單元二 焊接缺陷

第一節(jié)焊接缺陷的概念及分類第二節(jié)焊接缺陷的特征、分布及產(chǎn)生因素第三節(jié)焊接缺陷的危害及對質(zhì)量的影響12/18/20231一、焊接缺陷的概念在焊接接頭中的不連續(xù)性、不均勻性以及其他不健全等欠缺，統(tǒng)稱焊接缺欠。把焊接過程中在焊接接頭中產(chǎn)生的不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的焊接缺欠稱為焊接缺陷。評定焊接接頭質(zhì)量優(yōu)劣的依據(jù)是缺陷的種類、大小、數(shù)量、形態(tài)、分布及危害程度。若接頭中存在著焊接缺陷，一般可通過補(bǔ)焊來修復(fù)，或者采取鏟除焊道后重新進(jìn)行焊接，有時(shí)直接作為判廢的依據(jù)。12/18/20232二、焊接缺陷的分類1．按國家標(biāo)準(zhǔn)分根據(jù)GB6417.1-2005《金屬熔化焊焊縫缺陷分類及說明》，可將熔焊缺陷分為以下六類。第一類裂紋第二類孔穴第三類固體夾雜第四類未熔合及未焊透第五類形狀和尺寸不良第六類其他缺陷以上六類缺陷的具體名稱見表2-1。12/18/2023312/18/202342．按表觀上分分為成型缺陷、接合缺陷和性能缺陷。見表2-212/18/202353．按主要成因分分為構(gòu)造缺陷、工藝缺陷和冶金缺陷。見表2-34．按影響斷裂的機(jī)制分可分為平面缺陷（裂紋、未熔合和線狀?yuàn)A渣等）和體積型缺陷（氣孔和圓形夾渣等）兩大類。12/18/20236對焊接缺陷進(jìn)行分析的目的：一方面是為了找出缺陷產(chǎn)生的原因，從而在材料、工藝、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等方面采取有效措施，以防止缺陷的產(chǎn)生；另一方面是為了在焊接結(jié)構(gòu)（件）的制造或使用過程中，能夠正確地選擇焊接檢驗(yàn)的技術(shù)手段，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)缺陷，從而定性或定量地評定焊接結(jié)構(gòu)（件）的質(zhì)量，使焊接檢驗(yàn)達(dá)到預(yù)期的目的。12/18/20237一、焊接缺陷的特征及分布（一）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)金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的新界面所產(chǎn)生的縫隙，稱之為焊接裂紋。它具有尖銳的缺口和長寬比大的特征，是焊接結(jié)構(gòu)（件）中最危險(xiǎn)的缺陷。1．根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB6417.1-2005對焊接裂紋的特征和分布描述見表2-4，其外觀形貌如圖2-1所示。12/18/2023812/18/2023912/18/2023102．按裂紋的形成溫度來分按裂紋的形成溫度不同可分為熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋三種。（1）熱裂紋在固相線附近的高溫區(qū)形成的裂紋稱為熱裂紋。熱裂紋主要發(fā)生在晶界處。由于裂紋形成的溫度較高，在與空氣接觸的開口部位表面有強(qiáng)烈的氧化特征，呈藍(lán)色或天藍(lán)色，這是區(qū)別與冷裂紋的主要特征。根據(jù)裂紋形成機(jī)理不同，熱裂紋可分為結(jié)晶裂紋、液化裂紋和高溫失塑裂紋。它們的特征及其分布見表2-5。12/18/202311（2）冷裂紋焊接接頭冷卻到Ms溫度以下時(shí)形成的裂紋稱為冷裂紋。其特點(diǎn)是表面光亮，無氧化特征。冷裂紋主要發(fā)生在焊接熱影響區(qū)，對某些合金成分多的高強(qiáng)度鋼來說，也可能發(fā)生在焊縫金屬中。常見的冷裂紋可分為氫致裂紋、淬火裂紋和層狀撕裂。其特征分布見表2-6。（3）再熱裂紋工件焊接后，若再次被加熱（如消除應(yīng)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)生的裂紋稱為再熱裂紋。再熱裂紋多發(fā)生在含Cr、Mo、V的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含Nb的奧氏體不銹鋼以及析出硬化顯著的Ni基耐熱合金材料中。常出現(xiàn)在粗晶區(qū)中，并沿粗大奧氏體晶粒邊界擴(kuò)展，且多半發(fā)生在咬邊等應(yīng)力集中處?？尚纬裳厝酆暇€的縱向裂紋，亦可形成粗晶區(qū)中垂直于熔合線的網(wǎng)狀裂紋。其斷口有被氧化的顏色。12/18/20231212/18/20231312/18/20231412/18/20231512/18/20231612/18/20231712/18/20231812/18/20231912/18/202320（二）孔穴孔穴分為氣孔和縮孔。1．氣孔熔池中的氣泡在凝固時(shí)未能逸出而殘留下來所形成的空穴稱為氣孔。