焊接缺陷.ppt
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2022/11/101焊接质量及控制焊工培训22022/11/10n常见的焊接缺陷n焊接缺陷检测方法n焊接质量控制n焊接新工艺焊接质量及控制32022/11/10n焊接缺陷是焊接过程中在焊接接头产生的金属不连续、不致密或连接不良的现象。
n常见的焊接缺陷:
裂纹、未焊透、未熔合、夹渣、气孔、咬边及焊缝成形不良等。
焊接缺陷42022/11/10严重的焊接缺陷会引起焊接结构的损坏n脆性破坏脆性破坏n塑性破坏塑性破坏n疲劳断裂疲劳断裂焊接缺陷52022/11/10n脆性失效的特征脆性断裂是焊接结构的一种最为严重的断裂失效。
通常脆性断裂失效都在实际应力低于结构设计应力下发生,断裂时无显著的塑性变形,具有突发破坏的性质,往往造成重大损失。
脆性断裂在工程结构中是一种非常危险的破坏形式。
其特点是裂纹扩展迅速,能量消耗远小于韧性断裂,而且很少发现可见的塑性变形,断裂之前没有明显的征兆,而是突然发生。
脆性断裂断口表面发亮,呈颗粒状,属于平直类型,是在平面应变状态下发生的。
同时,脆性断裂是在低应力条件下发生的,因而这种断裂往往带来恶性事故和巨大损失。
62022/11/10塑性失效的特征:
n塑性断裂的特点是金属断裂时伴随有明显的塑性变形并消耗大量能量。
由于塑性断裂是在大量塑性变形后发生的,结构断裂后在受力方向上会留下较大的残余变形,在断口附近有肉眼可见的挠曲、变粗、缩颈等72022/11/10n疲劳失效的特征:
零件在整个疲劳失效过程中,不发生肉眼可见的宏观塑性变形。
在多数情况下疲劳断裂是突然发生的,因而这种断裂方式给焊件失效前的预报和预防工作带来一定的困难。
疲劳断裂还具有区别于其他任何性质的断口形貌。
一个典型的疲劳断口往往由裂纹源区、裂纹扩展区和瞬时断裂区三个部分组成。
82022/11/10焊接缺陷缺陷出现的位置来分焊瘤、咬边、烧穿、未焊透、夹渣、表面气孔、焊接裂纹以及焊缝形状和尺寸不符合要求未焊透、夹渣、内部气孔、焊接裂纹等外部缺陷内部缺陷102022/11/10n焊瘤:
焊缝根部的局部突出,这是焊接时因液态金属下坠形成的金属瘤。
焊瘤下常会有未焊透缺陷存在,这是必须注意的。
112022/11/10n产生原因:
对口间隙大,熔池温度过高,熔池存在一个地方时间过长,对熔池的控制不当。
n防止措施:
对口间隙应符合标准要求,一般为23;对于对口间隙不均匀的焊口,用机械打磨等方法设法修整到规定要求。
选择合适的焊接线能量以及合适的焊接速度,控制熔池温度在合适的范围,不能过高。
仰焊部位焊接尽量采用短弧焊接,增强电弧推力。
产生焊瘤的原因及防止措施122022/11/10n咬边n沿焊趾的母材部位被电弧熔化时所成的沟槽或凹陷,称咬边,它有连续和断续之分。
在底片的焊缝边缘(焊趾处),靠母材侧呈现出粗短的黑色条状影像。
黑度不均匀,轮廓不明显,形状不规则,两端无尖角。
132022/11/10n根据咬边处于焊缝的上下面,可分为外咬边(在坡口开口大的一面)和内咬边(在坡口底部一面)。
咬边也可以说是沿焊缝边缘低于母材表面的凹槽状缺陷。
n咬边产生的主要原因:
焊条电弧焊时,焊接电流过大、电弧长、运条和焊条角度不当,多在立焊、横焊、仰焊时出现。
埋弧焊主要是焊接电流过大、焊接速度快、焊丝角度不当所造成。
142022/11/10未焊透n焊接时接头根部未完全熔透的现象,也就是焊件的间隙或钝边未被熔化而留下的间隙,或是母材金属之间没有熔化,焊缝熔敷金属没有进入接头的根部造成的缺陷。
n未焊透可分为双面焊未焊透和单面焊未焊透两种单V坡口未焊透X坡口未焊透152022/11/10u产生未焊透缺陷的主要原因:
焊接电流过小,焊接速度过快;坡口角度太小,间隙太小,根部钝边过大;焊条角度不当;电弧太长或偏吹(偏弧)等;双面焊背面清根不彻底。
u未焊透的危害性:
n未焊透也是一种比较危险的缺陷,其危害性取决于缺陷的形状、深度和长度。
它除降低焊缝的强度外,也容易在未焊透区域延伸成裂纹,导致材料断裂,尤其连续未焊透更是一种危险缺陷。
162022/11/10n熔焊时,焊道与母材之间或焊道与焊道之间,未完全熔化结合的部分。
