焊接缺陷分析及對策資料

焊接缺陷分析及對策資料第一頁，共45頁。提綱1.焊接缺陷的分類2.焊接缺陷的成型機理3.焊接缺陷的防止方法第二頁，共45頁。焊接缺陷的存在，將直接影響焊接結(jié)構(gòu)的安全使用。焊接過程中，由于多種原因，往往會在焊接接頭區(qū)域中產(chǎn)生各種焊接缺陷。了解焊接缺陷產(chǎn)生的原因，采取相應的預防措施，避免焊接缺陷的產(chǎn)生，對提高焊接接頭的質(zhì)量至關(guān)重要。第三頁，共45頁。不符合焊接產(chǎn)品使用性能要求的焊接缺欠。焊接缺陷是屬于焊接缺欠中不可接受的那一種缺欠，該缺欠必須經(jīng)過修補產(chǎn)品，使其合格后才能使用，否則就是廢品。焊接缺欠與焊接缺陷焊接缺欠在焊接接頭中因焊接產(chǎn)生的金屬不連續(xù)、不致密或連接不良的現(xiàn)象稱為焊接缺欠。簡稱“缺欠”。焊接缺陷第四頁，共45頁。定位焊缺欠定位焊不當造成的缺欠：1.焊道破裂或未熔合2.定位焊未達到要求就施焊雙面焊道錯開在接頭兩面施焊的焊道中心線錯開。回火色（可觀察到氧化膜）在不銹鋼焊接區(qū)產(chǎn)生的輕微表面氧化。表面鱗片（氧化皮）焊接區(qū)嚴重的表面氧化。焊劑殘留物焊劑殘留物未從表面完全消除。殘渣殘渣未從焊縫表面完全消除。焊接缺欠包括第五頁，共45頁。外部缺陷位于焊縫表面，用肉眼或低倍放大鏡就可以看到。如焊縫形狀尺寸不符合要求（咬邊、焊瘤、燒穿、凹坑與弧坑），表面氣孔和表面裂紋。焊接缺陷分類內(nèi)部缺陷位于焊縫內(nèi)部，這類缺陷可用無損檢驗或破壞性試驗方法。如未焊透、未融合、夾渣、內(nèi)部氣孔和內(nèi)部裂紋。內(nèi)部缺陷按焊縫中位置不同，分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷兩大類。外部缺陷第六頁，共45頁。

金屬熔焊焊縫缺陷按GB/T6417規(guī)定，可分為6大類：

1.裂紋2.孔穴（氣孔、縮孔）3.固體夾渣4.未熔合和未焊透5.形狀缺陷（咬邊、下塌、焊瘤）6.其它缺陷第七頁，共45頁。

在焊接應力及其它致脆因素共同作用下，材料的原子結(jié)合遭到破壞，形成新界面而產(chǎn)生的縫隙稱為裂紋。它具有尖銳的缺口和長寬比大的特征，易引起較高的應力集中，而且有延伸和擴展的趨勢，所以是最危險的缺欠。裂紋第八頁，共45頁。

