未焊透，其起因可与未熔合相同，也可能是由于电流太小或焊接热输入不够所导致。坡口设计不当，焊接工艺或操作不当等也能导致未焊透。

产生未熔合和未焊透的原因，可能有下面几种：

1）、焊接工艺规程规定电流太小或电弧电压太高，使电弧吹力过小，熔深不够。

2）、焊工焊接时运条速度不当，过快则易使熔融金属跟不上，过慢则易使熔融金属往前淌，减小熔深；

3）、坡口宽，摆动弧度过大，两侧停留时间不够；

4）、坡口角度狭小，不能充分熔透；

5）、坡口内焊道突起过高，尤其是坡口底部的焊道。

4.4咬边和焊瘤

当焊接条件选择不当，或操作手法不合适，就可能造成咬边或焊瘤。一般讲，焊接速度过快，容易产生咬边。当焊接速度过慢，容易产生焊瘤。

5.改进措施

通过上述分析，为了减少E9015-B9焊条焊接过程中产生缺陷，从焊工技能水平、焊接设备、焊接材料、焊接工艺、焊接环境去要求，以得到较好质量的焊接接头。

5.1焊工技能

加大焊工对E9015-B9焊条焊接培训练习，注意焊接手法：

a.短弧焊接，减少外部空气进入熔池的可能性；

b.使用划擦法引弧，避免直击焊道引起气孔过深；

c.及时调整焊条角度，保证85-90度焊条夹角，以获得足够的电弧吹力和完整的熔池，减缓冷却速度，确保气体溢出时间；

d.收弧前加快焊接速度，拉薄焊道再收弧，避免弧坑缩孔。

通过对焊工技能水平的练习，使焊工掌握E7018焊条焊接特性，减少因焊工技能原因出现缺陷的几率。

5.2焊接设备

确保所使用焊接设备：电焊、焊条保温桶、焊条烘干箱性能完好标定有效；

5.3焊接材料

焊材在使用前必须按技术规范要求进行烘干。

5.4焊接工艺

加大热输入：在焊接规范允许的范围内选择较大的焊接电流，使熔池冷却时间延长、同时熔深加大，有利于气体溢出。

5.5焊接环境

注意环境湿度禁止超标，避开风口，禁止将电扇直对焊口，管口用管帽封堵。彻底清理待焊表面和层间焊道，杜绝水、油、锈等气孔产生的来源。

6.结论

通过此文的论述，对于E9015-B9焊接缺陷问题，通过加大焊工技能培训练习、合理优化焊接工艺实施、有效控制焊接环境等事项，使其在焊接E9015-B9时进行控制可减少焊接缺陷的产生。

参考文献：

[1]《焊接冶金学（金属焊接性）》，机械工业出版社出版

[2]AMSEIX《WeldingandBrazingQualification》，美国机械工程师学会编制

[3]GB50236-98《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》，中国计划出版社出版

[4]AMSEB31.3《ProcessPiping》，美国机械工程师学会编制