点焊时母材与母材之间未完全熔化结合的部分。
n未熔合可分为坡口未熔合、焊道之间未熔合(包括层间未熔合)、焊缝根部未熔合。
按其间成分不同,可分为白色未熔合(纯气隙、不含夹渣)、黑色未熔合(含夹渣的)。
未熔合172022/11/10u产生未熔合缺陷的原因:
电流太小或焊速过快(线能量不够);电流太大,使焊条大半根发红而熔化太快,母材还未到熔化温度便覆盖上去。
坡口有油污、锈蚀;焊件散热速度太快,或起焊处温度低;操作不当或磁偏吹,焊条偏弧等。
u未熔合的危害性:
n是一种类似于裂纹的极其危险的缺陷。
未熔合本身就是一种虚焊,在交变载荷工作状态下,应力集中,极易开裂,是最危险缺陷之一。
182022/11/10n夹渣与夹杂物是熔化焊接时的冶金反应产物,例如非金属杂质(氧化物、硫化物等)以及熔渣,由于焊接时未能逸出,或者多道焊接时清渣不干净,以至残留在焊缝金属内,称为夹渣或夹杂物。
n形态可分为点状和条状,其外形通常是不规则的n位置可能在焊缝与母材交界处,也可能存在于焊缝内。
n在采用钨极氩弧焊打底+手工电弧焊或者钨极氩弧焊时,钨极崩落的碎屑留在焊缝内则成为高密度夹杂物(俗称夹钨)。
夹渣与夹杂物192022/11/10钢板对接焊缝X射线照相底片V型坡口,钨极氩弧焊打底+手工电弧焊,夹钨W18Cr4V(高速工具钢)-45钢棒对接电阻焊缝中的夹渣断口照片202022/11/10钢板对接焊缝X射线照相底片V型坡口,手工电弧焊,局部夹渣钢板对接焊缝X射线照相底片V型坡口,手工电弧焊,两侧线状夹渣212022/11/10n原因分析原因分析焊件清理不干净、多层多道焊层间药皮清理不干净、焊接过程中药皮脱落在熔池中等;电弧过长、焊层过厚、焊接线能量小、焊速快等,导致熔池中熔化的杂质未浮出而熔池凝固。
222022/11/10n防治措施防治措施焊件焊缝坡口周围1015表面范围内打磨清理干净,直至发出金属光泽;多层多道焊时,层间药皮清理干净;焊条按照要求烘培,不使用偏芯、受潮等不合格焊条;尽量使用短弧焊接,选择合适的电流参数;焊接速度合适,不能过快。
232022/11/10气孔n气孔是指焊接时,熔池中的气泡在凝固时未能逸出,而残留下来所形成的空穴。
n气孔产生的机理:
是由于气体熔解于液态金属内,在冷却中金属熔解度降低,部分气体企图进入大气,但遇到金属结晶的阻力,使它不能顺利的逸出而残留于金属内,形成了内气孔,或逸在表面形成外气孔。
n气孔分类:
氢气孔、CO气孔、氮气孔n气孔的特性:
氢气孔由氢引起,可出现于焊缝表面,也存在于内部,其断面形状多为螺钉形,表面呈圆喇叭口形,且气孔四周有光滑的内壁。
CO气孔多存在于焊缝内部,且沿结晶方向,有的如条虫状、表面光滑。
242022/11/10u气孔产生的原因:
焊条或焊剂受潮,或者未按要求烘干。
焊条药皮开裂、脱落、变质等;焊芯或焊丝生锈或表面有油,工件坡口有锈、油、水分(铁锈中含结晶水,高温时分解出氢、氧)等;焊接参数不当,如电流偏小、焊接速度过快等使熔池温度降低,熔池存在时间短;电弧电压高或电弧偏吹;碱性焊条引弧和熄弧方法不当都容易产生气孔;单面焊双面成形打底焊操作不熟练,焊条角度不当使熔池保护不好;填充金属给送过多,导致熔池增大,灭弧间歇时间长影响气体在有效时间内逸出;252022/11/10u气孔的危害性:
焊缝中由于气孔的残留,必然减少焊缝金属的有效截面,从而使焊接接头的强度降低。
特别是密集气孔会使焊缝不致密,降低接头塑性和引起构件的焊缝处泄漏。
气孔与裂纹和未焊透比较,它的危害性要差一些,所以标准中允许限量存在。
但是,要力求焊缝无气孔或尽量减少气孔数量。
262022/11/10裂纹n在焊接应力及其它致脆因素共同作用下,焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面而产生缝隙,称为焊接裂纹。
它具有尖锐的缺口和大的长宽比特征。
n裂纹是焊接缺陷中危害性最大的一种,焊接结构的破坏大部分是由于裂纹造成。
裂纹是一种面积型缺陷,具有三维尺寸的缺陷称为体积型缺陷,具有二维尺寸(第三维尺寸极小)的缺陷称为面积型缺陷,它的出现将显著减少承载截面积,更严重的是裂纹端部形成尖锐缺口,应力高度集中,很容易扩展导致破坏。
