卓越工程師二焊接質(zhì)量控制和管理焊接缺陷及質(zhì)量控制

1、什么是焊接缺陷？焊接過(guò)程中在焊接接頭中產(chǎn)生的不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的缺陷焊接缺陷是不可避免的焊接缺陷影響焊接接頭質(zhì)量，影響焊接結(jié)構(gòu)的安全使用為了滿足焊接結(jié)構(gòu)的使用要求，把缺陷限制在一定范圍之內(nèi)，使其對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的運(yùn)行不產(chǎn)生危害

2、常見(jiàn)的焊接缺陷焊接缺陷內(nèi)部缺陷焊接裂紋冷裂紋熱裂紋再熱裂紋層狀撕裂應(yīng)力腐蝕裂紋未熔合氣孔夾渣未焊透外部缺陷表面缺陷余高過(guò)高錯(cuò)邊咬邊弧坑表面凹陷根部缺陷根部?jī)?nèi)凹根部凸起3、常見(jiàn)缺陷及防止措施3.1熱裂紋在固相線附近的高溫區(qū)（焊縫和熱影響區(qū)）形成的裂紋，主要發(fā)生在晶界處由于裂紋形成溫度較高，在與空氣接觸的開(kāi)口部位表面有強(qiáng)烈的氧化特征，呈藍(lán)色或天藍(lán)色熱裂紋可分為結(jié)晶裂紋、液化裂紋和高溫失塑裂紋結(jié)晶裂紋：在一次結(jié)晶過(guò)程中，在液相和固相并存的高溫區(qū)，焊縫金屬沿一次結(jié)晶晶界開(kāi)裂的裂紋。拘束度收縮變形Base