GB6417.1-2005將氣孔分為7種（1）球形氣孔形狀近似球形的單個(gè)氣孔稱為球形氣孔。（2）均布?xì)饪状罅繗饪妆容^均勻的分布在整個(gè)焊縫金屬中，如圖2-7所示。（3）局部密集氣孔在焊縫金屬局部區(qū)域中存在的密集氣孔群，如圖2-8所示。12/18/20232112/18/202322（4）鏈狀氣孔與焊縫軸線平行的一串氣孔，如圖2-9所示。（5）條形氣孔長度與焊縫軸線平行的非球形長氣孔，如圖2-10所示。（6）蟲形氣孔因氣體逸出而在焊縫金屬中產(chǎn)生的一種管狀氣孔穴，其形狀和位置由凝固方式和氣體的來源所決定。通常這種氣孔成串聚集并呈人字形狀。有些蟲形氣孔可能暴露在焊縫表面上，如圖2-11所示。（7）表面氣孔裸露在焊縫表面的氣孔稱為表面氣孔。12/18/20232312/18/2023242．縮孔因熔化金屬在凝固過程中收縮而產(chǎn)生的、殘留在熔池中心部位的孔穴稱為縮孔。GB6417.1-2005將縮孔分為4種。（1）結(jié)晶縮孔結(jié)晶縮孔是焊后冷卻過程中，在焊縫中心形成的長條形收縮孔穴，其中可能有殘留氣體。這種通常在垂直于焊縫表面的方向上出現(xiàn)，如圖2-12所示。（2）微縮孔微縮孔是在顯微鏡下才能觀察到的縮孔。（3）枝晶間微縮孔它是在顯微鏡下觀察到的枝晶微縮孔。（4）弧坑縮孔弧坑縮孔是指焊道末端弧坑中的凹陷。這種凹陷在后續(xù)焊道焊接之前或在施焊后續(xù)焊道時(shí)未被消除，如圖2-13所示。12/18/20232512/18/202326（三）固體夾雜在焊縫金屬中殘留的固體雜物稱為固體夾雜，它包括以下幾類。1．夾渣焊后殘留在焊縫中的熔渣稱為夾渣。其形狀比較復(fù)雜，一般呈線狀、長條狀、顆粒狀及其它形式。主要發(fā)生在坡口邊緣和每層焊道之間圓滑過渡的部位，在焊道形狀發(fā)生突變或存在深溝的部位也容易產(chǎn)生夾渣，如圖2-14所示。在橫焊、立焊或仰焊時(shí)產(chǎn)生的夾渣比平焊多。2．焊劑夾渣殘留在焊縫金屬中的焊劑渣，一般呈線狀、長條狀、顆粒狀及其它形式。12/18/2023273．氧化物夾雜這類夾雜是由于凝固時(shí)殘留在焊縫金屬中的金屬氧化物所造成的。4．皺褶在某些情況下，特別是鋁合金焊接時(shí)，因焊接熔池保護(hù)不善和紊流的雙重影響而產(chǎn)生大量的氧化膜所引起的。5．金屬夾雜來自外部的金屬顆粒殘留在焊縫金屬中所引起的夾雜即金屬夾雜。這種金屬顆?？赡苁擎u（稱之為夾鎢）、銅或其他金屬。12/18/202328（四）未熔合及未焊透1．未熔合在焊縫金屬和母材之間或焊道金屬與焊道金屬之間未完全熔化結(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(shí)間隙很大，與熔渣難以區(qū)別。有時(shí)雖然結(jié)合緊密但未焊合，往往從其末端產(chǎn)生裂紋。未熔合有以下幾種形式：側(cè)壁未熔合、層間未熔合和焊根未熔合，如圖2-15所示。2．未焊透焊接時(shí)，母材金屬之間未被電弧熔合而留下的空隙稱為未焊透。出現(xiàn)在單面焊的坡口根部、雙面焊的坡口鈍邊之間，如圖2-16所示。未焊透會(huì)造成較大的應(yīng)力集中，往往從其末端產(chǎn)生裂紋。12/18/20232912/18/202330（五）形狀和尺寸不良形狀和尺寸不良是指焊縫的外表面形狀或接頭的幾何形狀不良或與原設(shè)計(jì)的幾何形狀出現(xiàn)了偏差。在舊標(biāo)準(zhǔn)中此類缺陷稱之為形狀缺陷。1．咬邊由于焊接參數(shù)選擇不當(dāng)，或操作工藝不正確，沿焊趾的母材部位產(chǎn)生的溝槽或凹陷稱為咬邊，如圖2-17所示。12/18/20233112/18/2023322．焊瘤焊接過程中，熔化金屬流淌到焊縫之外未熔化的母材上所形成的金屬瘤稱為焊瘤。焊瘤存在于焊縫表面，在其下面往往伴隨著未熔合、未焊透等缺陷。由于焊縫填充金屬的堆積，使焊縫的幾何形狀發(fā)生變化而造成應(yīng)力集中如圖2-18所示。12/18/20233312/18/2023343．燒穿和下塌焊接過程中，熔化金屬自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷叫燒穿。燒穿容易發(fā)生在第一道焊道及薄板對接焊縫或管子對接焊縫中。在燒穿的周圍常有氣孔、夾渣、焊瘤及未焊透等缺陷，如圖2-19a）所示。穿過單層焊縫根部，或在多層焊接接頭中穿過前道熔敷金屬塌落的過量焊縫金屬稱為下塌如圖2-19b）所示12/18/20233512/18/2023364．錯(cuò)邊和角變形由于兩個(gè)焊件沒有對正而造成板的中心線平行偏差稱為錯(cuò)邊，如圖2-20a）所示。當(dāng)兩個(gè)焊件沒有對正而造成它們的表面不平行或不成預(yù)定的角度稱為角變形如圖2-20b）、c）所示。12/18/20233712/18/2023385．焊縫尺寸、形狀不合要求焊縫的尺寸缺陷是指焊縫的幾何尺寸不符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，如圖2-21所示。