焊接缺陷及防治措施

焊接缺陷及防治措施外觀(guān)缺陷(表面缺陷)外觀(guān)缺陷(表面缺陷)是指不用借助于儀器,從工件表面可以發(fā)現(xiàn)的缺陷。常見(jiàn)的外觀(guān)缺陷有咬邊、焊瘤、凹陷及焊接變形等,有時(shí)還有表面氣孔和表面裂紋。單面焊的根部未焊透等。咬邊：咬邊是指沿著焊趾,在母材部分形成的凹陷或溝槽,它是由于電弧將焊縫邊緣的母材熔化后沒(méi)有得到熔敷金屬的充分補(bǔ)充所留下的缺口。產(chǎn)生咬邊的主要原因是電弧熱量太高,即電流太大,運(yùn)條速度太小所造成的。焊條與工件間角度不正確,擺動(dòng)不合理,電弧過(guò)長(zhǎng),焊接次序不合理等都會(huì)造成咬邊。直流焊時(shí)電弧的磁偏吹也是產(chǎn)生咬邊的一個(gè)原因。某些焊接位置(立、橫、仰)會(huì)加劇咬邊。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(shí)還會(huì)造成應(yīng)力集中,發(fā)展為裂紋源。矯正操作姿勢(shì),選用合理的規(guī)范,采用良好的運(yùn)條方式都會(huì)有利于消除咬邊。焊角焊縫時(shí),用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬邊。焊瘤：焊瘤焊縫中的液態(tài)金屬流到加熱不足未熔化的母材上或從焊縫根部溢出,冷卻后形成的未與母材熔合的金屬瘤即為焊瘤。焊接規(guī)范過(guò)強(qiáng)、焊條熔化過(guò)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(shì)不當(dāng)?shù)榷既菀讕?lái)焊瘤。在橫、立、仰位置更易形成焊瘤。焊瘤常伴有未熔合、夾渣缺陷,易導(dǎo)致裂紋。同時(shí),焊瘤改變了焊縫的實(shí)際尺寸,會(huì)帶來(lái)應(yīng)力集中。管子內(nèi)部的焊瘤減小了它的內(nèi)徑,可能造成流動(dòng)物堵塞。防止焊瘤的措施:使焊縫處于平焊位置,正確選用規(guī)范,選用無(wú)偏芯焊條,合理操作。凹陷：凹坑指焊縫表面或背面局部的低于母材的部分。凹坑多是由于收弧時(shí)焊條(焊絲)未作短時(shí)間停留造成的(此時(shí)的凹坑稱(chēng)為弧坑),仰立、橫焊時(shí),常在焊縫背面根部產(chǎn)生內(nèi)凹。凹坑減小了焊縫的有效截面積,弧坑常帶有弧坑裂紋和弧坑縮孔。防止凹坑的措施:選用有電流衰減系統(tǒng)的焊機(jī),盡量選用平焊位置,選用合適的焊接規(guī)范,收弧時(shí)讓焊條在熔池內(nèi)短時(shí)間停留或環(huán)形擺動(dòng),填滿(mǎn)弧坑。未焊滿(mǎn)：未焊滿(mǎn)是指焊縫表面上連續(xù)的或斷續(xù)的溝槽。填充金屬不足是產(chǎn)生未焊滿(mǎn)的根本原因。規(guī)范太弱,焊條過(guò)細(xì),運(yùn)條不當(dāng)?shù)葧?huì)導(dǎo)致未焊滿(mǎn)。未焊滿(mǎn)同樣削弱了焊縫,容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,同時(shí),由于規(guī)范太弱使冷卻速度增大,容易帶來(lái)氣孔、裂紋等。防止未焊滿(mǎn)的措施:加大焊接電流,加焊蓋面焊縫。燒穿：燒穿是指焊接過(guò)程中,熔深超過(guò)工件厚度,熔化金屬自焊縫背面流出,形成穿孔性缺。