焊接缺陷與焊接質(zhì)量檢驗(yàn)

1、焊接缺陷與焊接質(zhì)量檢驗(yàn)一般常見的焊接缺陷可分為四類： （1）焊縫尺寸不符合要求：如焊縫超高、超寬、過窄、高低差過大、焊縫過渡到母材不圓滑等。 （2）焊接表面缺陷：如咬邊、焊瘤、內(nèi)凹、滿溢、未焊透、表面氣孔、表面裂紋等。 （3）焊縫內(nèi)部缺陷：如氣孔、夾渣、裂紋、未熔合、夾鎢、雙面焊的未焊透等。 （4）焊接接頭性能不符合要求：因過熱、過燒等原因?qū)е潞附咏宇^的機(jī)械性能、抗腐蝕性能降低等。 焊接缺陷對焊接構(gòu)件的危害，主要有以下幾方面： （1）引起應(yīng)力集中。焊接接頭中應(yīng)力的分布是十分復(fù)雜的。凡是結(jié)構(gòu)截面有突然變化的部位，應(yīng)力的分布就特別不均勻，在某些點(diǎn)的應(yīng)力值可能比平均應(yīng)力值大許多倍，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集

2、中。造成應(yīng)力集中的原因很多，而焊縫中存在工藝缺陷是其中一個很重要的因素。焊縫內(nèi)存在的裂紋、未焊透及其他帶尖缺口的缺陷，使焊縫截面不連續(xù)，產(chǎn)生突變部位，在外力作用下將產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力超過缺陷前端部位金屬材料的斷裂強(qiáng)度時，材料就會開裂破壞。 （2）縮短使用壽命。對于承受低周疲勞載荷的構(gòu)件，如果焊縫中的缺陷尺寸超過一定界限，循環(huán)一定周次后，缺陷會不斷擴(kuò)展，長大，直至引起構(gòu)件發(fā)生斷裂。 （3）造成脆裂，危及安全。脆性斷裂是一種低應(yīng)力斷裂，是結(jié)構(gòu)件在沒有塑性變形情況下，產(chǎn)生的快速突發(fā)性斷裂，其危害性很大。焊接質(zhì)量對產(chǎn)品的脆斷有很大的影響。一、焊接缺陷 （一）焊接變形 工件焊后一般都會產(chǎn)生變形，

3、如果變形量超過允許值，就會影響使用。焊接變形的幾個例子如圖2-19所示。產(chǎn)生的主要原因是焊件不均勻地局部加熱和冷卻。因?yàn)楹附訒r，焊件僅在局部區(qū)域被加熱到高溫，離焊縫愈近，溫度愈高，膨脹也愈大。但是，加熱區(qū)域的金屬因受到周圍溫度較低的金屬阻止，卻不能自由膨脹；而冷卻時又由于周圍金屬的牽制不能自由地收縮。結(jié)果這部分加熱的金屬存在拉應(yīng)力，而其它部分的金屬則存在與之平衡的壓應(yīng)力。當(dāng)這些應(yīng)力超過金屬的屈服極限時，將產(chǎn)生焊接變形；當(dāng)超過金屬的強(qiáng)度極限時，則會出現(xiàn)裂縫。 （二）焊縫的外部缺陷 1.焊縫增強(qiáng)過高 如圖2-20所示,當(dāng)焊接坡口的角度開得太小或焊接電流過小時，均會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。焊件焊縫的危險平面已

4、從M-M平面過渡到熔合區(qū)的N-N平面，由于應(yīng)力集中易發(fā)生破壞，因此，為提高壓力容器的疲勞壽命，要求將焊縫的增強(qiáng)高鏟平。 2.焊縫過凹 如圖2-21所示，因焊縫工作截面的減小而使接頭處的強(qiáng)度降低。 3.焊縫咬邊 在工件上沿焊縫邊緣所形成的凹陷叫咬邊，如圖2-22所示。它不僅減少了接頭工作截面，而且在咬邊處造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中。 4.焊瘤 熔化金屬流到溶池邊緣未溶化的工件上，堆積形成焊瘤，它與工件沒有熔合，見圖2-23。焊瘤對靜載強(qiáng)度無影響，但會引起應(yīng)力集中，使動載強(qiáng)度降低。 5.燒穿 如圖2-24所示。燒穿是指部分熔化金屬從焊縫反面漏出，甚至燒穿成洞，它使接頭強(qiáng)度下降。 以上五種缺陷存在于焊縫的外

