第六章 焊接缺陷的产生、检验和预防(1)

1、Chapter 6 焊接缺陷及其检验,第一篇 连接成形理论基础,2,返 回,本章讲授目的,掌握常见焊接缺陷的类型、产生原因和预防措施,掌握常见焊接变形及预防措施,3,1、Introduction,2010年6月29日深圳东部华侨城太空迷航事故，除了设计方面问题，5号座舱侧导柱焊缝存在虚焊缺陷，受力后完全断裂,4,1999年1月4日，重庆市綦江县城跨越綦河两岸的人行彩虹桥（长虹卧波，綦城一景 ）整体垮塌 ，人遇难。,连接时两管的横切面完全抵拢，使钢管之间的焊接面减到了最低限度 ，只在表层焊接，而且没有加强块,5,6,2010年12月，鄂尔多斯国际那达慕大会主会场（即赛马场）事故，其主体结构投资据

2、称达10多个亿。据专家的初步勘察界定，钢结构的焊缝和质量缺陷、个别杆件连接不够规范是造成这次事故的重要原因。天气的骤冷，也影响了主体钢架，这些也是造成坍塌事故的重要原因。,7,北佛罗里达海岸海军确认在2010年11月20号刚刚服役的伯克级驱逐舰“格拉维利”(Gravely)号(DDG 107)天线桅杆在2011年2月13日进行日常业务时突然折断，事件中无人员受伤。,8,美国第4代核动力攻击型潜艇SSN-21“海狼”级攻击型核潜艇，可执行反潜、攻舰、对岸攻击、布雷和为航母编队护航等多项任务。概念设计完成后，美海军计划建造30艘，经费高达360亿美元，成为美海军有史以来耗资最大的一项潜艇发展计划，

3、被称为“海军现代化计划之基石”。 “海狼”号在建造过程中发生了严重焊接质量事故，使造价猛增至25亿美元。,9,2009年5月28日，美国国防新闻报道，诺斯罗普-格鲁曼的纽波特-纽斯造船厂的一个质量检验官玩忽职守，没有检验就确认焊缝合格，致使8艘“弗吉尼亚”级核潜艇和“布什”号航空母舰的一万多条焊缝需要重新检验，其中两艘核潜艇和“布什”号已经服役。后来，质量重检扩大到9艘核潜艇和4艘航空母舰。,10,2007年秋，焊接填料用错，造成一大批潜艇、航母、水面舰艇的焊缝需要重新检验，但最新一代两栖攻击舰“圣安东尼奥”号是诺斯罗普-格鲁曼质量问题的集中体现。,11,2、焊接缺陷的类型,焊接缺欠（weld

4、ing imperfection）：在焊接接头中因焊接产生的金属不连续、不致密或连接不良的现象。 焊接缺陷（welding defect）：超过规定限值的缺欠,12,焊接缺陷分类,（1）形状尺寸缺陷 焊接变形，尺寸偏差（错边、角度偏差、焊缝尺寸过大或过小等），外形不良（包括焊缝高低不平、波纹粗劣、宽窄不齐等），飞溅和电弧擦伤。 （2）结构缺陷 焊缝表面气孔和内部气孔、夹渣、未熔合、未焊透、焊瘤、凹坑、咬边和焊接裂纹。 （3）性能缺陷 接头力学性能（抗拉强度、屈服点、冲击韧性及冷弯角度）、化学成分等性能不符合技术要求。,13,GB/T 6417.1-2005金属熔化焊接头缺欠分类及说明中规定根据

5、焊接缺陷的性质和特征可以分为六大类： （1）裂纹（cracks）； （2）孔穴（cavities）； （3）固体夹杂（solid inclusions）； （4）未熔合及未焊透（incomplete fusion or penetration）； （5）形状和尺寸不良（imperfect shape）； （6）其它缺陷（miscellaneous defects）,14,（1）裂纹 一种在固态下由局部断裂产生的缺欠，可能源于冷却或应力效果。 微观裂纹：显微镜下才能观察到的裂纹 纵向裂纹：基本与焊缝轴线平行的裂纹 横向裂纹：基本与焊缝轴线相垂直的裂纹 放射状裂纹：有裂纹公共点的小裂纹 弧坑裂纹：

