影响水下焊条电弧焊焊缝质量的因素

影响水下焊条电弧焊焊缝质量的因素摘要：水下焊条电弧焊属于水下湿法焊接，与水下干法焊接和水下局部干法焊接相比，具有操作灵活、设备简单和消耗费用低等优点，但焊后的焊缝质量相对较差。本文针对水下焊条电弧焊的环境，介绍了影响焊缝质量的因素，并提出了改善焊缝质量的几点建议，为焊工培训及实际焊接工程提供借鉴。关键词：水下焊接；焊缝质量；影响因素；建议1引言水下焊接最早出现在1917年，英国海军造船所采用水下电弧焊对船舶的铆接接缝及铆钉的漏水部分进行焊接止漏。60年代后期，尤其是随着海洋石油和天然气的开发，对海洋工程结构的疲劳、腐蚀或事故损伤迫切要求进行水下焊接修理，并要达到较好的焊接质量，因而极大地推动了水下焊接的发展。这方面最早的报道是1971年Humble石油公司对墨西哥湾钻采平台的水下焊接修理工作。随着技术的进步，目前水下焊接及切割等修理技术已广泛用于海洋工程结构、海底管线、船舶、船坞及港口设施等方面。水下焊接根据作业时焊接电弧及潜水焊工所处的环境，可分为水下湿法焊接、水下干法焊接和水下局部干法焊接三种。水下焊条电弧焊属于水下湿法焊接，与水下干法焊接和局部干法焊接相比，水下焊条电弧焊具有机动灵活性好，作业时间短，焊接设备简单，不需要其他昂贵的辅助设备和设施，经济性好等优点。2影响水下焊条电弧焊焊缝质量的因素尽管水下湿法焊接具有很多优点，但由于湿法焊接区周围有水存在，在水和压力的影响下使焊接过程和操作发生许多困难，与水下干法焊接和水下局部干法焊接相比，水下湿法焊接的焊缝质量较差。其中，影响水下焊条电弧焊焊缝质量的因素主要有以下几点：2.1可见度差由于水对光有很强的吸收和散射作用，所以同样强度的光在水中照射的距离要比在空气中照射距离小得多。另外焊接时电弧周围产生大量气泡和浊雾上浮，使水变得紊乱而混浊，使焊接时能见度很差，因而潜水焊工难于看清电弧和焊接熔池的反应情况，在这种情况下完全属于盲焊，使潜水焊工难于发挥操作技能，易造成各种焊接缺陷，难于保证水下焊接的质量。2.2焊缝含氢量高氢在金属中的含量超过允许值，有可能使金属材料产生“氢害”引起裂纹、气孔，导致结构的破坏。由于水下焊接时电弧中的含氢量较空气中高，且氢的分压也较空气中的高，这就使焊缝组织中溶解的氢很多，故使焊接接头组织的塑性和韧性很差，焊接接头易造成焊接裂缝，降低金属材料的焊接性能。2.3焊缝冷却速度快水下焊条电弧焊接时，电弧周围的气袋很小，在焊接过程中随着气袋的移动，焊缝金属刚凝固，但仍然处于红热状态就直接进入水中，由于水的导热系数比空气大许多倍，所以焊缝金属受到急冷，极易淬火出现高硬度的组织，这就是许多在大气压下焊接性能良好的金属到了水下就难以焊接的重要原因。2.4焊接电弧不稳定水下焊条电弧焊接时，电弧虽然不是直接在水中燃烧，但电弧却直接受到水和压力的影响。由于压力升高，和水的冷却作用使电弧轮廓收缩，电弧电压升高，所以电弧燃烧不稳定。另外在水下焊接作业时，影响水下焊接电弧稳定性的因素还包括水面风浪和水下涌流的影响，潜水员所佩戴潜水服和配重的影响，以及潜水员的潜水技术和焊接技术等等，这些因素都会导致潜水员的身体丧失平衡性和稳定性，进而影响水下焊接电弧的稳定性。如果焊接电弧不稳定，焊缝的质量也就很难得到保证。