272022/11/10产生机理n冶金因素指的是由于焊缝产生不同程度的物理与化学状态的不均匀,如低熔共晶组成元素S、P、Si等发生偏析、富集导致的热裂纹。
此外,在热影响区金属中,快速加热和冷却使金属中的空位浓度增加,同时由于材料的淬硬倾向,降低材料的抗裂性能,在一定的力学因素下,这些都是生成裂纹的冶金因素。
n力学因素由于快热快冷产生了不均匀的组织区域,由于热应变不均匀而导致不同区域产生不同的应力,造成焊接接头金属处于复杂的应力应变状态。
内在的热应力、组织应力和外加的拘束应力,以及应力集中相叠加构成了导致接头金属开裂的力学条件。
282022/11/10u按按其方向其方向可分为纵向裂纹、横向裂纹,辐射状(星状)裂可分为纵向裂纹、横向裂纹,辐射状(星状)裂纹。
纹。
u按按发生的部位发生的部位可分为根部裂纹、弧坑裂纹,熔合区裂纹、可分为根部裂纹、弧坑裂纹,熔合区裂纹、焊趾裂纹及热影响区裂纹。
焊趾裂纹及热影响区裂纹。
u按按产生的温度产生的温度可分为热裂纹(如结晶裂纹、液化裂纹等)、可分为热裂纹(如结晶裂纹、液化裂纹等)、冷裂纹(如氢致裂纹、层状撕裂等)以及再热裂纹。
冷裂纹(如氢致裂纹、层状撕裂等)以及再热裂纹。
292022/11/10裂纹产生的特点
(一)热裂纹u热裂纹:
焊接过程中,焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹。
这种裂纹的特征是沿奥氏体晶界开裂,裂纹多贯穿于焊缝表面;断口被氧化,呈氧化色;裂纹末端略呈圆形。
u热裂纹产生的部位:
焊接热裂纹通常产生于焊缝金属内,也可能在焊接熔合线邻近的热影响区组织内(母材金属),发生在弧坑中的热裂纹往往是星状的。
一般出现在低碳钢、低合金钢和奥氏体不锈钢中等u热裂纹的分类:
结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹u热裂纹产生的原因:
焊缝中低熔点共晶组成元素S、P、Si等发生偏析、富集,导致大量低熔点的共晶物聚集于晶界上,在冷却结晶过程中,焊缝收缩而产生拉力,使焊缝在高温时沿晶界开裂,从而产生热裂纹。
302022/11/10冶金方面:
控制焊缝化学成分,严格控制会形成低熔点共晶的杂质元素含量;改变焊缝组织状态,细化晶粒。
工艺方面:
控制焊缝形状,从焊接构件设计和焊接工艺上设法尽量减少在脆性温度区间的拉伸应变;合理选用焊接材料(一般选用具有较强脱硫能力的碱性焊条和焊剂);制定合理的焊接工艺规范,选择合理的焊接方向和焊接顺序;使用引弧板,尽量减少焊接热作用。
312022/11/10u冷裂纹:
焊接接头冷却到较低温度时(对于钢来说在MS温度,即奥氏体开始转变为马氏体的温度以下)产生的焊接裂纹。
最主要、最常见的冷裂纹为延迟裂纹(即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹-因为氢是最活跃的诱发因素,而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间)。
u冷裂纹产生的部位:
在热影响区和焊缝的根部,基本上与焊缝轴线垂直。
主要发生在高、中碳钢,低、中合金高强度钢的焊接热影响区。
u冷裂纹的特性:
起源多发生在物理化学不均匀的氢聚集的局部地带;可以在焊后立即出现,也有时要经过一段时间才出现,开始少量出现,随时间逐渐增多和扩散;是无分叉的纯裂纹,电子显微镜断口检查发现,它是一种穿晶型裂纹或穿晶与沿晶混合型裂纹,在淬硬性较大钢中,一般是沿晶裂纹,而在淬硬性低的钢中,则是穿晶裂纹。
冷裂纹322022/11/10u冷裂纹产生原因:
焊接接头存在淬硬组织,性能脆化;扩散氢含量较高,使接头性能脆化,并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子,造成非常大的局部压力;存在较大的焊接拉应力。
u冷裂纹的预防措施:
用碱性焊条,减少焊缝金属中氢含量、提高焊缝金属塑性;减少氢来源,焊材要烘干,接头要清洁(无油、锈、水);避免产生淬硬组织,焊前预热、焊后缓冷;降低焊接应力,采用合理的工艺规范,焊后热处理等;焊后立即进行消氢处
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