焊接缺陷工藝分析

1、焊接技術(shù)(jsh)與焊接缺陷山東常林農(nóng)業(yè)裝備股份(gfn)有限公司 2015-12共五十五頁焊接接頭焊接缺陷焊接應(yīng)力與變形(bin xng)常用鋼材的焊接共五十五頁焊接(hnji)接頭一、焊接接頭形式 焊接接頭形式一般由被焊接兩金屬件的相互結(jié)構(gòu)位置來決定，通常分為對接接頭、搭接接頭、角接接頭及T字接頭等。這四種接頭形式中，對接接頭節(jié)省材料，容易保證質(zhì)量，應(yīng)力分布均勻，應(yīng)用最為廣泛，但焊前準備及裝配質(zhì)量要求較高；搭接接頭兩焊件不在同一平面上，浪費金屬且受力時將產(chǎn)生附加應(yīng)力，適于薄板焊件焊件；角接接頭在構(gòu)成直角連接時采用，一般只起連接作用而不承受工作載荷；T形接頭是結(jié)構(gòu)非直線連接中應(yīng)用最廣泛的連接

2、形式。 在結(jié)構(gòu)焊接時具體采用哪種形式焊接接頭，主要根據(jù)焊件結(jié)構(gòu)形狀、使用要求、焊件厚度(hud)進行選擇；另外還應(yīng)考慮坡口加工難易程度，焊接方法的種類等其它因素的要求。共五十五頁1.對接(du ji)接頭 將兩金屬件放置于同一平面（或曲面內(nèi)），使其邊緣相對，沿邊緣直線（或曲線）進行焊接(hnji)的接頭叫對接接頭。 對接接頭是最常見，最合理接頭形式。承壓類特種設(shè)備多采用對接接頭。I形，一般用于薄板V形，加工方便，耗焊材，角 變形大，單面施焊X形，加工復(fù)雜，雙面施焊，角變形小，焊材損耗少U形，加工復(fù)雜，焊材損耗少，角變形較大雙U形，加工復(fù)雜，焊材損耗少，角變形小共五十五頁 用焊條電弧焊焊接板厚在

3、6mm以下的對接焊縫(hn fn)時，一般可用I型坡口直接焊接，但當焊接厚度大于3mm的構(gòu)件時，需開坡口；板厚在6mm26mm時，常開單面坡口；板厚在12mm60mm時，常開雙面坡口。單面坡口的可焊性較好，但焊條消耗量大，且焊后易產(chǎn)生角變形；雙面坡口受熱均勻，變形較小，焊條消耗量也小，但必須兩面施焊，有時受構(gòu)件結(jié)構(gòu)限制，不易實施。 埋弧焊的接頭形式與焊條電弧焊基本相同，但由于埋弧焊選用的電流大、熔深大，所以在板厚小于12mm時可直接采用I形坡口單面施焊，板厚小于24mm時可直接采用I形坡口雙面施焊，焊更厚構(gòu)件時需開坡口。焊接(hnji)接頭共五十五頁兩塊板料相疊，而在端部或側(cè)面角焊的接頭(ji

4、 tu)稱搭接接頭。搭接接頭不需開坡口，裝配要求較松，受力情況復(fù)雜，接頭應(yīng)力集中嚴重，承壓類特種設(shè)備一般不允許用搭接結(jié)構(gòu)。2.搭接(d ji)接頭共五十五頁3.角接接頭(ji tu)及T字接頭兩構(gòu)件成直角或一定(ydng)角度，而在其連接邊緣焊接的接頭稱角接接頭。兩構(gòu)件成T字形焊接在一起的接頭，叫T字接頭。角接接頭和T字接頭，常用于特種設(shè)備接管、法蘭、夾套、管板、管子和凸緣等焊接。共五十五頁二.焊接接頭(ji tu)的組成 熔焊熱源的高溫集中熔化焊縫區(qū)金屬，并向工件金屬傳導(dǎo)(chundo)熱量，必然引起焊縫及附近區(qū)域金屬的組織和性能發(fā)生變化。焊縫區(qū)在焊接接頭橫截面上測量的焊縫金屬的區(qū)域。熔合區(qū)