2.5水下清理及开坡口等工作较难进行与陆上焊前的清理工作相比，水下对焊缝的清理及开坡口等工作较难进行，所使用的方法和工具较少，导致水下焊缝表面经常清理不干净，所开坡口达不到焊接坡口的标准，从而使水下焊条电弧焊接时经常出现夹渣、气孔和焊不透等缺陷，难以保证焊接质量。3改善水下焊缝质量的几点建议由于水下焊条电弧焊焊缝易出现焊接缺陷，应力集中，所以焊接接头质量难于控制，一般不能用来焊接重要的水下金属材料结构。但这种焊接方法具有比较灵活、简单易行、适应性广、施工成本低等优点，所以一些较重要的海洋结构，也可采用这种水下焊接方法进行焊补。为保证水下焊条电弧焊的焊接质量，以下几个方面需要注意和完善：3.1潜水焊工应熟练地掌握潜水技术水下作业施工时，潜水技术是基础，只有熟练地掌握潜水相关的基础知识以及水下潜水技能，保持好水下身体的稳定性，才能焊出合格的焊缝。潜水技术中，潜水装具的选取，辅助装备的佩戴，水下平衡能力的训练以及各种危险情况的合理处置都是保证水下焊接质量的关键。比如水流较大时，潜水员应选择重潜装具（如TF-3潜水装具）较好，并适当的安装挡流板和工作平台，保持潜水员的安全和稳定性；作业深度不大且水流平稳时，应以较为轻便的KMB-28或MZ-300等装具为主，并适当佩戴压铅等辅助器材，以保证潜水员的灵活性，提高水下焊缝的质量。3.2潜水焊工应熟练地掌握水下焊条电弧焊的基本知识和操作技能潜水焊工应在具体施工作业前，进行系统的理论学习和水下焊接实做训练，在通过相关科目考试后才能正式上岗。通过学习训练后，合格的潜水焊工应对被焊结构及材料的相关知识有一定的了解和掌握，熟悉焊接设备的结构、连接及使用，掌握水下焊条的基本特性。水下焊接作业时，能够熟练的进行水下焊条的安装、引弧、运条、收尾和连接等操作，对具体的焊接工艺参数能够进行正确的选择，了解各种水下焊接作业时的安全注意事项。3.3加大对潜水装具、水下焊接设备及焊接材料、水下清理及开坡口工具的改进和研制目前我国的潜水装具、焊接设备材料和水下清理工具基本能够满足水下焊接作业的需要，但与国外相比还存在许多不足，值得改进和完善的地方还很多。如在潜水装具方面，为避免弧光对潜水员眼睛的影响，应在潜水面窗外增加一个可以开启的有色玻璃面镜，当潜水员正常潜水作业时，该面镜不仅可以保护潜水员的眼睛，在水清的时候还可以让潜水员很好的观察到焊接电弧和焊缝，更好的保证焊接质量。而在水下焊接设备及焊接材料方面，如研制轻便、输出稳定的逆变焊机代替目前的硅整流或晶闸管式弧焊整流器；改进目前焊接电缆的绝缘橡胶层，减轻电缆的重量，增强绝缘保护效果，提高抗腐蚀和抗摩擦能力；改进水下焊把的结构，提高使用的安全性和灵活性；改进焊条药皮的成份及防水层，提高焊条的防水性能、抗气孔性和抗裂性，便于引弧，并增加电弧的稳定性等。在水下焊接前的清理和开坡口的工具方面，应以研制和开发气动或液压砂轮等自动工具为主,保证这些工具不仅能在一些简单的结构上进行使用，还能在一些复杂和重要结构上应用，切实做好焊前的清理和开坡口等工作，避免焊接缺陷的出现。参考文献[1]史耀武，张新平，雷永平.严酷条件下的焊接技术[M].北京：机械工业出版社，2000.[2]梅福欣，俞尚知.水下焊接与切割译文集[M].北京：机械工业出版社，1982.[3]张文钺.焊接冶金学[M].北京：机械工业出版社，1995.[4]吴伦发，王君民，郑晓光等.低合金钢用湿法水下焊条的研制及应用.热加工工艺[J]，2006(11).