焊接缺陷与危害培训

1、焊 接 缺 陷 与 分 析 曾祥进焊接两种或两种以上材质(同种或异种),通过加热或加压或 二者并用,来达到原子之间的结合而形成永久性连接的工艺过程. 熔 化 焊钎 焊熔 化 焊熔 化 焊压 力 焊熔 化 焊压 力 焊熔 化 焊压 力 焊熔 化 焊合 格 焊 缝 标 准表面：无气孔、夹渣、裂纹、焊瘤、未熔合，焊缝尺寸符 合要求，均匀、美观，接头无脱节、过高，收弧弧坑 饱满，无裂纹。内部：无气孔、夹渣、裂纹、未焊透、未熔合等。产生焊接缺陷的原因与危害 因焊缝经过焊接冶金过程，焊缝的加热与冷却速度，受环境和焊件初始温度影响，达不到冶金的理想状态，焊缝金属中的有害物质来不及析出，会在焊缝表面和内部产生

2、缺陷。所以焊缝及热影响区金属的机械性能很难达到相应指标。 当焊缝存在缺陷时，结构件在受外力与焊接内应力共同作用下，会在焊缝缺陷处产生应力集中，首先在焊缝缺陷处产生开裂，继而延伸到整个结构件，使构件断裂。所以对焊缝内部的缺陷，国家的相关标准作了严格规定，如GB50205-2001钢结构施工及验收规范、 GB/T 3323-87 钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级等焊 缝 气 孔 的 种 类水分水分氧气氧气氮气氮气焊接冶焊接冶金反应金反应H2气孔气孔CO气孔气孔N2气孔气孔H2O气孔气孔 水分主要来源：铁锈、油污，焊条药皮、焊剂中的有机物、白水分主要来源：铁锈、油污，焊条药皮、焊剂中的有机物、白泥

3、、水玻璃等。防止方法主要通过烘干焊条、焊剂，清理焊缝及焊泥、水玻璃等。防止方法主要通过烘干焊条、焊剂，清理焊缝及焊缝周围的方法解决。缝周围的方法解决。 氧气与氮气主要来源与空气。防止方法主要是加强对焊缝的保氧气与氮气主要来源与空气。防止方法主要是加强对焊缝的保护。通过压低电弧、选择合适的气体流量，防止将空气带入焊缝。护。通过压低电弧、选择合适的气体流量，防止将空气带入焊缝。并提高保护气体的纯度等方法解决。并提高保护气体的纯度等方法解决。 通过选择合适的焊接参数（焊接速度、焊接电流通过选择合适的焊接参数（焊接速度、焊接电流)，加长气体从，加长气体从焊缝金属析出的时间的方法，防止产生气孔。如适当加

4、大焊接电流，焊缝金属析出的时间的方法，防止产生气孔。如适当加大焊接电流，减小焊接速度，采用直流反接法进行焊接等。减小焊接速度，采用直流反接法进行焊接等。焊焊 接接 裂裂 纹纹再热裂纹再热裂纹冷裂纹冷裂纹层状撕裂层状撕裂应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹热裂纹热裂纹 热裂纹：多出现在焊接时金属有液态到固态转变时形成的裂纹热裂纹：多出现在焊接时金属有液态到固态转变时形成的裂纹 ,也叫结晶裂纹。多出现在也叫结晶裂纹。多出现在弧坑处，多层焊时的第一层焊缝，或多层焊层间温度过高时出现。与焊接电流过大，焊接速弧坑处，多层焊时的第一层焊缝，或多层焊层间温度过高时出现。与焊接电流过大，焊接速度过快，约束力大，与硫磷含量