5、熔合線兩側(cè)有一個很窄的焊縫與熱影響區(qū)的過渡區(qū)。熱影響區(qū)-受焊接熱循環(huán)的影響，焊縫附近的母材因焊接熱作用發(fā)生組織或性能變化的區(qū)域。共五十五頁 一般，低碳鋼焊件的熱影響區(qū)較窄，危害性較小，焊后可直接使用；對于碳素鋼和低合金鋼焊件，焊后可進行正火處理，細化晶粒，改善機械性能；對于無法進行熱處理的焊件，則需正確選擇焊接方法(fngf)和工藝條件，來減小熱影響區(qū)的范圍。焊接(hnji)接頭共五十五頁承壓類特種設(shè)備常用焊接方法焊接接頭(ji tu)焊接缺陷焊接應(yīng)力與變形承壓類特種設(shè)備常用鋼材的焊接共五十五頁焊接過程(guchng)的特點 焊接與煉鋼相似，是一個冶煉過程。但這個過程比煉鋼的時間短得多，有它自

6、己的一些特點。一、溫度高 以手工電弧(dinh)焊為例，其電弧(dinh)溫度高達60008000，使焊件與電焊條之間發(fā)生強烈熔化和蒸發(fā)(熔滴的平均溫度達18002400)，外界的氣體(如：N2、02、H2等)大量的分解溶入熔池，其數(shù)量比煉鋼要大很多倍，那么凝固后的金屬，有可能產(chǎn)生氣孔，使機械性能下降。二、溫差大 焊接是局部加熱，從冷態(tài)開始至加熱熔化，熔池的溫度可達1700以上，其周圍又是冷態(tài)金屬，兩者溫度差巨大，從而使構(gòu)件產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力和變形，嚴重者可能產(chǎn)生裂紋，以至斷裂。共五十五頁三、熔池小，冷卻快 由于熔池休積小，手工電弧焊只有8l 0mm3，自動焊大一些，也不過930mm3，焊縫金屬

7、從熔化到凝固只有幾秒鐘，平均冷卻速度約在4100/秒，比鑄錠冷卻速高1000倍，在這樣短的時間內(nèi)，冶金反應(yīng)是不平衡，也就是說是不完善的。因而，焊縫金屬的成份分布不均勻，偏析較大。四、組織差別大 焊接時，溫度高，液體金屬蒸發(fā)，化學元素的燒損，有些元素在焊縫金屬和基本金屬之間相互擴散，近縫區(qū)段所處的溫度又不同，冷卻后焊接接頭(ji tu)的顯微組織差別極大，明顯的影響焊接接頭(ji tu)性能。焊接(hnji)過程的特點共五十五頁焊接(hnji)缺陷的危害性正是由于焊接過程的上述特點，導(dǎo)致該區(qū)域焊接缺陷的產(chǎn)生。焊接缺陷對鍋爐壓力容器安全運行的危害是巨大的，主要表現(xiàn)在以下三個方面(fngmin)：1

8、）由于缺陷的存在，減少了焊縫的承載截面積，削弱了拉伸強度。2）由于缺陷形成缺口，缺口尖端會發(fā)生應(yīng)力集中和脆化現(xiàn)像，容易產(chǎn)生裂絞并擴展。3）缺陷可能穿透筒壁，發(fā)生泄漏，影響致密性。共五十五頁焊接缺陷(quxin)的分類焊接缺陷(quxin)從宏觀上看，可分為：裂紋未熔合未焊透夾渣氣孔形狀缺陷（又稱焊縫金屬表面缺陷或叫接頭的幾何尺寸缺陷，如咬邊，焊瘤等。）共五十五頁共五十五頁共五十五頁1.裂紋（焊接裂紋）：在焊接應(yīng)力及其它致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的新界面而產(chǎn)生縫隙，稱為焊接裂紋。它具有尖銳的缺口和大的長寬比特征。裂紋是焊接缺陷中危害性最大的一種，焊接結(jié)構(gòu)