6、焊缝弧坑处的裂纹 间断裂纹群：在任意方向间断分布的裂纹 枝状裂纹：源于同一裂纹并连在一起的裂纹群,15,（2）孔穴,气孔： 残留气体形成的孔穴,缩孔： 凝固收缩形成的孔穴,球形气孔,均布气孔,局部密集气孔,链状气孔,虫形气孔,条形气孔,表面气孔,结晶缩孔,弧坑缩孔,末端弧坑缩孔,微型缩孔,微型结晶缩孔,微型穿晶缩孔,16,打磨去除此部分,打磨去除此部分,气孔砂眼,缩孔,气孔,弧坑气孔,打磨去除，重新焊接,打磨去除，重新焊接,17,（3）固体夹杂 指在焊缝金属中残留的固体杂物。 夹渣：残留在焊缝金属中的熔渣 焊剂夹渣 氧化物夹杂 金属夹杂,18,单个夹渣（Isolated Slag Inclus

7、ion),线状夹渣（Wagon Track - Slag Line）,19,（4）未熔合：焊缝金属和母材或焊缝金属各焊层之间未结合的部分，包括侧壁、焊道间及根部未熔合。 未焊透：实际熔深与公称熔深之间的差异。 钉尖：电子束或激光焊时产生 的极不均匀的锯齿状熔透,20,内部未熔合 (Interrun Fusion),侧壁未熔合（Lack of Sidewall Fusion),21,（5）形状不良：焊缝的外表面形状或接头的几何形状不良。 咬边：母材或前一焊道在焊趾处因焊接而产生的不规则缺口 焊缝超高：对接焊缝表面上焊缝金属过高 凸度过大：角焊缝表面上焊缝金属过高 下塌：过多的焊缝金属伸出焊缝根部

8、，焊缝形面不良 焊瘤：覆盖在母材表面，但未与其熔合的过多焊缝金属,22,形状不良 错边：要求平行对齐的焊件表面未达到要求 角度偏差 下垂：重力致焊缝金属塌落 烧穿：熔池塌落导致焊缝内孔洞 未焊满 焊脚不对称 焊缝宽度不齐 表面不规则,23,形状不良还有 根部收缩 根部气孔 焊接接头不良 变形过大 焊缝尺寸不正确,24,咬边,不良外观,25,焊缝不均匀,焊缝超高,26,焊接变形,3、焊接变形和焊接应力,27,造成焊件的尺寸、形状变化； 矫正变形会使性能降低，成本增加； 焊接应力会降低承载能力； 引起焊接裂纹； 应力衰减会产生变形。,（1）焊接变形和残余应力的不利影响,28,（2）焊接变形和残余应

9、力产生原因,在焊接过程中，对焊件进行局部的不均匀加热，会产生焊接应力和变形。, 焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不能自由膨胀和收缩。,当拘束很大时（如大平板对接），则会产生残余应力，无残余变形。 当拘束较小（如小板对接焊）时，既产生残余应力，又产生残余变形。,29,（3）焊接变形的基本形式,收缩变形：工件整体尺寸的减小，包括纵向和横向收缩 角变形：当焊缝截面上下不对称或受热不均匀时，焊缝因横向收缩上下不均匀，导致角变形。 弯曲变形：由于焊缝纵向收缩不对称，引起工件向一侧弯曲，形成弯曲变形。 扭曲变形：对多焊缝和长焊缝，因焊缝在横截面上的分布不对称或焊接顺序和方向不合理等，工件易出现扭

10、曲变形。 波浪变形：焊接薄板结构时，焊接应力使薄板失去稳定性，引起不规则的波浪变形。,30,31, 焊缝不要有密集交叉截面，长度也要尽可能小，以减小焊接局部加热，从而减少焊接应力。,结构设计方面,（4）减少焊接应力与变形的措施,32, 焊缝的位置应尽量对称于结构中性轴,焊缝对称布置,33, 采取合理的焊接顺序，使焊缝能够自由收缩，以减少应力（图a）。而图b因先焊焊缝1导致对焊缝2的拘束度增加，而增大残余应力。先短后长。,工艺方面,34, 采用反变形方法 焊前组装时，按测定和经验估计的焊接变形方向和大小，在组装时使工件反向变形，以抵消焊接变形。同样，也可采用预留收缩余量来抵消尺寸收缩。,35,