按產(chǎn)生的部位不同可分為縱向裂紋、橫向裂紋、根部裂紋、弧坑裂紋、熔合區(qū)裂紋以及熱影響區(qū)裂紋等。

1、焊縫縱裂紋2、焊縫橫裂紋3、焊根裂紋4、焊趾裂紋5、焊道下裂紋6、層狀撕裂7、弧坑裂紋第九頁，共45頁。

焊接裂紋是在所有焊接缺陷中，一種危害性最大的缺陷，所以任何等級的焊縫不允許有裂紋存在。裂紋不僅使焊接接頭強度降低而且裂紋的端部應力高度集中，極易擴展，焊件承載后，會導致焊件的破壞。按裂紋產(chǎn)生的部位可分為：縱向裂紋、橫向裂紋、熔合線裂紋、根部裂紋和弧坑裂紋。按裂紋產(chǎn)生的溫度和時間可分為：熱裂紋和冷裂紋兩種。裂紋的分類橫向裂紋縱向裂紋熔合線裂紋根部裂紋弧坑裂紋熱裂紋在焊接過程中，焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到高溫區(qū)產(chǎn)生的焊接裂紋，叫熱裂紋。冷裂紋焊縫在較低溫度（低于200~300℃）下產(chǎn)生的焊接裂紋，叫冷裂紋。冷裂紋有可能延遲幾小時、幾周、甚至更長的時間，故又稱延遲裂紋。第十頁，共45頁。形成熱裂紋的因素1、合金元素：是形成熱裂紋的最本質(zhì)因素。碳、硫、磷。2、結(jié)構(gòu)剛性：結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力叫剛性。剛性大時，不宜變形因，此產(chǎn)生的拉應力增加，容易生成熱裂紋。3、冷卻速度：焊接接頭的冷卻速度越大，越容易產(chǎn)生熱裂紋。4、焊縫成形系數(shù)：成形系數(shù)小的焊縫，其截面形狀窄而深，此時雜質(zhì)都分部在熔池中間，和拉應力處于垂直方向，因此在拉應力作用下，很容易在焊縫中間產(chǎn)生熱裂紋；如果增大焊縫的成形系數(shù)，即形成寬而淺的焊縫，此時雜質(zhì)被排至熔池上方，在同樣的拉應力作用下，卻具有較高的抗熱裂能力。第十一頁，共45頁。冷裂紋產(chǎn)生的原因1、焊接及熱影響區(qū)收縮產(chǎn)生大的應力。2、淬硬的顯微組織。3、焊縫中有相當高的氫濃度。防止冷裂紋的措施1、選用能降低焊縫金屬擴散氫的低氫焊條。2、焊條、焊劑嚴格按要求進行烘干。3、根據(jù)材質(zhì)需要，焊前進行適當預熱。4、焊后立即進行后熱或保溫。5、使用碳當量低的鋼材。6、適當增加焊接電流，減慢焊接速度，可降低冷卻速度。第十二頁，共45頁。按產(chǎn)生的溫度分為三類1.熱裂紋2.冷裂紋3.再熱裂紋根據(jù)裂紋尺寸大小,分為三類1.宏觀裂紋（肉眼可見的裂紋）。2.微觀裂紋（在顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn)）。3.超顯微裂紋（在高倍數(shù)顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn),一般指晶間裂紋和晶內(nèi)裂紋）。尺寸分類溫度分類第十三頁，共45頁。熱裂紋形狀是中間粗兩頭尖，有時有分支的彎曲狀（沿晶而過）。熱裂紋是產(chǎn)生于Ac3線附近的裂紋。一般是焊接完成立即出現(xiàn),常發(fā)生在一次結(jié)晶時，都是沿晶界開裂,又稱結(jié)晶裂紋。裂紋面上有氧化色彩,失去金屬光澤。通常發(fā)生在雜質(zhì)較多的碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼等材料焊縫中。熱裂紋第十四頁，共45頁。結(jié)晶初期結(jié)晶后期焊接過程中熔池金屬中的硫、磷等雜質(zhì)在結(jié)晶過程中形成低熔點共晶，隨著結(jié)晶過程的進行，它們逐漸被排擠在晶界，形成“液態(tài)薄膜”，而在焊縫凝固過程中由于收縮的作用，焊縫金屬受拉應力的作用，“液態(tài)薄膜”不能承受拉應力而產(chǎn)生裂紋。熱裂紋產(chǎn)生原因第十五頁，共45頁。冷裂紋（延遲裂紋）冷裂紋分為氫致裂紋、淬火裂紋和層狀撕裂，通常穿晶而過，也稱“穿晶型”。

