焊接工藝焊接缺陷與檢驗

1、焊接工藝焊接缺陷與檢驗第1頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五常見的焊接缺陷及質量檢驗一、常見的焊接缺陷 （一）裂紋第2頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五 （二）氣孔 （三）夾渣 （四）未熔合 未焊透第3頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五 （五）形狀缺陷 咬邊 焊瘤 燒穿和下塌 第4頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五 錯邊和角變形 焊縫尺寸不合要求 （六）其它缺陷 電弧擦傷、嚴重飛濺、母材表面撕裂、磨鑿痕、打磨過量等。第5頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五第6頁，共39頁，2022年，5

2、月20日，2點39分，星期五 (2)區(qū)域偏析 (3)層狀偏析 2.偏析的控制措施 (1)細化焊縫晶粒 (2)適當降低焊接速度4.1.2 夾雜的形成及控制 1.夾雜的形成及控制 (1)夾渣； (2)反應形成新相 氧化物；氮化物；硫化物； (3)異種金屬。 第7頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五 2.夾雜的危害 1)影響接頭力學性能 大于臨界尺寸的夾雜物使接頭力學性能下降; 2)以硅酸鹽形式存在的氧化物數(shù)量的增加,總含氧量增加,使焊縫的強度、塑性、韌性明顯下降； 3)氮化物使焊縫的硬度增高，塑性、韌性急劇下降； 4)FeS是形成熱裂紋及層狀撕裂的重要原因之一。 3. 夾雜的防

3、止措施 1)合理選用焊接材料,充分脫氧、脫硫; 2)選用合適的焊接參數(shù)，以利熔渣浮出； 3)多層焊時，注意清除前一層焊渣； 4)焊條適當擺動，以利于熔渣的浮出； 5)保護熔池，防止空氣侵入。第8頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五4.2 焊縫中的氣孔4.2.1 氣孔的分類及形成機理 1.析出型氣孔 如N2、H2氣孔； 2.反應型氣孔 如CO、H2O氣孔。 FeO + C = CO+ Fe3.2.2 氣孔形成的影響因素 1.氣體的來源 (1)空氣侵入； (2)焊接材料吸潮； (3)工件、焊絲表面的物質； (4)藥皮中高價氧化物或碳氫化合物的分解。第9頁，共39頁，2022年，

4、5月20日，2點39分，星期五 2.母材對氣孔的敏感性 (1)氣泡的生核 現(xiàn)成表面 (2)氣泡的長大必須滿足 ph po Ph-氣泡內部壓力: Ph = PH2 + PN2 + PCO + PH2O + Po-阻礙氣泡長大的外界壓力: PO = Pa + PM + PS + PC Ph Pa + Pc = 1 + 現(xiàn)成表面存在的氣泡呈橢圓形，增大了曲率半徑，降低了外界的附加壓力PC ，氣泡容易長大。第10頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五0 (3)氣泡的上浮 必須滿足 VC (氣泡上浮速度) R（熔池結晶速度） COS = 上浮速度 VC = 第11頁，共39頁，2022

5、年，5月20日，2點39分，星期五 3.焊接材料對氣孔的影響 （1）熔渣氧化性的影響 氧化性強,易出現(xiàn) CO 氣孔；還原性增大，易出現(xiàn) H2 氣孔； （2）焊條藥皮和焊劑的影響 堿性焊條含有 CaF2 ,焊劑中有一定量的氟石和多量 SiO2 共存時， 有利于消除氫氣孔； （3）保護氣體的影響 混合氣體的活性氣體有利于降低氫氣孔； （4）焊絲成分的影響 希望形成充分脫氧的條件，以抑制反應性氣體的生成。 4.焊接工藝對氣孔的影響 (1)焊接工藝 工藝正常，則電弧穩(wěn)定，保護效果好； (2)電源的種類 直流反接，降低電壓； (3)熔池存在時間 時間增加，則對反應性氣體排出有利；對析出性氣體，既要考慮溶

6、入，又要考慮逸出。第12頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五4.2.3 氣孔的防止措施 1.消除氣體來源 加強焊接區(qū)保護；焊材防潮烘干；適當?shù)谋砻媲謇怼?2.正確選用焊接材料 適當調整熔渣的氧化性； 焊接有色金屬時，在Ar中加入CO2或O2要適當； CO2焊時，必須用合金鋼焊絲充分脫氧； 有色金屬焊接時，要充分脫氧，如焊純鎳時，用含鋁和鈦的焊絲或焊條；焊純銅時，用硅青銅或磷青銅焊絲。 3.控制焊接工藝條件 焊接時規(guī)范要保持穩(wěn)定； 盡量采用直流短弧焊，反接； 鋁合金TIG焊時，線能量的選擇要考慮氫的溶入和排除； 鋁合金MIG焊時，常采取增大熔池存在時間，以利氣泡逸出。第13頁