Metal結(jié)晶和收縮結(jié)晶金屬熔化金屬3.1熱裂紋液化裂紋：焊接過(guò)程中，在焊接熱循環(huán)作用下，存在于母材近縫區(qū)金屬或多層焊縫的層間金屬晶界的低熔點(diǎn)共晶物局部被重新熔化開(kāi)裂的裂紋。3.1熱裂紋高溫失塑裂紋（DDC）在焊接熱影響區(qū)或多層焊的前一焊道上，因焊接熱循環(huán)的作用致使塑性陡降，在拉應(yīng)力下沿二次結(jié)晶晶界形成的熱裂紋。其裂紋敏感溫度區(qū)域略低于再結(jié)晶溫度。多數(shù)發(fā)生在奧氏體合金的焊縫近縫區(qū)金屬中。3.1熱裂紋LoadStrainconcentrationvoidStrainconcentrationvoidStrainconcentrationVoid熱裂紋影響因素材料因素Mn/S比例不合適P、S、C、Ni、B、Si含量高焊縫金屬中合金元素含量高結(jié)構(gòu)因素焊縫附近剛度較大接頭附近應(yīng)力集中接頭形式不合適工藝因素焊接線能量過(guò)大熔深與熔寬比過(guò)大焊接順序不合適3.1熱裂紋熱裂紋防止措施嚴(yán)格控制焊縫金屬中C、S、P、Si含量；采用低氫型焊接材料；焊前預(yù)熱，減小焊后冷卻速度；控制焊縫形狀（寬、深比B/T＞1）；合理的焊接參數(shù)，適當(dāng)減少焊接熱輸入，必要時(shí)采用多層焊；在焊縫中加入Mo、W、Ti等細(xì)化晶粒的合金元素；改善坡口形式，減少拘束度和應(yīng)力3.1熱裂紋3.2冷裂紋焊接接頭在焊后冷卻到較低溫度下（200°C左右）所產(chǎn)生的焊接裂紋；冷裂紋是由焊接應(yīng)力、淬硬組織、擴(kuò)散氫三個(gè)因素共同作用下形成的；表面光亮，無(wú)氧化特征；主要發(fā)生在低合金鋼、中合金鋼、高碳鋼的焊接熱影響區(qū)，個(gè)別情況下也出現(xiàn)在焊縫金屬中；冷裂紋可分為氫致裂紋、淬硬脆化裂紋和低塑性脆化撕裂3.2冷裂紋ThesensitivityofeachMicrostructureforColdcracksThekindofMicrostructureHighSensitivityLow冷裂紋影響因素材料因素材料淬硬傾向大含氫量高結(jié)構(gòu)因素焊縫附近剛度較大接頭附近應(yīng)力集中接頭形式不合適工藝因素焊接線能量過(guò)小或過(guò)大未使用低氫焊條焊前未預(yù)熱，焊后沒(méi)有保溫3.2冷裂紋冷裂紋防止措施：采用低氫型焊接材料，并進(jìn)行嚴(yán)格烘干；焊前預(yù)熱、降低冷卻速度；選用合適的焊接工藝參數(shù)；清理焊接區(qū)域水分、油污、鐵銹；采用后熱，使其緩冷，降低焊接接頭特別是熱影響區(qū)中擴(kuò)散氫含量；進(jìn)行焊后熱處理；改進(jìn)接頭設(shè)計(jì)降低拘束應(yīng)力。3.2冷裂紋3.3再熱裂紋工件焊后再次被加熱（如焊后熱處理、多道焊）到一定的溫度而產(chǎn)生的裂紋；常出現(xiàn)在粗晶區(qū)，并沿粗大奧氏體晶粒邊界擴(kuò)展；發(fā)生在含Cr、Mo、V的低合金鋼，含Nb的奧氏體不銹鋼以及Ni基耐熱合金中；斷口有被氧化的顏色。再熱裂紋影響因素材料因素材料強(qiáng)度過(guò)高母材Cr、Mo、V、Nb含量高粗晶區(qū)組織未改善結(jié)構(gòu)因素結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理坡口不合適工藝因素回火溫度不夠，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)焊趾咬邊或余高過(guò)高焊接順序不對(duì)3.3再熱裂紋再熱裂紋防止措施：提高預(yù)熱溫度和采用焊后熱處理，減小焊接應(yīng)力和過(guò)熱區(qū)硬化；選用高塑性低強(qiáng)度匹配的焊接材料；改進(jìn)接頭設(shè)計(jì)，盡量不采用高拘束度的焊接接頭；消除一切可能引起應(yīng)力集中的表面缺陷，修磨焊縫呈圓滑過(guò)渡；正確選擇焊后熱處理溫度。3.3再熱裂紋定義：焊接時(shí)沿著鋼板軋制方向平行于表面呈階梯狀“平臺(tái)”開(kāi)裂的冷裂紋3.4層狀撕裂3.5氣孔焊接時(shí)，熔池中的氣泡在凝固時(shí)未能逸出而殘留下來(lái)所形成的空穴；氣孔有時(shí)單個(gè)出現(xiàn)，有時(shí)以成堆的形式聚集在局部區(qū)域氣孔影響因素材料因素熔渣的影響焊件或焊材不清潔焊條偏心，藥皮脫落結(jié)構(gòu)因素仰焊、橫焊易產(chǎn)生氣孔工藝因素焊速太快電弧電壓太高保護(hù)氣體流量不合適焊條、焊劑未烘干3.5氣孔氣孔防止措施：烘干焊條或焊劑清理工件焊接區(qū)域調(diào)整焊劑化學(xué)成分改變?nèi)墼扯群竸└采w充分優(yōu)化焊接工藝參數(shù)3.5氣孔3.6夾渣和夾鎢夾渣焊后殘留在焊縫中的熔渣；主要發(fā)生在坡口邊緣和每層焊道之間非圓滑過(guò)度的部位夾鎢在進(jìn)行鎢極氬弧焊時(shí)，鎢極不慎與熔池接觸，使鎢的顆粒進(jìn)入焊縫金屬中而造成夾渣影響因素材料因素焊條和焊劑的脫氧、脫硫效果不好渣的流動(dòng)性差?yuàn)A渣中含硫量高結(jié)構(gòu)因素仰焊、立焊易產(chǎn)生夾渣工藝因素電流大小不合適焊條藥皮成塊脫落清渣不干凈操作不當(dāng)3.6夾渣夾渣防止措施：調(diào)整焊接方式，嚴(yán)格控制焊條角度和焊絲位置，改善焊道成形；選擇脫渣性好的焊劑，每層應(yīng)認(rèn)真清除焊渣；調(diào)整焊接參數(shù)：減慢焊接速度，增加焊接電流；適當(dāng)加大焊接坡口角度。3.6夾渣3.7其它焊接缺陷缺

陷防止措施未焊透、未熔合增加焊接電流，減小焊接速度選擇合適坡口，調(diào)整焊接位置余高過(guò)大提高焊接電壓熔深不夠提高焊接電流，降低焊接電壓表面凹陷精煉焊劑選擇適當(dāng)焊絲尺寸弧坑調(diào)整送絲速度咬邊（對(duì)接）調(diào)整焊接電壓,選擇合適焊劑使用引弧板和引出板咬邊（角接）調(diào)整焊接電壓選擇正確焊絲位置和焊接參數(shù)根部凸起/根部凹陷選擇正確焊絲位置選擇合適焊接參數(shù)4.1殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因焊接過(guò)程的局部加熱，導(dǎo)致構(gòu)件溫度分布不均，從而造成各處的膨脹和收縮變形差別較大；由于接頭形式的不同，使得焊接熔池內(nèi)熔化金屬的散熱條件有所差別，使得熔化金屬凝固時(shí)產(chǎn)生的收縮量不同焊接熱循環(huán)作用下的組織相變；焊前加工工藝的影響，如焊前構(gòu)件經(jīng)歷冷沖壓等工藝而具有較高的內(nèi)應(yīng)力。4