再熱裂紋工件焊接后，若再次被加熱（如消除應力熱處理、多層焊或使用過程中被加熱）到一定的溫度而產(chǎn)生的裂紋被稱為再熱裂紋。第十六頁，共45頁。

焊接時,熔池中的氣體（氣泡）未在金屬凝固前逸出,殘留于焊縫之中所形成的空穴稱為氣孔。

氣孔第十七頁，共45頁。缺陷的產(chǎn)生及防止氣孔焊接時，熔池中的氣泡在凝固時未能逸出而殘存下來的所形成的孔穴叫氣孔。氣孔分為密集氣孔、條蟲狀氣孔和針狀（球形）氣孔。氣孔是焊接生產(chǎn)中常見的缺陷，它不僅削弱焊縫的有效工作斷面，同時也會帶來應力集中，降低焊縫金屬的強度和塑性。對于承受動載荷的焊件，氣孔還會降低焊縫的疲勞強度。當各種氣孔的面積相同時，密集氣孔、條蟲狀氣孔比針狀氣孔危害性大。18密集氣孔條蟲狀氣孔針狀（球形）氣孔產(chǎn)生氣孔的因素1、鐵銹和水分：鐵銹含有大量的四氧化三鐵和結(jié)晶水，兩者是在焊縫中形成氣孔的重要因素。2、焊條種類：堿性焊條比酸性焊條對鐵銹和水分的敏感大的多，即在同樣的鐵銹和水分含量下，堿性焊條很容易產(chǎn)生氣孔。3、電流種類和極性：采用未烘干的焊條進行焊接時，使用交流電源，焊縫容易出現(xiàn)氣孔，直流正接氣孔傾向較小，直流反接氣孔傾向最小。采用堿性焊條時，一定要直流反接，若用直流正接，則生成氣孔的傾向顯著增大。4、焊接工藝參數(shù)：焊接速度增大時，熔池存在的時間變短，氣孔傾向增大。焊接電流增大時，焊縫厚度增加，氣體不宜逸出，氣孔傾向增大。電弧電壓升高時（弧長增加），空氣易侵入，氣孔傾向增大。第十八頁，共45頁。氣體可能是熔池從外界吸收的,也可能是焊接冶金過程中反應生成的。氣孔的形成機理常溫固態(tài)金屬中氣體的溶解度只有高溫液態(tài)金屬中氣體溶解度的幾十分之一至幾百分之一,熔池金屬在凝固過程中,有大量的氣體要從金屬中逸出來。當凝固速度大于氣體逸出速度時,就形成氣孔。氣體來源第十九頁，共45頁。產(chǎn)生氣孔的主要原因是母材或填充金屬表面有水、銹、油污等,焊條及焊劑未烘干會增加氣孔量,因為水、銹、油污及焊條藥皮、焊劑中的水分在高溫下分解為氣體,增加了高溫金屬中氣體的含量。焊接線能量過小,熔池冷卻速度大,不利于氣體逸出。焊縫金屬脫氧不足也會增加氣孔。氣孔產(chǎn)生的原因第二十頁，共45頁。