5、大有关。度过快，约束力大，与硫磷含量大有关。焊焊 接接 热热 裂裂 纹纹焊接电流嫌焊接电流嫌小小焊缝尺寸小焊缝尺寸小热应力大热应力大焊接速度大焊接速度大焊条直径大焊条直径大晶间易容硫晶间易容硫化物化物削弱晶界结削弱晶界结合力合力预热不足或未预热预热不足或未预热约束力大约束力大坡口形式不佳装配不良坡口形式不佳装配不良热输入不良热输入不良运条操作不良运条操作不良 再热裂纹：有些焊接接头为消除内应力，防止发生脆断及应力腐蚀，在焊接后进行再再热裂纹：有些焊接接头为消除内应力，防止发生脆断及应力腐蚀，在焊接后进行再热处理是产生的裂纹。再热裂纹多发生在热影响区的粗晶区，大部分在熔合线附近，焊接热处理是产生

6、的裂纹。再热裂纹多发生在热影响区的粗晶区，大部分在熔合线附近，焊接残余应力较大的咬边处。可以通过预热及后热的方法降低晶粒粗化和降低残余应力的方法残余应力较大的咬边处。可以通过预热及后热的方法降低晶粒粗化和降低残余应力的方法预防。预防。易出现易出现裂纹处裂纹处母母 材材再结晶区再结晶区不完全重不完全重结晶区结晶区重结晶区重结晶区容易产生裂容易产生裂纹的过热区纹的过热区优良的焊优良的焊缝缝 冷裂纹：包括淬硬裂纹、延迟裂纹（焊缝在室温时由于氢的聚集产生的裂纹）。冷裂冷裂纹：包括淬硬裂纹、延迟裂纹（焊缝在室温时由于氢的聚集产生的裂纹）。冷裂纹分布区域广，在焊道的根部、内部，有时在焊缝表面。主要产生纹分

7、布区域广，在焊道的根部、内部，有时在焊缝表面。主要产生100一下，随着温度一下，随着温度下降裂纹倾向增加，有潜伏期，有几小时，几天或更长时间，危害性大。对于高强度或高下降裂纹倾向增加，有潜伏期，有几小时，几天或更长时间，危害性大。对于高强度或高合金钢的焊接，控制冷裂纹的方法主要通过预热或后热，减少淬硬组织，采用低氢焊接材合金钢的焊接，控制冷裂纹的方法主要通过预热或后热，减少淬硬组织，采用低氢焊接材料、焊缝清理的方法，控制焊缝中氢的含量。料、焊缝清理的方法，控制焊缝中氢的含量。焊焊 接接 冷冷 裂裂 纹纹淬淬 硬硬 组组 织织高碳当量高碳当量冷却速度过快冷却速度过快焊件厚焊件厚小电流快速焊小电流

8、快速焊高约束应力高约束应力接头形式接头形式焊缝氢含量高焊缝氢含量高焊接材料焊接材料焊缝清理焊缝清理 应力腐蚀裂纹：金属在特定腐蚀环境下受拉应力作用时，所产生的延迟开裂现象。与应力腐蚀裂纹：金属在特定腐蚀环境下受拉应力作用时，所产生的延迟开裂现象。与结构件内部应力过高，焊缝内部及表面缺陷有关。防治方法，提高焊缝质量，采用合理的结构件内部应力过高，焊缝内部及表面缺陷有关。防治方法，提高焊缝质量，采用合理的设计，通过采用合理的装配、焊接顺序，减小结构件内部的残余应力。设计，通过采用合理的装配、焊接顺序，减小结构件内部的残余应力。纵向收缩量纵向收缩量X=KFHL/F F构件截面积构件截面积 横向收缩量

9、横向收缩量Y=0.2FH/t FH焊缝截面积焊缝截面积 L 构件长度构件长度 t 构件厚度构件厚度 薄薄 板板 防防 变变 形形 焊焊 接接 方方 法法焊焊 接接 装装 配配 顺顺 序序加压加压 层状撕裂：沿母材的轧层，呈阶梯状开裂。多发生在厚钢板的层状撕裂：沿母材的轧层，呈阶梯状开裂。多发生在厚钢板的T型或十字多层焊的焊脚型或十字多层焊的焊脚根部，并焊件的约束力大，母材的轧层有夹杂物时。防止层状撕裂的方法主要是通过降低根部，并焊件的约束力大，母材的轧层有夹杂物时。防止层状撕裂的方法主要是通过降低焊件的约束力，或从设计上改善接头形式、采用高性能的焊件的约束力，或从设计上改善接头形式、采用高性能