9、的破壞大部分是由于裂紋造成。裂紋是一種面積型缺陷，具有三維尺寸(ch cun)的缺陷稱為體積型缺陷，具有二維尺寸(ch cun)（第三維尺寸(ch cun)極?。┑娜毕莘Q為面積型缺陷，它的出現(xiàn)將顯著減少承載截面積，更嚴重的是裂紋端部形成尖銳缺口，應(yīng)力高度集中，很容易擴展導(dǎo)致破壞。共五十五頁焊接缺陷(quxin)的分類冷裂紋：焊接接頭冷卻到較低溫度時(對于鋼來說在MS溫度，即奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的溫度以下(yxi)產(chǎn)生的焊接裂紋。最主要、最常見的冷裂紋為延遲裂紋（即在焊后延遲一段時間才發(fā)生的裂紋-因為氫是最活躍的誘發(fā)因素，而氫在金屬中擴散、聚集和誘發(fā)裂紋需要一定的時間）。 冷裂紋主要產(chǎn)生在熱影

10、響區(qū)和焊縫的根部，基本上與焊縫軸線垂直。共五十五頁共五十五頁冷裂紋產(chǎn)生原因：焊接接頭存在淬硬組織，性能脆化；擴散氫含量較高，使接頭性能脆化，并聚集在焊接缺陷處形成大量氫分子，造成非常大的局部壓力；存在較大的焊接拉應(yīng)力。 冷裂紋的預(yù)防措施：用堿性焊條，減少焊縫金屬中氫含量、提高焊縫金屬塑性；減少氫來源，焊材要烘干，接頭要清潔（無油、銹、水）；避免產(chǎn)生淬硬組織，焊前預(yù)熱、焊后緩冷； 降低焊接應(yīng)力，采用合理(hl)的工藝規(guī)范，焊后熱處理等； 焊后立即進行消氫處理（即加熱到250左右，保溫，使焊縫金屬中的擴散氫逸出金屬表面）。 共五十五頁熱裂紋：焊接過程中，焊縫和熱影響(yngxing)區(qū)金屬冷卻到固

11、相線附近的高溫區(qū)產(chǎn)生的裂紋。熱裂紋產(chǎn)生的部位：焊接熱裂紋通常產(chǎn)生于焊縫金屬內(nèi)，也可能在焊接熔合線鄰近的熱影響區(qū)組織內(nèi)(母材金屬)，發(fā)生在弧坑中的熱裂紋往往是星狀的。 共五十五頁熱裂紋產(chǎn)生(chnshng)的原因：焊縫中低熔點共晶組成元素S、P、Si等發(fā)生偏析、富集，導(dǎo)致大量低熔點的共晶物聚集于晶界上,在冷卻結(jié)晶過程中,焊縫收縮而產(chǎn)生拉力,使焊縫在高溫時沿晶界開裂，從而產(chǎn)生熱裂紋。熱裂紋的預(yù)防措施冶金方面：控制焊縫化學成分，嚴格控制會形成低熔點共晶的雜質(zhì)元素含量；改變焊縫組織狀態(tài)，細化晶粒。工藝方面：控制焊縫形狀，從焊接構(gòu)件設(shè)計和焊接工藝上設(shè)法盡量減少在脆性溫度區(qū)間的拉伸應(yīng)變；合理選用焊接材料（

12、一般選用具有較強脫硫能力的堿性焊條和焊劑）；制定合理的焊接工藝規(guī)范，選擇合理的焊接方向和焊接順序；使用引弧板，盡量減少焊接熱作用。共五十五頁2. 未 熔 合是指熔焊時，焊道與母材之間或焊道與焊道之間，未完全熔化結(jié)合的部分。點焊時母材與母材之間未完全熔化結(jié)合的部分。未熔合可分為坡口未熔合、焊道之間未熔合（包括層間未熔合）、焊縫根部未熔合。按其間成分不同(b tn)，可分為白色未熔合（純氣隙、不含夾渣）、黑色未熔合（含夾渣的）。共五十五頁產(chǎn)生原因：a.電流太小或焊速過快（線能量不夠）；b.電流太大，使焊條大半根發(fā)紅而熔化太快，母材還未到熔化溫度便覆蓋上去。c.坡口有油污、銹蝕；d.焊件散熱速度太快