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，如圖2-22所示。12/18/20233912/18/20234012/18/202341（六）其他缺陷1．電弧擦傷在焊縫坡口外部引弧時(shí)產(chǎn)生于母材金屬表面上的局部損傷，如圖2-23所示。如果在坡口外隨意引弧，有可能形成弧坑而產(chǎn)生裂紋，又很容易被忽視、漏檢，導(dǎo)致事故發(fā)生。2．飛濺熔焊過程中，熔化的金屬顆粒和熔渣向周圍飛散的現(xiàn)象稱為飛濺。不同藥皮成分的焊條具有不同的飛濺損失，圖2-24為飛濺較嚴(yán)重的情形。12/18/20234212/18/202343當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)（件）中的焊接缺陷被檢測出來后，除對它進(jìn)行評定并做出處理外，還有一項(xiàng)更為重要的工作，即對該缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。找出產(chǎn)生該缺陷的真正原因，從而“對癥下藥”，以減少或防止此類缺陷的產(chǎn)生。產(chǎn)生焊接缺陷的過程是十分復(fù)雜的，既有冶金的原因，又有應(yīng)力和變形的作用。產(chǎn)生焊接缺陷的原因也是多方面的，對于不同的缺陷而言，影響因素也不相同。歸納起來有材料因素、結(jié)構(gòu)因素和工藝因素三方面，表2-7對鋼材熔焊產(chǎn)生的焊接缺陷進(jìn)行了較為全面的分析。二、焊接缺陷的產(chǎn)生原因12/18/20234412/18/20234512/18/20234612/18/20234712/18/20234812/18/20234912/18/20235012/18/20235112/18/2023522.3焊接缺陷的危害及對質(zhì)量的影響想一想：焊接缺陷怎樣影響焊接結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量？提示：前已述及，焊接缺陷的存在一方面降低了接頭的有效承載面積，另一方面在缺陷的周圍存在有嚴(yán)重的應(yīng)力集中。由此可知，焊接缺陷會(huì)使接頭的靜載強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度降低，脆性破壞傾向增大。12/18/202353近年來焊接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)朝著大型化、高溫、高壓、耐蝕、低溫等方向發(fā)展。與此同時(shí)，所用鋼材的強(qiáng)度和厚度不斷提高。這就給焊接質(zhì)量控制提出了新的研究課題，其中防止和控制焊接缺陷是提高焊接產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在世界上各種焊接結(jié)構(gòu)的失效事故中，除少數(shù)是屬于設(shè)計(jì)不合理、選材不當(dāng)和操作上的問題之外，絕大多數(shù)是由焊接缺陷，特別是焊接裂紋所引起的。一、焊接缺陷的危害12/18/2023541944年10月美國俄亥俄州煤氣公司液化天然氣球形貯罐發(fā)生連鎖式爆炸，造成大火，死亡133人，損失680萬美元。據(jù)英國1965年統(tǒng)計(jì)，壓力容器在役期間發(fā)生破壞的臺(tái)數(shù)共計(jì)132臺(tái)，其中由于存在焊接裂紋而導(dǎo)致破壞的就有118臺(tái)，約占破壞總數(shù)的89.3%。據(jù)日本神奈川縣1978年的調(diào)查，1958~1978年日本共生產(chǎn)各種球罐210臺(tái)，經(jīng)檢查有152臺(tái)出現(xiàn)裂紋，約占球罐總數(shù)的73%。1968年4月，日本德山縣1臺(tái)2226m3的球形貯罐在水壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)生脆斷，整個(gè)球罐斷塌。12/18/2023551979年發(fā)生了3次球罐斷裂事故，破壞球罐8臺(tái)。尤為嚴(yán)重的是1979年12月18日吉林液化石油氣罐站發(fā)生的球罐爆炸事故，大火持續(xù)了23h，燒毀全部建筑和設(shè)備，死傷多人，造成巨大損失。焊接結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的主要原因之一是焊接接頭存在著缺陷。若有的缺陷被漏檢，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在負(fù)載時(shí)發(fā)生破壞事故。所以，在焊接產(chǎn)品的制造過程中應(yīng)采取措施，防止產(chǎn)生焊接缺陷；在焊接產(chǎn)品的使用過程中應(yīng)定期檢驗(yàn)，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，采取補(bǔ)救措施。

12/18/202356焊接缺陷對質(zhì)量的影響，