10、的Z向钢的方法防止层状撕裂。向钢的方法防止层状撕裂。改善前的接头方式改善前的接头方式改善后的接头方式改善后的接头方式 从以上分析可以看出为防止焊缝中的气孔、裂纹，除焊前对焊材进行烘干，对焊缝进行从以上分析可以看出为防止焊缝中的气孔、裂纹，除焊前对焊材进行烘干，对焊缝进行清理、预热外，选择合适的焊接参数也很重要，只有选择了合适的焊接参数，才能获得优良清理、预热外，选择合适的焊接参数也很重要，只有选择了合适的焊接参数，才能获得优良的焊缝。的焊缝。焊接参数具体包括：焊条直径、牌号，焊接电源极性，焊接电流大小，焊接速度，焊接层数。焊接参数具体包括：焊条直径、牌号，焊接电源极性，焊接电流大小，焊接速度，

11、焊接层数。 焊条选择原则：直径的大小一般与被焊件厚度相近，立焊、仰焊、横焊的直径小于平焊。焊条选择原则：直径的大小一般与被焊件厚度相近，立焊、仰焊、横焊的直径小于平焊。焊条牌号一般等于或略低于被焊件的强度，对于高强度和高合金钢，为防止焊接裂纹，常选焊条牌号一般等于或略低于被焊件的强度，对于高强度和高合金钢，为防止焊接裂纹，常选择低氢焊条。择低氢焊条。 碳钢焊条的型号、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类碳钢焊条的型号、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类共共29种种 碳钢焊条的型号、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类碳钢焊条的型号、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类共共29种种 目前我国焊接行业仍习惯采用

12、焊条商品牌号的方法表示焊条的名称。如：目前我国焊接行业仍习惯采用焊条商品牌号的方法表示焊条的名称。如：J422 J506 J507 焊焊 条条 药药 皮皮 中中 各各 种种 元元 素素 的的 作作 用用 焊接电源的选择：焊接电源包括交流焊接电源、直流焊接电源。直流焊接分为直流焊接电源的选择：焊接电源包括交流焊接电源、直流焊接电源。直流焊接分为直流正接和直流反接。正接和直流反接。 对于低碳钢的焊接，采用酸性焊条焊接时一般采用交流焊接。对于低碳钢的焊接，采用酸性焊条焊接时一般采用交流焊接。 当焊接含碳量较高（大于当焊接含碳量较高（大于0.25%）的高强度碳钢钢，或碳当量较高（大于）的高强度碳钢钢，

13、或碳当量较高（大于0.4%）的高合金钢，采用碱性焊条焊接时，一般采用直流反接发。的高合金钢，采用碱性焊条焊接时，一般采用直流反接发。 当焊接薄板时为防止烧穿，常采用直流反接发。当焊接薄板时为防止烧穿，常采用直流反接发。 熔化极气体保护焊，一般采用直流反接法。熔化极气体保护焊，一般采用直流反接法。 不熔化极钨极氩弧焊，采用直流正接法。不熔化极钨极氩弧焊，采用直流正接法。 铝的不熔化极钨极氩弧焊，采用交流。铝的不熔化极钨极氩弧焊，采用交流。焊接电弧结构焊接电弧结构碳当量碳当量CE =C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Cu+Ni）/15焊接热焊接热量量36%焊接热焊接热量量42%焊接热焊接热量