焊接電流過(guò)大,速度太慢,電弧在焊縫處停留過(guò)久,都會(huì)產(chǎn)生燒穿缺陷。工件間隙太大,鈍邊太小也容易出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象。燒穿是鍋爐壓力容器產(chǎn)品上不允許存在的缺陷,它完全破壞了焊縫,使接頭喪失其聯(lián)接飛及承載能力。選用較小電流并配合合適的焊接速度,減小裝配間隙,在焊縫背面加設(shè)墊板或藥墊,使用脈沖焊,能有效地防止燒穿。其他表面缺陷:(1)成形不良指焊縫的外觀(guān)幾何尺寸不符合要求。有焊縫超高,表面不光滑,以及焊縫過(guò)寬,焊縫向母材過(guò)渡不圓滑等。（2）錯(cuò)邊指兩個(gè)工件在厚度方向上錯(cuò)開(kāi)一定位置,,它既可視作焊縫表面缺陷,又可視作裝配成形缺陷。(3)塌陷單面焊時(shí)由于輸入熱量過(guò)大,熔化金屬過(guò)多而使液態(tài)金屬向焊縫背面塌落,成形后焊縫背面突起,正面下塌。(4)表面氣孔及弧坑縮孔。(5)各種焊接變形如角變形、扭曲、波浪變形等都屬于焊接缺陷O角變形也屬于裝配成形缺陷。氣孔：氣孔是指焊接時(shí),熔池中的氣體未在金屬凝固前逸出,殘存于焊縫之中所形成的空穴。其氣體可能是熔池從外界吸收的,也可能是焊接冶金過(guò)程中反應(yīng)生成的。(1)氣孔的分類(lèi)氣孔從其形狀上分,有球狀氣孔、條蟲(chóng)狀氣孔;從數(shù)量上可分為單個(gè)氣孔和群狀氣孔。群狀氣孔又有均勻分布?xì)饪?密集狀氣孔和鏈狀分布?xì)饪字帧０礆饪變?nèi)氣體成分分類(lèi),有氫氣孔、氮?dú)饪?、二氧化碳?xì)饪住⒁谎趸細(xì)饪?、氧氣孔等。熔焊氣孔多為氫氣孔和一氧化碳?xì)饪住?2)氣孔的形成機(jī)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(guò)程中,有大量的氣體要從金屬中逸出來(lái)。當(dāng)凝固速度大于氣體逸出速度時(shí),就形成氣孔。(3)產(chǎn)生氣孔的主要原因母材或填充金屬表面有銹、油污等,焊條及焊劑未烘干會(huì)增加氣孔量,因?yàn)殇P、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(xiàn)能量過(guò)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(huì)增加氧氣孔。(4)氣孔的危害氣孔減少了焊縫的有效截面積,使焊縫疏松,從而降低了接頭的強(qiáng)度,降低塑性,還會(huì)引起泄漏。氣孔也是引起應(yīng)力集中的因素。氫氣孔還可能促成冷裂紋。(5)防止氣孔的措施a.清除焊絲,工作坡口及其附近表面的油污、鐵銹、水分和雜物。b.采用堿性焊條、焊劑,并徹底烘干。c.采用直流反接并用短電弧施焊。d.焊前預(yù)熱,減緩冷卻速度。e.用偏強(qiáng)的規(guī)范施焊。夾渣：夾渣是指焊后溶渣殘存在焊縫中的現(xiàn)象。（1）.夾渣的分類(lèi)a.金屬夾渣:指鎢、銅等金屬顆粒殘留在焊縫之中,習(xí)慣上稱(chēng)為夾鎢、夾銅。b.非金屬夾渣:指未熔的焊條藥皮或焊劑、硫化物、氧化物、氮化物殘留于焊縫之中。冶金反應(yīng)不完全,脫渣性不好。(2)夾渣的分布與形狀有單個(gè)點(diǎn)狀?yuàn)A渣,條狀?yuàn)A渣,鏈狀?yuàn)A渣和密集夾渣(3)夾渣產(chǎn)生的原因a.