刘斌 段体倩 王若瑄 唐海 高庆寿 李会娟
中国水电四局（兰州）机械装备有限公司云南分公司 云南 祥云 672100
摘要：在风电塔筒制造领域，埋弧焊焊接量占比达到98%，而表面压坑作为埋弧焊焊缝中常见的一种缺陷，在塔筒生产中反复出现，表面缺陷焊缝表面压坑（也称“麻点”、“凹坑”）是指焊缝表面局部低于焊缝正常表面的一种焊缝缺陷，虽然对于焊缝内部质量影响不是很大，但是对于产品的外观质量有很大的影响，特别是风电塔筒防腐完成后，视觉效果大大降低。
关键词：风电塔筒；埋弧焊；表面压坑
前言
在风电塔筒的生产中，焊缝通常比较长，短的也需一次焊接2米以上，特别是在环缝焊接过程中，经常会有一次焊接13米以上的埋弧焊缝的情况，因此比较容易产生焊缝表面压坑。塔筒生产中的焊缝表面压坑通常是以单个的形式出现在焊缝上，也就是说一条焊缝上只有不连续的几个焊缝压坑。但当焊接工艺或材料控制不当时，也会出现连续的焊缝表面压坑，这些压坑只能通过人工打磨或者补焊的方法去除，严重影响焊缝表面质量，降低了生产效率、增加了人工成本。焊缝表面压坑是风电塔筒生产中时常反复出现的焊接问题，由于影响因素比较多，要对其进行完全的事前预防，以及出现焊缝压坑后快速解决问题并不是一件很容易的事情。本文从焊缝压坑的危害，压坑产生过程与影响因素、防止压坑产生的措施等方面探讨其产生和预防。
一、焊缝表面压坑的危害
在一般焊接结构质量标准中，对焊缝表面压坑没有作明确的限制，不作为产品验收的依据。只要焊缝表面压坑不低于母材表面，通常并不将其作为焊缝缺陷，只是认为其影响焊缝表面外观。试验表明焊缝表面压坑本身也不会对焊缝的机械性能产生明显影响。但是压坑除了影响焊缝表面质量外，也会在焊缝压坑处产生一定的应力集中，对焊接产品的防腐性能产生一定的影响，同等条件下焊缝压坑处更易出现腐蚀现象。近年来随着各主机厂家对风电塔筒的质量要求进一步提高，焊缝表面压坑对塔筒的整体质量也有很重要的影响。
二、焊缝压坑的形成机理以及预防措施
埋弧自动焊由于采用的焊接电流一般较大（550A-700A），而且电弧热量散失少，故焊接熔池温度高而集中，使得熔池和熔滴金属与周围电弧气氛发生剧烈的物理化学反应，如碳的氧化会生成CO气体，同时，在高温溶解于液态金属中的H、N等元素，在熔池温度下降的过程中会因溶解度下降而析出气体。在焊接熔池激烈的对流及熔池的电磁搅拌作用下会把生成的气体带到熔池表面，这些气体成气泡状停留在液态金属和液态熔渣之间的界面上，如果不能克服熔渣层的阻力冲出熔渣层，就会留在熔渣与尚未凝固的金属界面上，在气泡压力的作用下在焊缝金属界面上造成一个压坑，而对应的焊剂熔渣内侧也会产生一个对称的孔洞，焊缝上形成的压坑大小和深度与熔渣和即将凝固的焊缝之间气泡的大小和压力有关，气泡越大，则焊缝上形成的压坑面积也越大；气泡压力越大，则焊缝上留下的压坑就会越深。压坑的形状多为圆底形，也有一些为椭圆状的长条形。当气泡在水平方向上的受力各向均匀时，产生圆底形压坑，当水平方向各向受力不均匀时产生椭圆形压坑。
从压坑形成过程可以看出，焊接熔池中产生的气体越多，越容易产生焊缝压坑；焊剂层和熔渣对气体逸出的阻力越大，气体越不易逸出，越容易产生压坑。因此，寻找影响焊缝压坑产生的因素，也应该从以下这两方面入手。
（1）影响气体产生的因素
焊剂的化学成分：焊剂的氧化性越大，焊接熔池中碳的氧化反应就越激烈，越容易产生CO气体。焊剂中的Si、Mn等脱氧剂含量较低时，在埋弧焊接过程中，就会由于脱氧不足而使熔池产生较多的气体，这些都容易导致产生焊缝压坑。
焊剂的生产工艺：熔炼焊剂、烧结焊剂的生产过程中，选择较高的熔炼、烧结温度，有利于有害气体的析出，减少成品焊剂的有害气体及水分，从而减少焊接时气体的产生。
焊丝、母材的化学成分：减少焊丝和母材中碳的含量，提高Si、Mn的含量，可抑制碳的氧化反应，减少压坑的产生。
母材中产生气体的元素含量：钢材在焊接过程中可以产生气体的N、H、O等元素含量越多，则焊接熔池中的H、N和CO气体越多，焊缝就越容易产生压坑。
焊丝、焊剂和母材表面的杂质：水分、油污、铁锈、氧化铁、灰尘和其它杂质越多，则焊接中产生的H和CO气体就越多，形成焊缝压坑的可能性就越大。
焊接参数：焊接电流越大，焊接时的冶金反应越激烈，产生的气体就越多。虽然增大焊接电流会使熔池存在的时间延长，增加气体逸出的时间，但增大焊接电流也会使融化的焊剂增多，熔渣层变厚，不利于气体的逸出。所以综合来看，增加焊接电流一般会使焊缝压坑增多。当必须采用大电流焊接时，焊接电流和焊接电压应有恰当的匹配，焊接电压应随焊接电流的增大而增大，以增大弧腔，减少气泡压力。
（2）影响气体逸出的因素
焊接熔渣的粘度：焊渣的粘度越大，气体逸出焊渣层的阻力越大，易产生焊缝压坑。故在保证焊渣对焊缝金属有效保护的前提下，应采用粘度较小的焊剂。
焊渣的表面张力：焊渣表面张力越小，越有利于气体的逸出，减少焊缝压坑。
焊剂的透气性：焊剂的堆积密度越小，越有利于气体的逸出，减少焊缝压坑。烧结焊剂和浮石状焊剂比玻璃状熔炼焊剂堆积密度小，细颗粒的焊剂比粗颗粒的焊剂堆积密度小。
焊剂堆放高度：焊剂的堆放高度越大，对熔池和熔渣之间的气泡压力越大，气泡内部的压力也越大，对熔池表面的金属压力越大，容易形成大而深的压坑。同时，焊剂的堆放高度越大，焊接产生的气体也不易逸出，也易形成压坑。
熔池存在的时间：其他条件相同时，熔池存在的时间长，则气泡逸出的时间长，有利于减少焊缝压坑。
三、结语
通过以上内容可以发现，焊缝表面缺陷在风电塔筒制造领域越来越被重视，是焊接工艺编制过程中需要考虑的重要因素之一，随着制造业的高速发展以及焊接技术的不断革新，企业也需要在焊缝外观质量方面进行不断的探索和创新，设计研发先进、全面的焊接工艺，以此提高车间生产率，降低劳动成本。为企业提质增效提供强有力的保障。