14、量21%正离子正离子 焊接电流的选择：焊接电流的大小主要有焊条直径、焊条类型、焊件材质、焊件厚度、焊接电流的选择：焊接电流的大小主要有焊条直径、焊条类型、焊件材质、焊件厚度、接头形式、接头位置以及焊接的层次的决定。接头形式、接头位置以及焊接的层次的决定。I=（3555）dI焊接电流（焊接电流（A） d焊条直径（焊条直径（mm） 焊接速度是指焊条延焊接方向移动的速度。焊接速度主要有焊接电流和电弧长度决定。焊接速度是指焊条延焊接方向移动的速度。焊接速度主要有焊接电流和电弧长度决定。较大的焊接速度，可以提高焊接生产率，但是，焊接速度过快，会造成较大的焊接速度，可以提高焊接生产率，但是，焊接速度过快，

15、会造成“咬边、未焊透、咬边、未焊透、气孔气孔”等缺陷，而过慢的焊接速度，又会造成熔池过满、夹渣未熔合等缺陷。等缺陷，而过慢的焊接速度，又会造成熔池过满、夹渣未熔合等缺陷。 焊接层数：焊接层数主要有焊件厚度、焊缝位置、焊缝类型决定。因第二层焊缝对上焊接层数：焊接层数主要有焊件厚度、焊缝位置、焊缝类型决定。因第二层焊缝对上一层焊缝有后热作用，对焊缝的性能有优化改善的作用，所以对于承压焊缝、低温钢、耐一层焊缝有后热作用，对焊缝的性能有优化改善的作用，所以对于承压焊缝、低温钢、耐热钢、不锈钢等材料的焊接，都应采用多层多道焊。热钢、不锈钢等材料的焊接，都应采用多层多道焊。焊焊 接接 缺缺 陷陷 的的 检

16、检 测测缺缺 陷陷 的的 检检 测测目测：目测：针对焊缝表面的检测，包括宽度和针对焊缝表面的检测，包括宽度和高度是否均匀一致，焊瘤、咬边，表面气孔、高度是否均匀一致，焊瘤、咬边，表面气孔、夹渣、弧坑、接头高低以及表面可见裂纹。夹渣、弧坑、接头高低以及表面可见裂纹。专用专用工具工具焊缝尺寸的检测焊缝尺寸的检测焊缝内部质量的检焊缝内部质量的检测：测：超声波探伤法、射线探伤超声波探伤法、射线探伤法。法。焊缝表面裂纹：焊缝表面裂纹：着色法、磁粉探伤法着色法、磁粉探伤法。焊缝检测的专用工具焊缝检测的专用工具焊缝检测尺焊缝检测尺焊缝检测的专用工具焊缝检测的专用工具着色检测法：着色检测法：先用清洁剂擦净焊缝

17、，然后在焊缝上涂一层红色渗透着色先用清洁剂擦净焊缝，然后在焊缝上涂一层红色渗透着色剂，使其渗透到焊缝表面的缺陷内。然后将焊缝表面擦净并涂上一层白色显示液，剂，使其渗透到焊缝表面的缺陷内。然后将焊缝表面擦净并涂上一层白色显示液，如果白色的底层上渗出红色条纹就表示该处有焊接缺陷，如果没有渗出红色的条如果白色的底层上渗出红色条纹就表示该处有焊接缺陷，如果没有渗出红色的条纹就表示没有缺陷。此种检测法常用在焊缝表面细小缺陷的检测。纹就表示没有缺陷。此种检测法常用在焊缝表面细小缺陷的检测。焊缝焊缝缺陷缺陷焊缝检测的专用工具焊缝检测的专用工具磁粉检测：磁粉检测：通过给被检测件施加磁场，磁力线在缺陷处形成漏磁

18、，漏磁通过给被检测件施加磁场，磁力线在缺陷处形成漏磁，漏磁场吸附洒在检测件表面的磁粉并在缺陷处形成堆积，通过检查磁粉的堆积来判断场吸附洒在检测件表面的磁粉并在缺陷处形成堆积，通过检查磁粉的堆积来判断缺陷的存在。利用磁粉探伤时被检测表面要清洁，无夹层、飞溅、氧化皮等。缺陷的存在。利用磁粉探伤时被检测表面要清洁，无夹层、飞溅、氧化皮等。焊缝检测的专用工具焊缝检测的专用工具超声波探伤：超声波探伤：利用超声波在介质传播时，遇到不同介质的交界面时将发利用超声波在介质传播时，遇到不同介质的交界面时将发生反射，反射的能量大小与交界面两边介质阻抗的差异和交界面的大小有关，通生反射，反射的能量大小与交界面两边介