坡口尺寸不合理;b.坡口有污物;c.多層焊時(shí),層間清渣不徹底;d.焊接線(xiàn)能量小;e.焊縫散熱太快,液態(tài)金屬凝固過(guò)快;f.焊條藥皮,焊劑化學(xué)成分不合理,熔點(diǎn)過(guò)高；g.鎢極惰性氣體保護(hù)焊時(shí),電源極性不當(dāng),電、流密度大,鎢極熔化脫落于熔池中。h.手工焊時(shí),焊條擺動(dòng)不良,不利于熔渣上浮?？筛鶕?jù)以上原因分別采取對(duì)應(yīng)措施以防止夾渣的產(chǎn)生。(4)夾渣的危害點(diǎn)狀?yuàn)A渣的危害與氣孔相似,帶有尖角的夾渣會(huì)產(chǎn)生尖端應(yīng)力集中,尖端還會(huì)發(fā)展為裂紋源,危害較大。裂紋的分類(lèi)：根據(jù)裂紋尺寸大小,分為三類(lèi):(1)宏觀(guān)裂紋:肉眼可見(jiàn)的裂紋。(2)微觀(guān)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。從產(chǎn)生溫度上看,裂紋分為兩類(lèi):(1)熱裂紋:產(chǎn)生于A(yíng)c3線(xiàn)附近的裂紋。一般是焊接完畢即出現(xiàn),又稱(chēng)結(jié)晶裂紋。這種二裂紋主要發(fā)生在晶界,裂紋面上有氧化色彩,失去金屬光澤。(2)冷裂紋:指在焊畢冷至馬氏體轉(zhuǎn)變溫度M3點(diǎn)以下產(chǎn)生的裂紋,一般是在焊后一段時(shí)間(幾小時(shí),幾天甚至更長(zhǎng))才出現(xiàn),故又稱(chēng)延遲裂紋。按裂紋產(chǎn)生的原因分,又可把裂紋分為:(1)再熱裂紋:接頭冷卻后再加熱至500~700℃時(shí)產(chǎn)生的裂紋。再熱裂紋產(chǎn)生于沉淀強(qiáng)化的材料(如含Cr、Mo、V、Ti、Nb的金屬)的焊接熱影響區(qū)內(nèi)的粗晶區(qū),一般從熔合線(xiàn)向熱影響區(qū)的粗晶區(qū)發(fā)展,呈晶間開(kāi)裂特征。（2）層狀撕裂主要是由于鋼材在軋制過(guò)程中,將硫化物(MnS)、硅酸鹽類(lèi)等雜質(zhì)夾在其中,形成各向異性。在焊接應(yīng)力或外拘束應(yīng)力的使用下,金屬沿軋制方向的雜物開(kāi)裂。(3)應(yīng)力腐蝕裂紋:在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下產(chǎn)生的裂紋。除殘余應(yīng)力或拘束應(yīng)力的因素外,應(yīng)力腐蝕裂紋主要與焊縫組織組成及形態(tài)有關(guān)。裂紋的危害：裂紋的危害裂紋,尤其是冷裂紋,帶來(lái)的危害是災(zāi)難性的。世界上的壓力容器事故除極少數(shù)是由于設(shè)計(jì)不合理,選材不當(dāng)?shù)脑蛞鸬囊酝?絕大部分是由于裂紋引起的脆性破壞。熱裂紋(結(jié)晶裂紋)：(1)結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理熱裂紋發(fā)生于焊縫金屬凝固末期,敏感溫度區(qū)大致在固相線(xiàn)附近焊接技術(shù)，很難想象將會(huì)遇到多少困難，甚至無(wú)法制造出這些高端產(chǎn)品。