7、，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五4.3 焊接裂紋4.3.1 焊接裂紋的種類和特征第14頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五第15頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五 1.焊接熱裂紋 (1)結晶裂紋 (2)高溫液化裂紋 (3)多邊化裂紋第16頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五 2.焊接冷裂紋 (1)延遲裂紋 (2)淬硬脆化裂紋 (3)低塑性脆化裂紋第17頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五 3.其他裂紋 (1)再熱裂紋 (2)層狀裂紋 第18頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星

8、期五 (3)應力腐蝕裂紋第19頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五 結晶裂紋的形成與控制 1.結晶裂紋的形成機理 熔池結晶三階段： 液固階段；固液階段；完全凝固階段。固液階段（脆性溫度區(qū)）有可能產生裂紋。認為： 較小時，曲線1 e0 pmin , es0,不會產生裂紋； 較大時，曲線3 e0 pmin，es0，產生結晶裂紋； 按曲線2變化時， e0 pmin，es 0 ，處于臨界狀態(tài)。為防止結晶裂紋的產生，應滿足如下條件： CST(臨界應變增長率）第20頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五 2.結晶裂紋的影響因素 (1)冶金因素 1)結晶溫度區(qū)間 (剖面

9、線區(qū)間為脆性溫度區(qū)間） 結晶溫度區(qū)間越大，脆性溫度區(qū)也 大，裂紋傾向也大。 第21頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五 2)低熔共晶的形態(tài) 當液態(tài)第二相在固態(tài)基體相的晶粒交界處存在時，其分布受表面張力（GB） 和界面張力（LS）的平衡關系所支配。 = 2 COS ； COS 2 若 2 = , = 0 o,易形成液態(tài)薄膜； 2 , 0 o,不易形成液態(tài)薄膜； 增大低熔共晶物的表面張力，有利于避免結晶裂紋。 3)一次結晶的組織 晶粒粗大，柱狀晶的方向越明顯，越易形成液態(tài)薄膜，導致結晶裂紋。 4)合金元素的種類促進結晶裂紋的有：硫、磷、碳和鎳等；抑制結晶裂紋的有：錳、硅、鈦、鋯

10、和稀土等。 (2)應力因素.液態(tài)薄膜和應力是引起結晶裂紋的根本條件! 第22頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五3.結晶裂紋的防止措施 (1)冶金措施 1)嚴格控制焊材中的硫、磷和碳的含量； 2)改善焊縫的一次結晶組織,細化晶粒(加入Mo、V、Ti、Nb、Zr和稀土等元素；焊接奧氏體不銹鋼時加入Cr、Mo、V等鐵素體形成元素）； 3)限制熔合比(尤其是一些易向焊縫轉移某些有害雜質的母材)； 4)利用“愈合作用”（如鋁合金焊接）。 (2)應力控制 1)選擇合理的接頭形式（使熔深減?。?； 2)確定合理的焊接順序 (盡量使焊縫處于較小的剛度下焊接)； 3)確定合理的焊接參數(shù)（適當

11、增加焊接電流，使冷速下降；預熱等）。第23頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五4.3.3 延遲裂紋的形成與控制 延遲裂紋又稱“氫致裂紋”，常出現(xiàn)在中、高碳鋼及合金結構鋼的焊接接頭中。 1.延遲裂紋的形成機理 延遲裂紋主要決定三大因素： (1)氫的行為及作用 擴散氫在延遲裂紋的產生過程中起到至關重要的作用。 1)氫致延遲開裂機理 2)氫的擴散行為對致裂部位的影響 氫在奧氏體中的溶解度大，擴散速度小； 氫在鐵素體中的溶解度小，擴散速度大。第24頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五 (2)材料淬硬傾向的影響 1)淬火形成淬硬的馬氏體組織 2)淬硬形成更多的晶格

12、缺陷 (3)接頭應力狀態(tài)的影響 1)應力的種類 熱應力；組織應力；結構應力。 將上述三種應力的綜合作用統(tǒng)稱為拘束應力。 2)拘束度與拘束應力 拘束度R定義為： 單位長度焊縫 在根部間隙產生單位長度的彈性位 移所需要的力。 = E 第25頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五 從上式可以看出：改變拘束距離L和板厚h，可以調節(jié)拘束度R的大小。 L， h 時，則R。 R增大到一定程度就產生裂紋。此值稱為臨界拘束度Rcr 。 Rcr越大，接頭的抗裂性越強。 Rcr可作為冷裂紋敏感性的判據(jù)，即產生了裂紋的條件是： R Rcr R反映了不同焊接條件下焊接接頭所承受的拘束應力。開始出現(xiàn)裂紋