19、质阻抗的差异和交界面的大小有关，通过探测仪将反射波显示出来，以判断缺陷大小。过探测仪将反射波显示出来，以判断缺陷大小。焊缝检测的专用工具焊缝检测的专用工具射线探伤：射线探伤：利用射线透过物体时，会发生吸收和散射的特性，通过测量利用射线透过物体时，会发生吸收和散射的特性，通过测量材料中因缺陷存在影响射线的吸收来来探测缺陷的方法。射线探伤法有：材料中因缺陷存在影响射线的吸收来来探测缺陷的方法。射线探伤法有：X射线、射线、Y射线、中子射线几种，常用射线、中子射线几种，常用X射线探伤法。射线探伤法。二二 氧氧 化化 碳碳 气气 体体 保保 护护 焊焊 常常 识识 定义：以二氧化碳作为保护气体的焊接方法

20、。定义：以二氧化碳作为保护气体的焊接方法。在应用方面操在应用方面操作简单，适合自动焊和全方位焊接。作简单，适合自动焊和全方位焊接。 特点：特点：1焊接成本低焊接成本低其成本只有埋弧焊和手工电弧焊的其成本只有埋弧焊和手工电弧焊的4050%。2生产效率高生产效率高其生产率是手工电弧焊的其生产率是手工电弧焊的14倍。倍。3操作简便操作简便明弧，对工件厚度不限，可进行全位置焊接而明弧，对工件厚度不限，可进行全位置焊接而且可以向下焊接。且可以向下焊接。4焊缝抗裂性能高焊缝抗裂性能高焊缝低氢且含氮量也较少。焊缝低氢且含氮量也较少。5焊后变形较小焊后变形较小角变形为千分之五，不平度只有千分之三。角变形为千分

21、之五，不平度只有千分之三。6焊接飞溅小焊接飞溅小当采用超低碳合金焊丝或药芯焊丝，或在当采用超低碳合金焊丝或药芯焊丝，或在CO2中加入中加入Ar，都可以降低焊接飞溅。，都可以降低焊接飞溅。 二二 氧氧 化化 碳碳 气气 体体 保保 护护 焊焊 特特 点点 二氧化碳气体保护焊的保护效果二氧化碳气体保护焊的保护效果 CO2气体保焊是利用气体保焊是利用CO2气体作为保护气体的一种电弧焊。气体作为保护气体的一种电弧焊。CO2气体本身是一种活性气体，它的保护作用主要是使焊接区与气体本身是一种活性气体，它的保护作用主要是使焊接区与空气隔离，防止空气中的氮气对熔池金属的有害作用，因为一旦空气隔离，防止空气中的

22、氮气对熔池金属的有害作用，因为一旦焊缝金属被氮化和氧化，设法脱氧是很容易实现的，而要脱氮就焊缝金属被氮化和氧化，设法脱氧是很容易实现的，而要脱氮就很困难。很困难。CO2气保焊在气保焊在CO2保护下能很好地排除氮气。在电弧的保护下能很好地排除氮气。在电弧的高温作用下（高温作用下（5000K以上），以上），CO2气体全部分解成气体全部分解成CO+ O，可使，可使保护气体增加一倍。同时由于分解吸热的作用，使电弧因受到冷保护气体增加一倍。同时由于分解吸热的作用，使电弧因受到冷却的作用而产生收缩，弧柱面积缩小，所以保护效果非常好。却的作用而产生收缩，弧柱面积缩小，所以保护效果非常好。 二二 氧氧 化化