氣孔從表面上看氣孔是減少了焊縫的工作截面,使焊縫疏松,從而降低了接頭的強度及塑性,也是引起應力集中的因素。氫氣孔還可能促成冷裂紋。更危險的是和其他缺欠疊加造成貫穿性缺欠，破壞焊縫的致密性，還會引起泄漏。連續(xù)氣孔則是結(jié)構(gòu)破壞的原因之一。氣孔的危害防止氣孔的措施（1）清除焊絲、工件坡口及其附近表面的油污、鐵銹、水分和雜物。（2）焊條、焊劑,并徹底烘干。（3）用短電弧施焊。（4）焊前預熱,減緩冷卻速度。（5）用偏強的規(guī)范施焊。第二十一頁，共45頁。固體夾渣在焊縫中存在的非金屬夾雜物稱為夾渣。夾渣會降低焊縫的強度，對焊縫的危害性和氣孔所產(chǎn)生的危害性相似，但其夾渣所引起的應力集中比氣孔更為嚴重。但某些焊接結(jié)構(gòu)中，在保證強度和致密性的條件下，也允許存在小尺寸和少數(shù)量的夾渣。22夾渣缺陷的產(chǎn)生及防止產(chǎn)生的原因：1、接頭邊緣有污染存在；定位焊和多層焊時，每層焊后未將熔渣清除干凈（尤其是堿性焊條，脫渣性差）。2、坡口太??；焊條直徑粗；焊接電流過小，熔化金屬和熔渣得不到充分熱量，致使熔渣浮不上來。3、焊接時，焊條的角度和運條方法不恰當，熔渣和鐵水辨認不清，把熔化金屬和熔渣混合在一起。4、焊縫冷卻速度過快，熔渣來不及上浮。5、母材金屬和焊接材料的化學成分不當；如熔池內(nèi)含氧、氮成分較多時，形成夾雜物的機會也就增多。防止措施：1、將坡口及焊層間的熔渣清理干凈，將凹凸處鏟平，然后再施焊。2、適當增大焊接電流，避免熔化金屬冷卻過快。必要時把電弧縮短，并增加電弧停留時間，使熔化金屬和熔渣得到充分加熱。3、根據(jù)熔化情況，隨時調(diào)整焊條角度和運條方法，使熔渣能上浮到鐵水表面，應防止熔渣混雜在熔化金屬中或流到熔池的前面而造成夾渣。4、正確選擇母材和焊條金屬的化學成分。第二十二頁，共45頁。

夾渣可分為金屬夾渣和非金屬夾渣。金屬夾渣:指鎢、銅等金屬顆粒殘留在焊縫之中,習慣上稱為夾鎢、夾銅。（鎢極氬弧焊）。非金屬夾渣:指未熔化的焊條藥皮或焊劑、硫化物、氧化物、氮化物殘留于焊縫之中。（冶金反應不完全,脫渣性不好）。夾渣的形狀較復雜，分布與形狀有單個點狀夾渣,條狀夾渣,鏈狀夾渣和密集夾渣夾渣的分類第二十三頁，共45頁。1.坡口尺寸不合理。2.坡口有污物。3.多層焊時,層間清渣不徹底。4.焊接線能量小。5.焊縫散熱太快,液態(tài)金屬凝固過快。6.焊條藥皮,焊劑化學成分不合理,熔點過高。7.手工鎢極氬弧焊時,電源極性不當,電流密度大,鎢極熔化脫落于熔池中。8.焊條電弧焊時,運條不當，熔渣和鐵水分不清,不利于熔渣上浮。根據(jù)以上原因分別采取對應措施以防止夾渣的產(chǎn)生。夾渣產(chǎn)生的原因點狀夾渣的危害與氣孔相似,帶有尖角的夾渣會產(chǎn)生尖端應力集中,尖端還會發(fā)展為裂紋源頭,危害較大。夾渣的危害第二十四頁，共45頁。

