在钢铁生产过程中，连铸辊是连铸机的关键部件之一，其工作环境恶劣，需要承受高温、高压以及铸坯的摩擦力等多种复杂载荷。为了提高连铸辊的表面性能和使用寿命，常常采用明弧焊对其进行堆焊修复或强化处理。然而，在明弧焊过程中，夹渣和气孔这两种缺陷较为常见，严重影响连铸辊的质量和性能。深入探究其产生原因并找到有效的解决措施，对提升连铸辊质量、保障钢铁生产顺利进行具有重要意义。
一、夹渣产生的原因
1、焊接材料方面
焊丝或焊剂质量欠佳：若焊丝成分不合理，在焊接过程中可能无法充分熔化或分解，导致熔渣的物理化学性质不理想，难以浮出熔池。比如，某些劣质焊条的药皮中含有过多的高熔点物质，使得熔渣的熔点过高，流动性变差。
焊材受潮：当焊丝或焊剂受潮后，在焊接高温下，水分迅速分解产生气体，这些气体不仅会导致气孔，还会影响熔渣的性能。受潮的焊材会使熔渣变得黏稠，不易与液态金属分离，增加了夹渣的可能性。
2、焊接工艺因素
焊接电流过小：电流过小会使电弧热量不足，熔池温度较低，液态金属的流动性差，熔渣难以靠自身浮力浮出熔池表面，进而残留在焊缝中形成夹渣。例如，在焊接较厚的连铸辊时，如果电流选择过小，就容易出现这种情况。
焊接速度过快：过快的焊接速度使得熔池存在的时间过短，熔渣来不及充分上浮逸出。同时，快速移动的电弧会使熔池的搅拌作用减弱，不利于熔渣与液态金属的分离。
多层多道焊时层间清渣不彻底：在前一层焊缝完成后，如果没有将表面的熔渣、飞溅物等杂质清理干净，后续焊接时这些杂质就会被覆盖在新的焊缝中，形成夹渣。特别是在进行多道焊时，每一道焊缝之间的清渣工作尤为重要。
运条方法不当：焊丝的摆动角度、幅度不合适，会导致熔池中的液态金属和熔渣不能充分混合与分离。例如，焊条摆动过窄，可能使熔渣无法均匀分布在熔池边缘，难以顺利排出。
3、焊件自身因素
焊件表面清理不干净：焊件表面存在油污、铁锈、氧化皮等杂质，在焊接过程中这些杂质会进入熔池，与熔渣混合在一起，影响熔渣的浮出。比如，连铸辊在焊接前如果没有对表面进行彻底的打磨和清理，就容易出现这种情况。
坡口设计不合理：坡口角度过小、钝边过大或者根部间隙过小，都会影响焊接过程中熔渣的排出。在这种情况下，熔渣容易在坡口底部或两侧堆积，形成夹渣。
二、气孔产生的原因
1、气体来源方面
焊接材料中含气体杂质：焊条的药皮、焊剂以及焊丝表面可能吸附有水分、油污等杂质，在焊接高温下，这些杂质分解产生气体，如氢气、一氧化碳等，进入熔池后若不能及时逸出，就会形成气孔。例如，长期暴露在潮湿环境中的焊条，使用时容易产生氢气孔。
焊接环境中的气体侵入：在露天环境下焊接时，如果没有采取有效的防风措施，空气中的氮气、氧气等会侵入熔池。特别是在有风的情况下，气流会吹散保护气体，使空气更容易进入熔池，增加气孔产生的几率。
2、焊接工艺因素
焊接电流过大或过小：电流过大时，电弧电压升高，弧长增加，保护气体的保护效果变差，空气容易侵入熔池。同时，过大的电流还会使熔池过热，气体溶解度增大，冷却时气体来不及逸出形成气孔。而电流过小，则会导致熔池温度低，气体逸出困难。
焊接速度过快：如前文所述，过快的焊接速度使熔池存在时间短，气体来不及逸出。此外，快速焊接还会使熔池冷却速度加快，进一步阻碍气体的排出。
电弧长度过长：过长的电弧会使空气更容易侵入熔池，破坏保护气体的保护作用。而且，电弧过长还会导致电弧不稳定，影响熔池的搅拌和气体的逸出。