13、時的應力稱為臨界拘束應力cr 。cr可作為冷裂紋敏感性的判據(jù)，即產生了裂紋的條件是： cr 2.延遲裂紋的防止措施 第26頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五 (1)冶金措施 1)改進母材的化學成分，采用低碳多種微量元素的強化方式;精煉降低雜質； 2)嚴格控制氫的來源，工件表面清理；焊條、焊劑烘干； 3)適當提高焊縫韌性，在焊縫金屬中適當加入鈦、鈮、鉬、釩、硼、碲及稀土等微量元素,提高焊縫的韌性；用奧氏體不銹鋼焊條焊接易淬硬鋼； 4)選用低氫的焊接材料； (2)工藝措施 1)適當預熱； 2)嚴格控制焊接熱輸入，除預熱外可適當增大熱輸入； 3)焊后低溫熱處理，使氫逸出，降低殘

14、余應力，改善組織； 4)采用多層焊，使前層的氫逸出，并使前層熱影響區(qū)淬硬層軟化； 5)合理安排焊縫及焊接次序。 第27頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五4.3.4 其他裂紋的形成與控制 1.再熱裂紋 (1)再熱裂紋的形成機理 再熱裂紋的產生是由晶界優(yōu)先滑動導致微裂(形核)而發(fā)生和擴展的。在焊后熱處理時，殘余應力松弛過程中，粗晶區(qū)應力集中部位的晶界滑動變形量超過了該部位的塑性變形能力，就會產生再熱裂紋。即 e ecr 晶內沉淀強化理論 再熱使晶內析出碳、氮化物，使晶內強化。 晶界雜質析集弱化理論 再熱使P、S、Sb、Sn、As等雜質向晶界析集。 蠕變斷裂理論（楔形開裂模型）

15、 點陣空位在應力和溫度作用下，能發(fā)生運動，聚集到一定數(shù)量，在應力作用下，晶界的接合面會遭到破壞，直至擴大而形成裂紋。 (2)再熱裂紋的防止措施 優(yōu)先選用含沉淀強化元素少的鋼種；嚴格限制母材和焊縫中的雜質含量；避免過大的熱輸入使晶粒粗化；預熱和后熱；增大焊縫的塑性和韌性；盡量降低殘余應力。 第28頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五 2.層狀撕裂 (1)層狀撕裂的形成機理 平行于軋制方向夾雜物的存在； 母材的性能（塑性、韌性）； Z向拘束應力。 (2)層狀撕裂的防止措施 選用抗層狀撕裂的鋼材； 減小Z向應力和應力集中（右上圖）。第29頁，共39頁，2022年，5月20日，2點

16、39分，星期五 3. 應力腐蝕裂紋 (1)應力腐蝕裂紋的形成機理 活化通路應力腐蝕理論 腐蝕電池是一個大陰極和小陽極時，陽極的溶解表現(xiàn)為集中性腐蝕損傷。只要在腐蝕過程中，陽極始終保持處于裂紋的最前沿，裂尖處于活化狀態(tài)而不鈍化，其他部位（裂紋端口兩側）發(fā)生鈍化，使裂紋一直向前發(fā)展至斷裂。 應變產生活性通道應力腐蝕理論 鈍化膜在應力作用下發(fā)生破裂，裂隙處暴露出的金屬成為活化陽極，發(fā)生溶解。在腐蝕過程中，鈍化膜破裂的同時又發(fā)生破裂鈍化膜的修復，在連續(xù)發(fā)生應變的條件下修復的鈍化膜又遭破壞，以致繼續(xù)腐蝕。 氫脆型應力腐蝕理論 腐蝕電池是一個由小陰極和大陽極組成，大陽極發(fā)生溶解，表現(xiàn)為均勻性腐蝕。小陰極區(qū)

17、如果發(fā)生析氫，將發(fā)生陰極區(qū)金屬的集中性滲氫，在持續(xù)載荷作用下導致脆斷，應力腐蝕就會順利發(fā)展。隨著裂紋的出現(xiàn)，裂紋尖端應力、應變集中促進金屬中氫向裂紋尖端聚集，最終導致應力腐蝕斷裂。 第30頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五 (2)應力腐蝕裂紋的防止措施 應力腐蝕的形成必須同時具有三個因素的綜合作用,即材質、介質和拉應力。因此，應從三方面的影響因素著手，從產品結構設計、安裝施工到生產管理各個環(huán)節(jié)采取相應措施。 材質：采用雙相不銹鋼材料； 選擇與母材的化學成分和組織基本一致的焊材（等成分原則）； 介質：必須具體考慮介質對母材腐蝕的可能性，為了減輕或消除特定環(huán)境中的應力腐蝕，可