5、表，肉眼就能發(fā)現(xiàn)，并可及時補(bǔ)焊。如果操作熟練，一般是可以避免的。 （三）焊縫的內(nèi)部缺陷 1.未焊透 未焊透是指工件與焊縫金屬或焊縫層間局部未熔合的一種缺陷。未焊透減弱了焊縫工作截面，造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中，大大降低接頭強(qiáng)度，它往往成為焊縫開裂的根源。 2.夾渣 焊縫中夾有非金屬熔渣，即稱夾渣。夾渣減少了焊縫工作截面，造成應(yīng)力集中，會降低焊縫強(qiáng)度和沖擊韌性。 3.氣孔 焊縫金屬在高溫時，吸收了過多的氣體（如H2）或由于溶池內(nèi)部冶金反應(yīng)產(chǎn)生的氣體（如CO），在溶池冷卻凝固時來不及排出，而在焊縫內(nèi)部或表面形成孔穴，即為氣孔。氣孔的存在減少了焊縫有效工作截面，降低接頭的機(jī)械強(qiáng)度。若有穿透性或連續(xù)性氣孔存在

6、，會嚴(yán)重影響焊件的密封性。 4.裂紋 焊接過程中或焊接以后，在焊接接頭區(qū)域內(nèi)所出現(xiàn)的金屬局部破裂叫裂紋。裂紋可能產(chǎn)生在焊縫上，也可能產(chǎn)生在焊縫兩側(cè)的熱影響區(qū)。有時產(chǎn)生在金屬表面，有時產(chǎn)生在金屬內(nèi)部。通常按照裂紋產(chǎn)生的機(jī)理不同，可分為熱裂紋和冷裂紋兩類。 （1）熱裂紋 熱裂紋是在焊縫金屬中由液態(tài)到固態(tài)的結(jié)晶過程中產(chǎn)生的，大多產(chǎn)生在焊縫金屬中。其產(chǎn)生原因主要是焊縫中存在低熔點(diǎn)物質(zhì)（如FeS，熔點(diǎn)1193 ），它削弱了晶粒間的聯(lián)系，當(dāng)受到較大的焊接應(yīng)力作用時，就容易在晶粒之間引起破裂。焊件及焊條內(nèi)含S、Cu等雜質(zhì)多時，就容易產(chǎn)生熱裂紋。 熱裂紋有沿晶界分布的特征。當(dāng)裂紋貫穿表面與外界相通時，則具有明

7、顯的氫化傾向。 （2）冷裂紋 冷裂紋是在焊后冷卻過程中產(chǎn)生的，大多產(chǎn)生在基體金屬或基體金屬與焊縫交界的熔合線上。其產(chǎn)生的主要原因是由于熱影響區(qū)或焊縫內(nèi)形成了淬火組織，在高應(yīng)力作用下，引起晶粒內(nèi)部的破裂，焊接含碳量較高或合金元素較多的易淬火鋼材時，最易產(chǎn)生冷裂紋。焊縫中熔入過多的氫，也會引起冷裂紋。 裂紋是最危險的一種缺陷，它除了減少承載截面之外，還會產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中，在使用中裂紋會逐漸擴(kuò)大，最后可能導(dǎo)致構(gòu)件的破壞。所以焊接結(jié)構(gòu)中一般不允許存在這種缺陷，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)須鏟去重焊。 二、焊接的檢驗(yàn) 對焊接接頭進(jìn)行必要的檢驗(yàn)是保證焊接質(zhì)量的重要措施。因此，工件焊完后應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求對焊縫進(jìn)行相應(yīng)的檢驗(yàn)