焊件未预热或预热温度不足：对于一些导热性好、厚度较大的焊件，如果在焊接前没有进行预热或预热温度不够，焊接时熔池冷却速度过快，气体溶解度降低，容易在焊缝中形成气孔。连铸辊通常材质特殊且尺寸较大，预热不足很容易出现气孔问题。
3、焊工操作因素
焊接姿势和手法不稳定：焊工在焊接过程中，如果姿势不正确，手臂抖动较大，会导致焊接参数不稳定，影响熔池的形成和气体的逸出。此外，不正确的运条手法，如运条速度不均匀、摆动幅度不一致等，也会增加气孔产生的可能性。
三、预防和解决措施
1、针对夹渣的措施
严格把控焊接材料质量：选择质量可靠、信誉良好的焊接材料供应商，确保焊条、焊剂等符合相关标准和要求。在使用前，仔细检查焊条药皮是否有脱落、开裂等现象，焊剂是否受潮结块。对受潮的焊材，按照规定的温度和时间进行烘干处理。
优化焊接工艺参数：根据焊件的材质、厚度等因素，合理选择焊接电流、电压和焊接速度。在焊接过程中，可通过试焊来确定最佳的工艺参数。例如，对于连铸辊的焊接，一般需要较大的焊接电流来保证熔池的深度和宽度，同时要控制好焊接速度，使熔渣有足够的时间浮出。
加强层间清渣工作：在多层多道焊时，每完成一层焊缝，都要使用钢丝刷、砂轮机等工具彻底清理熔渣和飞溅物，确保层间清洁。同时，在清渣过程中，要检查前一层焊缝是否存在缺陷，如有需要及时进行修补。
改进运条方法：焊工应经过专业培训，掌握正确的运条方法。在焊接过程中，保持焊条的摆动角度和幅度均匀稳定，使熔池中的液态金属和熔渣能够充分混合和分离。例如，采用锯齿形、月牙形等运条方式时，要注意摆动的频率和宽度。
做好焊件表面清理和坡口准备：在焊接前，对焊件表面进行彻底清理，去除油污、铁锈、氧化皮等杂质。可采用打磨、喷砂、化学清洗等方法，确保焊件表面清洁。同时，根据焊件的厚度和焊接要求，合理设计坡口尺寸和形状，保证焊接过程中熔渣能够顺利排出。
2、针对气孔的措施
控制焊接材料的气体含量：除了保证焊接材料的质量外，对于容易吸附水分的焊条和焊剂，要妥善保管，存放在干燥通风的环境中。在使用前，严格按照要求进行烘干，减少焊接材料中的气体杂质。
改善焊接环境：在室外焊接时，搭建防风棚，避免风吹对焊接过程的影响。同时，可使用除湿设备，降低焊接环境的湿度，减少水分对焊接的不利影响。在焊接区域周围，清理杂物，保持环境整洁，防止其他杂质进入熔池。
调整焊接工艺参数：合理调整焊接电流、电压和焊接速度，确保熔池有足够的温度和存在时间，使气体能够充分逸出。同时，控制好电弧长度，采用短弧焊接，增强保护气体的保护效果。对于一些重要的焊接结构，可通过工艺评定来确定最佳的焊接工艺参数。
进行焊件预热：对于需要预热的焊件，按照工艺要求进行预热，预热温度要均匀且达到规定值。在焊接过程中，要保持焊件的温度稳定，避免温度过低导致熔池冷却过快。例如，对于连铸辊的焊接，通常需要将其预热到一定温度后再进行焊接。
加强焊工培训：提高焊工的操作技能和质量意识，规范引弧、收弧等操作。焊工在焊接过程中要保持稳定的姿势和手法，严格按照焊接工艺要求进行操作。同时，定期对焊工进行考核，确保其操作水平符合要求。
连铸辊明弧焊过程中出现的夹渣和气孔缺陷，是由多种因素共同作用导致的。通过对焊接材料、焊接工艺以及焊工操作等方面进行全面的分析和改进，采取相应的预防和解决措施，可以有效地减少夹渣和气孔的产生，提高连铸辊的焊接质量，延长其使用寿命，为钢铁生产的稳定运行提供有力保障。
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