23、碳碳 气气 体体 保保 护护 焊焊 特特 点点 二氧化碳气体保护焊的冶金特点二氧化碳气体保护焊的冶金特点 CO2气保焊时，合金元素的烧损，焊缝中的气孔和焊接时的飞气保焊时，合金元素的烧损，焊缝中的气孔和焊接时的飞溅，这三方面是溅，这三方面是CO2气保焊的主要问题，而这些问题都与电弧气气保焊的主要问题，而这些问题都与电弧气氛的氧化性有关。因为只有当电弧温度在氛的氧化性有关。因为只有当电弧温度在5000K以上时，以上时，CO2气气体才能完全分解，但在一般的体才能完全分解，但在一般的CO2气保焊电弧气氛中，往往只有气保焊电弧气氛中，往往只有4060%左右的左右的CO2气体完全分解，所以在电弧气氛中同

24、时存在气体完全分解，所以在电弧气氛中同时存在CO2、CO和和O气氛对熔池金属有严重的氧化作用。气氛对熔池金属有严重的氧化作用。 脱氧措施脱氧措施 由上述合金元素的氧化情况可知，由上述合金元素的氧化情况可知，Si、Mn元素的氧化结果能生元素的氧化结果能生成硅酸盐熔渣，因此在成硅酸盐熔渣，因此在CO2气保焊中的脱氧措施主要是在焊丝或气保焊中的脱氧措施主要是在焊丝或药芯的药中加药芯的药中加Si、Mn作为脱氧剂。有时加入一些作为脱氧剂。有时加入一些Al、Ti，但是，但是Al加入太多会降低金属的抗热裂纹能力，而加入太多会降低金属的抗热裂纹能力，而Ti极易氧化，不能单独极易氧化，不能单独作为脱氧剂。利用作

25、为脱氧剂。利用Si、Mn联合脱氧时，对联合脱氧时，对Si、Mn的含量有一定的含量有一定的比例要求。的比例要求。Si过高也会降低抗热裂纹能力，过高也会降低抗热裂纹能力，Mn过高会使焊缝金过高会使焊缝金属的抗冲击值下降，一般控制焊丝含属的抗冲击值下降，一般控制焊丝含Si量为量为1%左右，含左右，含Mn量为量为12%左右。左右。 二二 氧氧 化化 碳碳 气气 体体 保保 护护 焊焊 特特 点点 气孔问题气孔问题 一一 CO气孔气孔 CO2气保焊时，由于熔池受到气保焊时，由于熔池受到CO2气流的冷却，使熔池金属凝固较快，若冶金气流的冷却，使熔池金属凝固较快，若冶金反应生成的反应生成的CO气体是发生在熔

26、池快凝固的时候，则很容易生成气体是发生在熔池快凝固的时候，则很容易生成CO气孔，但是只气孔，但是只要焊丝选择合理，产生要焊丝选择合理，产生CO气孔的可能性很小。气孔的可能性很小。 二二 N2气孔气孔 当气体保护效果不好时，如气体流量太小或太大；保护气不纯；喷嘴被堵塞；当气体保护效果不好时，如气体流量太小或太大；保护气不纯；喷嘴被堵塞；或室外焊接时遇风；使气体保护受到破坏，大量空气侵入熔池，将引起或室外焊接时遇风；使气体保护受到破坏，大量空气侵入熔池，将引起N2气孔。气孔。 三三 H2气孔气孔 在在CO2气保焊时产生气保焊时产生H2气孔的机率不大，因为气孔的机率不大，因为CO2气体本身具有一定的氧化性，气体本身具有一定的氧化性，可以制止氢的有害作用，所以可以制止氢的有害作用，所以CO2气保焊时对铁锈和水分没有埋弧焊和氩弧焊那气保焊时对铁锈和水分没有埋弧焊和氩弧焊那样敏感，但是如果焊件表面的油污以及水分太多，则在电弧的高温作用下，将会样敏感，但是如果焊件表面的油污以及水分太多，则在电弧的高温作用下，将会分解出分解出H2，当其量超过，当其量超过CO2气保焊时氧化性对氢