11、采用焊前刚性固定组装焊接，限制产生焊接变形，但这样会产生较大的焊接应力。采用定位焊组装也可防止焊接变形。,36, 预热与缓冷：减小焊缝区与其他部分的温差，使工件较均匀地冷却，减少焊接应力和变形。 焊后进行消除应力的退火可消除残余应力。,37,采用分段倒退焊、多层多道焊也能减少焊接变形, 当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属伸长， 也能减少焊接残余应力，消除变形。,38,严重的焊接变形应消 除，常采用机械矫正法，通常 只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。,39,火焰矫正法是利用火焰加热的热变形方法，一 般也仅适用于塑性好，且无淬硬倾向的材料。,用于塑性好，没有淬硬倾向的钢 。,40,4、焊接质

12、量检验,焊前检查 母材与焊材、设备与工装、坡口制备、焊工水平、技术文件等； 施焊过程中的检查 焊接及相关工艺执行情况、设备运行情况、结构与焊缝尺寸等； 焊后检验 是保证合格产品出厂的重要措施 外观检查； 内部探伤：射线探伤、射线探伤、超声波探伤等； 近表面缺陷探伤：磁粉探伤、渗透探伤等； 渗漏检测：水压试验、气压试验等； 力学性能测试； 金相组织分析； 化学成分分析。,41,常用的焊接检验方法,射线检测（RT） 超声波检测（UT） 渗透检测（PT） 磁粉检测（MT） 涡流检测（ET） 光谱试验 硬度试验 金相及机械性能试验,无损检测方法:在不损坏试件的前提下,以物理或化学方法为手段.借助先进的

13、技术和设备器材,对试件的内部及表面的结构，性质，状态进行检查和测试的方法。,42,射线检测,检测原理:指用X射线或射线穿透试件,以胶片作为记录信息的器材的无损检测方法。 被射线曝光的的带有潜影的胶片经过暗室处理后变为带有可见影象的底片,43,底片显示缺陷演示 根部未熔 夹杂,44,外部咬边 根部凹陷,45,工业探伤射线种类: X射线:利用X射线装置(X光机)发出,在阴极(钨丝)和阳极(金属靶)间加很高的直流电压, 阴极释放的电子被电场加速后撞击在阳极靶上,使原子处于激发态而释放能量发射光子,即发射标识X射线 。 射线:由放射装置发出。是放射性同位素经过衰变或衰变后,从激发态向稳定态过渡的过程中

14、从原子核内发出的。,46,超声波检测,检测原理:超声波探伤仪产生电振荡并加于换能器(探头)上,激励探头发射超声波,同时将探头送回的电信号进行放大,通过一定方式显示出来,从而得到被探工件内部有无缺陷及缺陷位置和大小等信息。,47,射线检测与超声波检测比较： 射线检测可得到缺陷直观图象，而超声波检测不能，定性困难定量精度不高。 射线检测对体积性缺陷（气孔夹杂类）检出率高，而超声波检测对面积性缺陷（裂纹未熔类）检出率高。 射线检测适宜厚度较薄的工件，而超声波检测适宜于较厚工件。 射线检测适宜于对接焊缝，超声波检测适宜于各种工件 射线检测对缺陷在厚度方向上很难定位，超声波检测则相反。,48,49,检测

15、原理：工件表面被施涂渗透液后，在毛细管作用下，经过一定时间的渗透，渗透液可以渗进表面开口缺陷中，经过去除表面多余的渗透液和干燥后，再在工件表面施加吸附介质显象剂，在毛细管作用下，渗透剂回渗到显象剂中，缺陷处的痕迹即被显示，从而探测出缺陷的形貌及分布状态。,渗透检测,按照渗透液所含染料成分分为：荧光渗透探伤法、 着色渗透探伤法、荧光着色渗透探伤法,50,磁粉检测,检测原理：铁磁性材料和工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小。,荧光磁粉发现的铁路车轴裂纹,51,52,思考题,1. 拼焊如题图1所示的钢板，是否合理？若不合理，请修改。同时，给出适当的焊接顺序，并说明理由。,图1,图2,53,2. 在焊接工艺方面，在结构