因此完全可以說(shuō)，沒(méi)有焊接就沒(méi)有今天這樣的現(xiàn)代工業(yè)，焊接為建立社會(huì)主義強(qiáng)國(guó)起到了決定性的作用。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，在焊接結(jié)構(gòu)方面都趨向大型化，大容量和高參數(shù)的方向發(fā)展。有的還在低溫、深冷、腐蝕介質(zhì)等惡劣環(huán)境下工作。因此各種低合金高強(qiáng)鋼，中、高合金鋼，超高強(qiáng)鋼，以及各種合金材料應(yīng)用日益廣泛。但是隨著這些鋼種和合金材料的應(yīng)用，在焊接生產(chǎn)上帶來(lái)了許多新的問(wèn)題，其中較為普遍而又十分嚴(yán)重的就是焊接缺陷。焊接缺陷不僅給生產(chǎn)帶來(lái)了許多困難，而且可能帶來(lái)災(zāi)難性的事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)好多鋼結(jié)構(gòu)事故中，絕大多數(shù)是由焊接缺陷而引起的。其中最主要的是焊接裂紋，焊接裂紋又是最危險(xiǎn)的脆性破壞。問(wèn)題危害甚大，已成為世界各國(guó)所關(guān)注的課題，常見(jiàn)問(wèn)題焊接缺陷種類(lèi)很多，按其位置不同，可分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷。常見(jiàn)缺陷有氣孔、夾渣、焊接裂紋、未焊透、未熔合、焊縫外形尺寸和形狀不符合要求、咬邊、焊瘤、弧坑等。一、氣孔氣孔是指在焊接時(shí)，熔池中的氣泡在凝固時(shí)未能逸出而形成的空穴?！癞a(chǎn)生氣孔的原因坡口邊緣不清潔，有水份、油污和銹跡；焊條或焊劑未按規(guī)定進(jìn)行焙烘，焊芯銹蝕或藥皮變質(zhì)、剝落等。此外，低氫型焊條焊接時(shí)，電弧過(guò)長(zhǎng)，焊接速度過(guò)快；埋弧自動(dòng)焊電壓過(guò)高等，都易在焊接過(guò)程中產(chǎn)生氣孔。由于氣孔的存在，使焊縫的有效截面減小，過(guò)大的氣孔會(huì)降低焊縫的強(qiáng)度，破壞焊縫金屬的致密性?！穹乐巩a(chǎn)生氣孔的措施選擇合適的焊接電流和焊接速度，認(rèn)真清理坡口邊緣水份、油污和銹跡。嚴(yán)格按規(guī)定保管、清理和焙烘焊接材料。不使用變質(zhì)焊條，發(fā)現(xiàn)焊條藥皮變質(zhì)、剝落或焊芯銹蝕時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制使用范圍。埋弧焊時(shí)，應(yīng)選用合適的焊接工藝參數(shù)，特別是薄板自動(dòng)焊，焊接速度應(yīng)盡可能小些。二、夾渣夾渣就是殘留在焊縫中的熔渣。夾渣也會(huì)降低焊縫的強(qiáng)度和致密性?！癞a(chǎn)生夾渣的原因主要是焊縫邊緣有氧化皮或碳弧氣刨殘留的熔渣；坡口角度或焊接電流太小，或焊接速度過(guò)快。在使用酸性焊條時(shí)，由于電流太小或運(yùn)條不當(dāng)形成“糊渣”；使用堿性焊條時(shí)，由于電弧過(guò)長(zhǎng)或極性不正確也會(huì)造成夾渣。進(jìn)行埋弧焊封底時(shí)，焊絲偏離焊縫中心，也易形成夾渣?！穹乐巩a(chǎn)生夾渣的措施正確選取坡口尺寸，認(rèn)真清理坡口邊緣，選用合適的焊接電流和焊接速度，運(yùn)條擺動(dòng)要適當(dāng)。