8、，凡不符合技術(shù)要求所允許的缺陷，需及時進(jìn)行返修。焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)包括外觀檢查、無損探傷和機(jī)械性能試驗(yàn)三個方面。這三者是互相補(bǔ)充的，而以無損探傷為主。 （一）外觀檢查 外觀檢查一般以肉眼觀察為主，有時用520倍的放大鏡進(jìn)行觀察。通過外觀檢查，可發(fā)現(xiàn)焊縫表面缺陷，如咬邊、焊瘤、表面裂紋、氣孔、夾渣及焊穿等。焊縫的外形尺寸還可采用焊口檢測器或樣板進(jìn)行測量。 （二）無損探傷 隱藏在焊縫內(nèi)部的夾渣、氣孔、裂紋等缺陷的檢驗(yàn)。目前使用最普遍的是采用X射線檢驗(yàn)，還有超聲波探傷和磁力探傷。 X射線檢驗(yàn)是利用X射線對焊縫照相,根據(jù)底片影像來判斷內(nèi)部有無缺陷、缺陷多少和類型。再根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求評定焊縫是否合格。 超聲

9、波探傷的基本原理如圖2-25所示。 超聲波束由探頭發(fā)出，傳到金屬中，當(dāng)超聲波束傳到金屬與空氣界面時，它就折射而通過焊縫。如果焊縫中有缺陷，超聲波束就反射到探頭而被接受，這時熒光屏上就出現(xiàn)了反射波。根據(jù)這些反射波與正常波比較、鑒別，就可以確定缺陷的大小及位置。超聲波探傷比X光照相簡便得多，因而得到廣泛應(yīng)用。但超聲波探傷往往只能憑操作經(jīng)驗(yàn)作出判斷，而且不能留下檢驗(yàn)根據(jù)。 對于離焊縫表面不深的內(nèi)部缺陷和表面極微小的裂紋，還可采用磁力探傷。 （三）水壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn) 對于要求密封性的受壓容器，須進(jìn)行水壓試驗(yàn)和（或）進(jìn)行氣壓試驗(yàn)，以檢查焊縫的密封性和承壓能力。其方法是向容器內(nèi)注入1.251.5 倍工作壓

10、力的清水或等于工作壓力的氣體（多數(shù)用空氣），停留一定的時間，然后觀察容器內(nèi)的壓力下降情況，并在外部觀察有無滲漏現(xiàn)象，根據(jù)這些可評定焊縫是否合格。 （四）焊接試板的機(jī)械性能試驗(yàn) 無損探傷可以發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)在的缺陷，但不能說明焊縫熱影響區(qū)的金屬的機(jī)械性能如何，因此有時對焊接接頭要作拉力、沖擊、彎曲等試驗(yàn)。這些試驗(yàn)由試驗(yàn)板完成。所用試驗(yàn)板最好與圓筒縱縫一起焊成，以保證施工條件一致。然后將試板進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)。實(shí)際生產(chǎn)中，一般只對新鋼種的焊接接頭進(jìn)行這方面的試驗(yàn)。焊接缺陷與檢驗(yàn)（一）焊接缺陷 在焊接生產(chǎn)過程中，由于設(shè)計、工藝、操作中的各種因素的影響，往往會產(chǎn)生各種焊接缺陷。焊接缺陷不僅會影響焊縫的美觀，還

11、有可能減小焊縫的有效承載面積，造成應(yīng)力集中引起斷裂，直接影響焊接結(jié)構(gòu)使用的可靠性。表3-6列出了常見的焊接缺陷及其產(chǎn)生的原因。 表3-6 常見焊接缺陷缺陷名稱 示意圖 特征 產(chǎn)生原因 氣 孔 焊接時，熔池中的過飽和H、N以及冶金反應(yīng)產(chǎn)生的CO，在熔池凝固時未能逸出，在焊縫中形成的空穴 焊接材料不清潔；弧長太長，保護(hù)效果差；焊接規(guī)范不恰當(dāng)，冷速太快；焊前清理不當(dāng) 裂 紋 熱裂紋：沿晶開裂，具有氧化色澤，多在焊縫上，焊后立即開裂 冷裂紋：穿晶開裂，具有金屬光澤，多在熱影響區(qū)，有延時性，可發(fā)生在焊后任何時刻 熱裂紋：母材硫、磷含量高；焊縫冷速太快，焊接應(yīng)力大；焊接材料選擇不當(dāng)冷裂紋：母材淬硬傾向大；焊縫含氫量高；焊接殘余應(yīng)力較大 夾 渣 焊后殘留在焊縫中的非金屬夾雜物 焊道間的熔渣未清理干