焊道與母材之間或焊道與焊道之間，未完全熔化結(jié)合的部分稱為未熔合。常出現(xiàn)在坡口的側(cè)壁、多層焊的層間及焊縫的根部。這種缺陷有時間隙很大，與熔渣難以區(qū)別，有時雖然結(jié)合緊密但未熔合，往往從未熔合區(qū)末端產(chǎn)生微裂紋。未熔合第二十五頁，共45頁。未熔合第二十六頁，共45頁。1.焊接規(guī)范偏?。娀‰妷骸⒑附与娏骱秃附铀俣龋?。2.焊接電流過小而焊接速度又快。3.焊條角度不正確。4.電弧產(chǎn)生了偏吹現(xiàn)象，（焊條不同心，電磁偏吹）。5.焊縫處于下坡焊位置,母材未熔化時已被鐵水覆蓋。6.坡口或焊道有氧化皮、熔渣等，一部分熱量損失在熔化雜物上，剩余熱量不足以熔化坡口或焊道金屬。7.焊條或焊絲的擺動角度偏離正常位置，熔化金屬流動而覆蓋到電弧作用較弱的未熔化部分，容易產(chǎn)生未熔合。未熔合產(chǎn)生的原因第二十七頁，共45頁。未熔合是一種面積型缺陷,坡口未熔合和根部未熔合對承載截面積的減小都非常明顯,應力集中也比較嚴重,其危害性僅次于裂紋，是危險性較大的缺欠。未熔合的危害采用較大的焊接工藝參數(shù)（焊接規(guī)范）,正確地進行施焊操作,注意坡口部位的清潔和層間清理。防止未熔合的措施第二十八頁，共45頁。缺陷的產(chǎn)生及防止未焊透焊件的間隙或邊緣未被電弧熔化而留下的空隙稱為未焊透。根據(jù)未焊透的部位不同，可分為根部未焊透、邊緣未焊透、層間未焊透等幾種。產(chǎn)生未焊透的部位往往也存在夾渣，連續(xù)性的未焊透是極危險的缺陷。因此，在大部分結(jié)構(gòu)中是不允許存在的。未焊透不僅使力學性能降低，而且未焊透處的缺口和端部形成應力集中點，承載后往往會引起裂紋。29根部未焊透邊緣未焊透層間未焊透產(chǎn)生原因：焊接電流過小，焊接速度過快，坡口小，鈍邊大，根部間隙小，焊條角度不當，焊件有厚的銹蝕，埋弧焊時焊偏。在未焊透中，還有一種叫“未熔合”。這是由于焊件邊緣加熱不充分，熔化金屬都已覆蓋在上面；這樣，焊件邊緣和焊縫金屬未能熔合在一起造成了未熔合。產(chǎn)生原因主要是使用過大的電流，焊條發(fā)紅，以致造成熔化太快。當焊件尚未熔化，焊條的熔化金屬就覆蓋上去了。另外，造成未熔合的原因還有間隙太小、焊速太快、弧長過長等。避免未焊透、未熔合的方法：正確選用和加工坡口尺寸，保證必須的裝配間隙，正確選用焊接電流和焊接速度，認真操作，防止焊偏。第二十九頁，共45頁。1.焊接規(guī)范偏小,熔深淺（電弧電壓、焊接電流和焊接速度）。2.坡口和間隙尺寸不合理,鈍邊太大。3.磁偏吹影響。4.焊條偏芯度太大5.層間及焊根清理不良。未焊透產(chǎn)生的原因第三十頁，共45頁。未焊透的危害之一是減少了焊縫的有效截面積,使接頭強度下降。其次,未焊透引起的應力集中所造成的危害,比強度下降的危害大得多。未焊透嚴重降低焊縫的疲勞強度。未焊透可能成為裂紋源,是造成焊縫破壞的重要原因。未焊透的危害使用較大電流來焊接是防止未焊透的基本方法。另外,焊角焊縫時,用交流代替直流以防止磁偏吹,合理設計坡口并加強清理,用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的產(chǎn)生。防止未焊透的措施第三十一頁，共45頁。缺陷的產(chǎn)生及防止焊縫尺寸不符合要求焊縫外表形狀高低不平，焊波寬窄不齊，尺寸過大或過小，角焊縫單邊以及焊角尺寸不符合要求等。影響：不僅成形難看，而且直接影響接頭質(zhì)量。