多層焊時(shí)，應(yīng)仔細(xì)觀(guān)察坡口兩側(cè)熔化情況，每一焊層都要認(rèn)真清理焊渣。打底焊渣應(yīng)徹底清除，埋弧焊要注意防止焊偏。三、咬邊焊縫邊緣留下的凹陷，稱(chēng)為咬邊?！癞a(chǎn)生咬邊的原因由于焊接電流過(guò)大、運(yùn)條速度快、電弧拉得太長(zhǎng)或焊條角度不當(dāng)?shù)?。埋弧焊的焊接速度過(guò)快或焊機(jī)軌道不平等原因，都會(huì)造成焊件被熔化去一定深度，而填充金屬又未能及時(shí)填滿(mǎn)而造成咬邊。咬邊減小了母材接頭的工作截面，從而在咬邊處造成應(yīng)力集中，故在重要的結(jié)構(gòu)或受動(dòng)載荷結(jié)構(gòu)中，都有特定的要求，超出要求范圍，都是不允許的。●防止產(chǎn)生咬邊的措施選擇合適的焊接電流和運(yùn)條手法，隨時(shí)注意控制焊條角度和電弧長(zhǎng)度；埋弧焊工藝參數(shù)要合適，特別要注意焊接速度不宜過(guò)高，焊機(jī)軌道要平整。四、未焊透、未熔合焊接時(shí)，接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象，稱(chēng)為未焊透；在焊件與焊縫金屬或焊縫層間有局部未熔透現(xiàn)象，稱(chēng)為未熔合。未焊透或未熔合是一種比較嚴(yán)重的缺陷，由于未焊透或未熔合，焊縫會(huì)出現(xiàn)間斷或突變，焊縫強(qiáng)度大大降低，甚至引起裂紋。因此，在重要的結(jié)構(gòu)部分均不允許存在未焊透、未熔合的情況?！癞a(chǎn)生未焊透和未熔合的原因焊件裝配間隙或坡口角度太小、鈍邊太厚、焊條直徑太大、電流過(guò)小、速度太快及電弧過(guò)長(zhǎng)等。焊件坡口表面氧化膜、油污等沒(méi)有清除干凈，或在焊接時(shí)該處流入熔渣妨礙了金屬之間的熔合或運(yùn)條手法不當(dāng)，電弧偏在坡口一邊等原因，都會(huì)造成邊緣不熔合。●防止產(chǎn)生未焊透或未熔合的措施正確選取坡口尺寸，合理選用焊接電流和速度，坡口表面氧化皮和油污要清除干凈；打底焊清根要徹底，運(yùn)條擺動(dòng)要適當(dāng)，密切注意坡口兩側(cè)的熔合情況。五、焊接裂紋焊接裂紋是一種非常嚴(yán)重的缺陷。結(jié)構(gòu)的破壞多從裂紋處開(kāi)始，在焊接過(guò)程中要采取一切必要的措施防止出現(xiàn)裂紋，在焊接后要采用各種方法檢查有無(wú)裂紋。一經(jīng)發(fā)現(xiàn)裂紋，應(yīng)徹底清除，然后給予修補(bǔ)。焊接裂紋有熱裂紋、冷裂紋。焊縫金屬由液態(tài)到固態(tài)的結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生的裂紋稱(chēng)為熱裂紋，其特征是焊后立即可見(jiàn)，且多發(fā)生在焊縫中心，沿焊縫長(zhǎng)度方向分布。熱裂紋的裂口多數(shù)貫穿表面，呈現(xiàn)氧化色彩，裂紋末端略呈圓形。●產(chǎn)生熱裂紋的原因焊接熔池中存有低熔點(diǎn)雜質(zhì)(如FeS等)。由于這些雜質(zhì)熔點(diǎn)低，結(jié)晶凝固最晚，凝固后的塑性和強(qiáng)度又極低。因此，在外界結(jié)構(gòu)拘束應(yīng)力足夠大和焊縫金屬的凝固收縮作用下，熔池中這些低熔點(diǎn)雜質(zhì)在凝固過(guò)程中被拉開(kāi)，或在凝固后不久被拉開(kāi)，造成晶間開(kāi)裂。