13、，或起焊處溫度低；e.操作不當或磁偏吹，焊條偏弧等。未熔合：是一種類似于裂紋的極其危險的缺陷(quxin)。未熔合本身就是一種虛焊， 在交變載荷工作狀態(tài)下， 應(yīng)力集中，極易開裂，是最危險缺陷(quxin)之一。 共五十五頁3. 未 焊 透焊接時接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象，也就是焊件的間隙或鈍邊未被熔化(rnghu)而留下的間隙，或是母材金屬之間沒有熔化(rnghu)，焊縫熔敷金屬沒有進入接頭的根部造成的缺陷。未焊透可分為雙面焊未焊透和單面焊未焊透兩種 1. 單V坡口未焊透 2X坡口未焊透 3無坡口未焊透共五十五頁共五十五頁產(chǎn)生未焊透缺陷的主要原因焊接電流過小，焊接速度過快；坡口角度太??；根部鈍邊

14、太厚；間隙太??；焊條角度不當；電弧太長或偏吹（偏?。┑?。未焊透的危害性未焊透也是一種比較危險的缺陷，其危害性取決于缺陷的形狀、深度和長度。它除降低(jingd)焊縫的強度外，也容易在未焊透區(qū)域延伸成裂紋，導(dǎo)致材料斷裂，尤其連續(xù)未焊透更是一種危險缺陷。共五十五頁 4夾 渣夾渣是指焊縫金屬中殘留有外來固體物質(zhì)所形成的缺陷，以及焊后殘留在焊縫中的金屬顆粒。夾渣是焊接過程中比較容易產(chǎn)生的缺陷，通常尤以殘留在焊縫金屬中的熔劑形成的夾渣最為常見。 熔劑夾渣：是指焊條藥皮或焊劑不溶物而產(chǎn)生的夾渣物。金屬夾渣：是指焊縫金屬中殘留的金屬顆粒。 如：鎢金屬。夾渣在焊縫中的形狀有：單個點狀夾渣、條狀(tio zhu

15、n)夾渣、鏈狀夾渣和密集夾渣等 。 共五十五頁按形態(tài)：夾渣可分為(fn wi)點狀夾渣、塊狀夾渣、條狀夾渣等。 單個點狀夾渣 條狀夾渣共五十五頁產(chǎn)生非金屬夾渣的主要原因(yunyn)：焊接電流太小，焊接速度太快：熔池金屬凝固過快；運條不正確；鐵水與熔渣分離不好；層間清渣不徹底等。產(chǎn)生金屬夾渣的主要原因：焊接電流過大或鎢極直徑太小，氬氣保護不良引起鎢極燒損，鎢極觸及熔池或焊絲而剝落。夾渣的危害性：夾渣是一種體積型缺陷，容易被射線照相檢出。夾渣會減少焊縫受力截面。夾渣的棱角容易引起應(yīng)力集中，成為交變載荷下的疲勞源。共五十五頁 5. 氣 孔氣孔是指焊接時，熔池中的氣泡在凝固時未能逸出，而殘留下來所形

16、成的空穴(kn xu)。氣孔可分為條蟲狀氣孔、針孔、柱孔，按分布可分為密集氣孔，鏈孔等。 氣孔產(chǎn)生部位和形狀氣孔分內(nèi)氣孔和外氣孔兩種：小的很小，在顯微鏡下才能看到，大的可達6mm以上。氣孔是由于氣體熔解于液態(tài)金屬內(nèi)，在冷卻中金屬熔解度降低，部分氣體企圖進入大氣，但遇到金屬結(jié)晶的阻力，使它不能順利的逸出而殘留于金屬內(nèi)，形成了內(nèi)氣孔，或逸在表面形成外氣孔。 共五十五頁氣孔在焊縫中的分布；有的是單個氣孔，有的是成群狀或鏈狀氣孔等等(dn dn)。如焊縫中的單個球形氣孔。大量氣孔在焊縫金屬中比較均勻地分布。焊縫中局部密集氣孔。 單個球狀氣孔 均布氣孔 密集氣孔共五十五頁與焊縫軸線平行的鏈狀氣孔(qkn

17、g)。長度方向與焊縫軸線近似平行的非球形的長氣孔。 共五十五頁由于氣體上浮引起的管狀孔穴、蟲形孔穴的位置和形狀是由固化的形式和氣體的來源決定的，通常它們是成群或單個出現(xiàn)并且成人字形(z xn)分布。 共五十五頁共五十五頁共五十五頁共五十五頁產(chǎn)生氣孔的主要原因：基本金屬或填充材料表面有銹、油等未清干凈。焊條及熔劑沒有充分烘干。電弧能量過小或焊速度過快。焊縫金屬脫氧不足。氣孔的危害焊縫中由于氣孔的殘留，必然減少焊縫金屬的有效截面(jimin)，從而使焊接接頭的強度降低。特別是密集氣孔會使焊縫不致密，降低接頭塑性和引起構(gòu)件的焊縫處泄漏。氣孔與裂紋和未焊透比較，它的危害性要差一些，所以標準中允許限量存