18、在介質中加緩蝕劑。也可采用表面處理技術，在構件表面制備犧牲陽極涂層或物理隔離涂層。 應力：焊接過程中選擇合理的接頭形式，減小殘余應力； 正確的焊接順序； 合適的熱輸入； 焊后可以進行進行消除應力處理。第31頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五二、焊接質量檢驗（一）焊前檢查 母材與焊材；設備與工裝；坡口制備；焊工水 平；技術文件等；（二）施焊過程中的檢查 焊接及相關工藝執(zhí)行情況；設備運行 情況；結構與焊縫尺寸等；（三）焊后檢驗 是保證合格產品出廠的重要措施 外觀檢查； 內部探傷：射線探傷、 射線探傷、超聲波探傷等； 近表面缺陷探傷：磁粉探傷、滲透探傷等； 滲漏檢測：水壓試驗、

19、氣壓試驗等； 力學性能測試； 金相組織分析； 化學成分分析。第32頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五三、無損探傷 1.射線探傷 探傷原理 x 射線和射線都是電磁波，它們的波長很短（ x 射線為，射線為0.0003-0.1nm)，能透過不透明的物體（包括金屬），并能使膠片感光。將感光后的膠片顯影后，能看到材料內部結構和缺陷相對應黑度不同的圖像，從而觀察材料內部缺陷的方法稱作射線照相探傷法。 射線穿過某一物質時，由于物質對射線吸收與散射的作用，其能量便被物質所衰減，被衰減能量的大小與射線的波長和被穿透物質的化學成分有關。由感光底片不同的黑度，來觀察物體內部缺陷存在的部位性質和

20、程度，以判斷缺陷。第33頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五 射線照相質量標準 根據(jù)缺陷的性質和數(shù)量，焊縫質量分為四級： 級焊縫內應無裂紋、未熔合、未焊透和條狀夾渣； 級焊縫內應無裂紋、未熔合和未焊透； 級焊縫內應無裂紋、未熔合以及雙面焊和加墊板的單面焊中的未焊透； 級為焊縫缺陷超過級者。 各種射線照相的性能比較 x射線 射線 1.焊縫厚度小于50mm時，靈敏 1.穿透能力大,能透照300mm鋼板； 度比射線高； 2.設備輕便,操作簡便； 2.透照時間短,速度快； 3.不需要電源,可野外作業(yè)； 3.設備復雜,費用大； 4.環(huán)形焊縫可采用一次曝光； 4.穿透能力??； 5.透視

21、時間長； 5.適用厚度30-50mm。 6.適用厚度50mm以上。第34頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五 2.超聲波探傷 超聲波探傷是利用超聲波（頻率超過20000Hz的聲波)能傳入金屬材料的深處，并在不同介質的界面上能發(fā)生反射的特點來檢查焊縫缺陷的一種方法。超聲波探傷常使用的頻率為2-5MHZ。 探傷時，探頭發(fā)射的超聲波通過探測表面的耦合劑（常用的有機油、變壓器油、甘油、化學漿糊、水及水玻璃等）將超聲波傳入工件，超聲波在工件里傳播，當遇到缺陷和工件底面時，就反射到探頭。由探頭將超聲波變成電訊號，并傳到接收放大電路中，經(jīng)檢波后至示波管的垂直偏轉板上，在掃描線上出現(xiàn)缺陷反射波（傷波）和底面反射波。通過始波和缺陷之間的距離便可確定缺陷距工件表面的距離。同時通過缺陷波的高度也可估算出缺陷的大小。 超聲波探傷的應用范圍 應用范圍很廣，不但應用于原材料板、管、型材的探傷，也用于加工產品鍛件、鑄件、焊接件的探傷。 在探傷時，要注意選擇探頭的掃描方法，要使聲波盡量能垂直地射向缺陷面。 第35頁，共39頁，2022年，5月20日，2點39分，星期五 3.磁粉探傷 磁粉探傷是對鐵磁性焊件露在表面或接近表面的缺陷進行無損探傷的方法。 探傷原理 磁粉探傷是利用被磁化了的焊件在缺陷處產生漏磁來發(fā)現(xiàn)缺陷的。當焊件被