焊接殘余應(yīng)力4

焊接殘余應(yīng)力4.2焊接熱循環(huán)棒C4

焊接殘余應(yīng)力4.3三根棒模型研究焊接殘余應(yīng)力的基本假定

金屬在焊接過(guò)程中，其熱物理性能和力學(xué)性能都會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化，為了分析問(wèn)題方便，做以下假定：平截面假定：假定構(gòu)件在焊前所取的截面，焊后保持平面金屬性質(zhì)不變的假定：假設(shè)金屬的熱物理性能在焊接過(guò)程中不隨溫度變化焊接溫度場(chǎng)假定：假設(shè)焊接溫度場(chǎng)不隨時(shí)間改變金屬屈服強(qiáng)度假定

低碳鋼屈服強(qiáng)度與溫度的關(guān)系屈服強(qiáng)度（MPa）溫度℃600℃500℃實(shí)際曲線簡(jiǎn)化曲線屈服溫度一般約束狀態(tài)（1）低溫加熱（0℃→

→0℃）－＋＋棒s棒c總應(yīng)變棒s應(yīng)力應(yīng)變棒c應(yīng)力應(yīng)變?nèi)袅ζ胶獍魋應(yīng)力棒c應(yīng)力（2）中溫加熱（0℃→

→0℃）一般約束狀態(tài)加熱階段冷卻階段BC棒s棒c棒s棒c棒s棒c三根棒力平衡冷卻階段CD棒s棒c三根棒力平衡棒s棒c（3）高溫加熱（0℃→

→0℃）加熱階段冷卻階段PQ冷卻階段QR冷卻階段RG一般約束狀態(tài)棒s棒c4.4殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響降低結(jié)構(gòu)承載強(qiáng)度：

對(duì)塑性材料影響不明顯，但三軸拉應(yīng)力時(shí)有不利影響；

對(duì)脆性材料有不利影響。影響結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性

由于殘余應(yīng)力的不穩(wěn)定性造成構(gòu)件的尺寸不穩(wěn)定。降低抗應(yīng)力腐蝕性能：

應(yīng)力腐蝕是拉應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)共同作用下產(chǎn)生的裂紋

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焊接殘余應(yīng)力4.5殘余應(yīng)力評(píng)估技術(shù)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)數(shù)值模擬技術(shù)—熱彈塑性有限元法

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焊接殘余應(yīng)力4.6預(yù)防和控制殘余應(yīng)力設(shè)計(jì)原則

1、盡量減小焊縫截面尺寸，在保證強(qiáng)度的前提下盡量減少填充金屬的數(shù)量；

2、將焊縫盡量布置在最大工作應(yīng)力區(qū)之外；4

焊接殘余應(yīng)力板材內(nèi)部平行表面的非金屬夾層多道焊接造成的熱應(yīng)變脆化垂直與板平面的應(yīng)力（殘余應(yīng)力）層狀撕裂，焊道下裂紋3、盡量防止焊縫密集、交叉；

4、采取局部降低剛度的方法，如開(kāi)應(yīng)力釋放槽；

5、采用合理的接頭形式，盡量避免采用搭接接頭；對(duì)接角接（a）Axialresidualstresses（b）Hoopresidualstresses4.6預(yù)防和控制殘余應(yīng)力工藝措施

1、合理地選擇裝配焊接順序：盡量使焊縫在剛度較小的情況下焊接，盡量先焊收縮量大的焊縫，后焊收縮量小的焊縫；先焊工作時(shí)受力大的焊縫；2、用局部加熱法減小應(yīng)力：采用局部加熱的方法使焊接處在焊前產(chǎn)生一個(gè)與焊后收縮方向相反的變形；3、錘擊：錘擊可以使焊縫得到延展，從而降低峰值拉應(yīng)力；

4、振動(dòng)焊接

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焊接殘余應(yīng)力焊后消應(yīng)力措施

1、整體熱處理或局部熱處理；2、表面沖擊（噴丸、超聲沖擊）；3、振動(dòng)時(shí)效；4、機(jī)械應(yīng)力釋放法；5、溫差拉伸法

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焊接殘余應(yīng)力機(jī)械消除應(yīng)力過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系1235、焊接變形5.1焊接變形分類縱向收縮變形：構(gòu)件沿焊縫方向發(fā)生的變形橫向收縮變形：構(gòu)件在垂直于焊縫方向上發(fā)生的變形縱向變形結(jié)果橫向變形結(jié)果彎曲變形：構(gòu)件焊后整體發(fā)生的彎曲焊縫的縱向收縮引起的