18、在。但是，要力求焊縫無氣孔或盡量減少氣孔數(shù)量。共五十五頁焊接(hnji)缺陷的危害性丶分類及辨認6形狀缺陷表面缺陷，屬于外觀檢查的范圍。射線照相標準一般均規(guī)定：焊縫經(jīng)表面檢驗合格后才能進行射線照相。但是，有時(yush)一些未經(jīng)外觀檢驗或外觀檢驗不合格的焊縫也進行了射線照相；有些構(gòu)件的某些焊縫難以進行外觀檢查的，如帶墊板管件、液化石油氣鋼瓶環(huán)焊縫、無人孔的小容器合縫、鍋爐聯(lián)箱最后組裝的環(huán)焊縫等等這些焊縫的內(nèi)凹和內(nèi)咬邊，都需要無損探傷才能綜合評定。形狀缺陷是指焊縫金屬表面成形不良或其他原因造成的缺陷，包括咬邊、燒穿，根部內(nèi)凹，收縮溝、弧坑、焊瘤，未焊滿，搭接不良等。共五十五頁共五十五頁咬 邊共五

19、十五頁 焊接(hnji)接頭質(zhì)量檢驗的內(nèi)容和方法焊接(hnji)質(zhì)量檢驗的方法 共五十五頁承壓類特種設(shè)備常用(chn yn)焊接方法焊接接頭焊接缺陷焊接應(yīng)力與變形承壓類特種設(shè)備常用鋼材的焊接共五十五頁 焊接時，焊件各部分冷熱不均，受熱部位(bwi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，未受熱部位(bwi)則產(chǎn)生壓應(yīng)力。當應(yīng)力達到一定程度，焊件出現(xiàn)變形。 對焊焊縫(hn fn)的應(yīng)力分布 邊緣焊的變形焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因： 焊接過程的加熱和冷卻受到周圍冷金屬的拘束，不能自由膨脹和收縮。焊接變形和焊接應(yīng)力共五十五頁 平板焊接過程(guchng)中的應(yīng)力與變形形成原理示意圖焊接(hnji)變形和焊接(hnji)應(yīng)力共五十

20、五頁焊件焊后的變形形式(xngsh)主要有：尺寸收縮、角變形、彎曲變形、扭曲變形、波浪變形等。焊接變形(bin xng)和焊接應(yīng)力共五十五頁 焊接變形與應(yīng)力的危害 工件焊接后產(chǎn)生變形和應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的制造和使用會產(chǎn)生不利影響。產(chǎn)生焊接變形，可能使焊接結(jié)構(gòu)尺寸不合要求，組裝困難，間隙大小不一致等，從而影響焊件質(zhì)量。焊接殘余應(yīng)力會增加工件工作時的內(nèi)應(yīng)力，降低承載能力；還會引起裂紋，甚至(shnzh)造成脆斷，應(yīng)力的存在會誘發(fā)應(yīng)力腐蝕裂紋。殘余應(yīng)力是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，在一定條件下會衰減而產(chǎn)生一定的變形，使構(gòu)件尺寸不穩(wěn)定，所以減少和防止焊接變形和應(yīng)力是十分必要的。焊接變形(bin xng)和焊接應(yīng)力共五十五頁焊接(hnji)應(yīng)力的防止采取合理的裝配和焊接順序，使焊縫能夠自由地收縮，以減少(jinsho)應(yīng)力。而圖b因先焊焊縫1導(dǎo)致對焊縫2的拘束度增加，而增大殘余應(yīng)力。采用小能量，多層焊，也可減少焊縫應(yīng)力。焊前預(yù)熱可以減少工件溫差，也能減少殘余應(yīng)力。共五十五頁熱處理法：焊后進行消除應(yīng)力的退火可消除殘余應(yīng)力。機械法：當焊縫還處在較高溫度時，錘擊(chu j)