焊件及焊條內(nèi)含硫、銅等雜質(zhì)多時(shí)，也易產(chǎn)生熱裂紋?！穹乐巩a(chǎn)生熱裂紋的措施1)要嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)，減慢冷卻速度，適當(dāng)提高焊縫形狀系數(shù)，盡可能采用小電流多層多道焊，以避免焊縫中心產(chǎn)生裂紋；2)認(rèn)真執(zhí)行工藝規(guī)程，選取合理的焊接程序，以減小焊接應(yīng)力。焊縫金屬在冷卻過(guò)程或冷卻以后，在母材或母材與焊縫交界的熔合線(xiàn)上產(chǎn)生的裂紋稱(chēng)為冷裂紋。這類(lèi)裂紋有可能在焊后立即出現(xiàn)，也有可能在焊后幾小時(shí)、幾天甚至更長(zhǎng)時(shí)間才出現(xiàn)?！癞a(chǎn)生冷裂紋的原因1)在焊接熱循環(huán)的作用下，熱影響區(qū)生成了淬硬組織；2)焊縫中存在有過(guò)量的擴(kuò)散氫，且具有濃集的條件；3)接頭承受有較大的拘束應(yīng)力。●防止產(chǎn)生冷裂紋的措施1)選用低氫型焊條，減少焊縫中擴(kuò)散氫的含量；2)嚴(yán)格遵守焊接材料(焊條、焊劑)的保管、烘焙、使用制度，謹(jǐn)防受潮；3)仔細(xì)清理坡口邊緣的油污、水份和銹跡，減少氫的來(lái)源；4)根據(jù)材料等級(jí)、碳當(dāng)量、構(gòu)件厚度、施焊環(huán)境等，選擇合理的焊接工藝參數(shù)和線(xiàn)能量，如焊前預(yù)熱、焊后緩冷，采取多層多道焊接，控制一定的層間溫度等；5)緊急后熱處理，以去氫、消除內(nèi)應(yīng)力和淬硬組織回火，改善接頭韌性；6)采用合理的施焊程序，采用分段退焊法等，以減少焊接應(yīng)力。六、其他缺陷焊接中還常見(jiàn)到一些焊瘤、弧坑及焊縫外形尺寸和形狀上的缺陷?！癞a(chǎn)生焊瘤的原因運(yùn)條不均，造成熔池溫度過(guò)高，液態(tài)金屬凝固緩慢下墜，因而在焊縫表面形成金屬瘤。立、仰焊時(shí)，采用過(guò)大的焊接電流和弧長(zhǎng)，也有可能出現(xiàn)焊瘤。焊縫表面存在焊瘤影響美觀(guān)，并易造成表面夾渣?！穹乐巩a(chǎn)生焊瘤的措施嚴(yán)格控制熔池溫度，立、仰焊時(shí)，焊接電流應(yīng)比平焊小10-15%，使用堿性焊條時(shí)，應(yīng)采用短弧焊接，保持均勻運(yùn)條。●產(chǎn)生弧坑的原因熄弧時(shí)間過(guò)短，或焊接突然中斷，或焊接薄板時(shí)電流過(guò)大等，弧坑常伴有裂紋和氣孔，嚴(yán)重削弱焊接強(qiáng)度?！穹乐巩a(chǎn)生弧坑的措施手工焊收弧時(shí)，焊條應(yīng)作短時(shí)間停留或作幾次環(huán)形運(yùn)條。七、如何修補(bǔ)缺陷有些缺陷的存在對(duì)結(jié)構(gòu)的安全是非常危險(xiǎn)的，因此一旦發(fā)現(xiàn)缺陷要及時(shí)進(jìn)行修正。對(duì)于氣孔的修正，特別是對(duì)于內(nèi)部氣孔，確認(rèn)部位后，應(yīng)用氣動(dòng)砂輪機(jī)或碳弧氣刨清除全部氣孔缺陷，并使其形成相應(yīng)坡口，然后再進(jìn)行補(bǔ)焊；對(duì)于夾渣、未焊透、未熔合的缺陷，也是要先用同樣的方法清除