尺寸過小，降低強度；尺寸過大，浪費焊材、增大變形；余高過大，產(chǎn)生應力集中、減弱結(jié)構(gòu)的工作性能；塌陷量過大，使接頭強度降低。產(chǎn)生原因：焊縫尺寸不符合要求產(chǎn)生的原因很多，但主要是1、焊縫坡口開得不當或裝配間隙不均勻；2、焊接電流過大或過??；3、焊接速度快慢不均或運條不正確，焊條角度太大或太小。防止措施：1、選擇適當?shù)钠驴诮嵌群脱b配間隙，可提高裝配質(zhì)量；2、正確選擇焊接電流；3、合理選擇焊接速度的快慢，正確掌握運條方法，選擇合理的焊條角度。并根據(jù)焊件裝配間隙的變化，隨時調(diào)整焊接速度、焊條角度，以保證焊縫均勻，提高焊工的操作技能和技巧。32第三十二頁，共45頁。形狀缺陷焊縫形狀缺陷是指焊縫外觀質(zhì)量粗糙、魚鱗波高低、寬窄發(fā)生突變，焊縫與母材非圓滑過渡等，角焊縫焊角不對稱以及殘余變形較大等。焊縫尺寸不符要求（焊縫高低不平、寬窄不齊）第三十三頁，共45頁。缺陷的產(chǎn)生及防止咬邊是由于電弧將焊件邊緣熔化，沒有得到熔化焊條的補充所留下的缺口叫咬邊。深的咬邊將削若焊接接頭的強度，往往在咬邊處產(chǎn)生應力集中，導致結(jié)構(gòu)破壞。特別是焊接低合金高強度鋼時，咬邊的邊緣被淬硬，常常是焊接裂紋的發(fā)源地。因此，重要的結(jié)構(gòu)焊接接頭不允許有咬邊缺陷存在，或規(guī)定限制咬邊的缺陷在一定數(shù)值下，如不應超過0。5毫米，否則就應進行補焊。34咬邊深度產(chǎn)生的原因主要是：焊接電流太大及運條速度不當及焊條角度不適等；在角焊時，經(jīng)常是由于焊條角度或電弧長度不適當。在自動焊時，往往是由于焊接速度過快而產(chǎn)生的。防止措施選擇適當?shù)暮附与娏?，保持運條的均勻；角焊時，焊條要采用合適的角度和保持一定的電弧長度。第三十四頁，共45頁。電弧熱量太高,即電流太大,運條速度太小。焊條與工件間角度不正確,擺動不合理,電弧過長,焊接次序不合理等都會造成咬邊。直流焊時電弧的磁偏吹也是產(chǎn)生咬邊的一個原因。某些焊接位置(立、橫、仰)會加劇咬邊。咬邊產(chǎn)生的原因矯正操作姿勢,選用合理的規(guī)范,采用良好的運條方式都會有利于消除咬邊咬邊減小了母材的有效截面積,降低結(jié)構(gòu)的承載能力,同時還會造成應力集中,發(fā)展為裂紋源,導致結(jié)構(gòu)破壞。咬邊的危害防止咬邊的措施第三十五頁，共45頁。缺陷的產(chǎn)生及防止焊瘤在焊接過程中，熔化金屬流到焊縫之外未熔化的母材上所形成的金屬瘤叫焊瘤。焊瘤經(jīng)常出現(xiàn)在立焊、橫焊和仰焊的焊縫中。焊瘤不僅影響焊縫的外觀，而且焊瘤內(nèi)經(jīng)常有未熔合存在，管道內(nèi)的焊瘤除降低強度外，還影響管道內(nèi)的有效流通量。原因：間隙過大，焊條位置和運條方法不正確，焊條熔化太快，焊接速度太慢所造成。措施：正確選擇焊接電流，控制焊條角度，焊件的間隙不能過大，控制弧長，正確掌握運條方法。36第三十六頁，共45頁。

焊接規(guī)范過強、焊條熔化過快、焊條質(zhì)量欠佳(如偏芯),焊接電源特性不穩(wěn)定及操作姿勢不當?shù)榷既菀讕砗噶?。在橫、立、仰位置更易形成焊瘤。電流大，速度過慢，焊件溫度高，液態(tài)金屬結(jié)晶較慢，熔化金屬受重力而下淌，運條角度不當，也容易產(chǎn)生焊瘤。焊瘤產(chǎn)生的原因

焊瘤存在于焊縫表面或管狀的內(nèi)壁，在其下面往往伴隨著未熔合、未焊透，夾渣等缺陷