第二章(缺陷及影响因素)——《材料成型检测技术》--修改3

1、一、焊接缺陷的概念一、焊接缺陷的概念 在焊接时，在构件或加工处所产生的不符在焊接时，在构件或加工处所产生的不符合标准要求的缺欠（如不符合产品标准要求的合标准要求的缺欠（如不符合产品标准要求的气孔、夹杂、裂纹等）称为焊接缺陷。气孔、夹杂、裂纹等）称为焊接缺陷。二、焊接缺陷的分类二、焊接缺陷的分类 不同的焊接方法产生的缺陷类型不同，熔不同的焊接方法产生的缺陷类型不同，熔化焊产生的焊接缺陷主要有以下几类：化焊产生的焊接缺陷主要有以下几类： 1、坡口和装配缺陷、坡口和装配缺陷 2、焊缝形状、尺寸和焊缝外部缺陷、焊缝形状、尺寸和焊缝外部缺陷 3、焊缝内部的工艺性缺陷、焊缝内部的工艺性缺陷 4、焊接接头的

2、力学性能不符合要求、焊接接头的力学性能不符合要求 5、焊接接头和焊缝金属组织、耐蚀性和其他、焊接接头和焊缝金属组织、耐蚀性和其他物理化学性能不符合要求等物理化学性能不符合要求等 国家标准国家标准GB6417中将焊接缺中将焊接缺陷分为六类陷分为六类：1、裂纹、裂纹2、固体夹杂、固体夹杂3、未熔合和未焊透、未熔合和未焊透4、孔穴、孔穴5、形状缺陷（新标准为：、形状缺陷（新标准为：“形形状和尺寸不良状和尺寸不良”）6、其他缺陷、其他缺陷第二节第二节 焊接缺陷的特征及分布焊接缺陷的特征及分布一、裂纹一、裂纹 1、裂纹外观形貌（、裂纹外观形貌（裂纹的形态裂纹的形态） 2、裂纹产生的温度范围、裂纹产生的温

3、度范围 热裂纹热裂纹固相线附近，主要固相线附近，主要 分布在焊缝或热影响区的分布在焊缝或热影响区的过热区，沿晶断裂。过热区，沿晶断裂。 冷裂纹冷裂纹Ms点以下，分布在焊缝、点以下，分布在焊缝、HAZ，沿晶、穿晶，沿晶、穿晶断裂。断裂。二、气孔二、气孔 气孔是焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留气孔是焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留在焊缝中形成的孔穴。不同的气孔有不同的形态。主要有在焊缝中形成的孔穴。不同的气孔有不同的形态。主要有条形、蠕虫状、球状等。条形、蠕虫状、球状等。根据根据三、固体夹杂三、固体夹杂 1、夹渣、夹渣 2、夹钨、夹钨四、未焊透和未熔合四、未焊透和未熔合 1、未

4、熔合、未熔合 分布特征：分布特征： 坡口侧壁坡口侧壁 多层焊层间多层焊层间 焊缝根部焊缝根部 2、未焊透、未焊透五、形状缺陷五、形状缺陷 1、咬边、咬边 2、焊瘤、焊瘤 3、烧穿和下榻、烧穿和下榻 4、错边和角变形、错边和角变形 5、焊缝尺寸、形状不符合要求、焊缝尺寸、形状不符合要求六、其他缺陷六、其他缺陷第三节、产生（焊接）缺陷的影第三节、产生（焊接）缺陷的影响因素及质量控制响因素及质量控制对于熔化焊，产生缺陷的影响因素主要有：对于熔化焊，产生缺陷的影响因素主要有： 1、宏观因素：、宏观因素： 材料材料 结构结构 焊接工艺焊接工艺2、微观元素：、微观元素： 冶金方面冶金方面结晶、冶金反应等结

5、晶、冶金反应等 应力方面应力方面热应力、残余应力、应热应力、残余应力、应 力引起的应变或变形等。力引起的应变或变形等。一、热裂纹一、热裂纹1、结晶裂纹（、结晶裂纹（结晶裂纹的形态分布结晶裂纹的形态分布）机理：机理：焊缝金属凝固后期，低熔共晶液态薄焊缝金属凝固后期，低熔共晶液态薄膜在拉伸应力作用下开裂形成裂纹。膜在拉伸应力作用下开裂形成裂纹。 （1）材料因素）材料因素 与母材及焊材有关，材料中与母材及焊材有关，材料中S、P杂质及杂质及C、Ni等等含量高；含量高；Mn/S不合适等。不合适等。 （2）结构因素）结构因素 焊缝附近的刚度大焊缝附近的刚度大拘束度大、板厚拘束度大、板厚 接头形式不合适接头

6、形式不合适 接头附近应力集中接头附近应力集中 3）工艺因素）工艺因素 焊接线能量焊接线能量过大；过大； 焊接顺序焊接顺序不合适（不能够自由收缩，内拉不合适（不能够自由收缩，内拉应力增大）；应力增大）； 焊缝尺寸焊缝尺寸不符合要求（熔深不符合要求（熔深/熔宽过大）；熔宽过大）； 层间温度层间温度过高。过高。2、液化裂纹（、液化裂纹（HAZ近缝区液化裂纹）（近缝区液化裂纹）（ 液化裂液化裂纹的形态分布纹的形态分布 ） 机理：机理：焊接时的高温作用使晶界上的低熔共晶熔焊接时的高温作用使晶界上的低熔共晶熔化，在拉应力作用下开裂形成裂纹。主要沿奥氏化，在拉应力作用下开裂形成裂纹。主要沿奥氏体晶界开裂。体

7、晶界开裂。 （1）材料因素）材料因素 只与母材有关，含有较多的只与母材有关，含有较多的P、S杂质及杂质及Si、B、Ni、Cr等元素。等元素。 B在在Fe、Ni中溶解度很小（中溶解度很小（0.003%0.005%），），微量的微量的B就易形成晶界偏析，形成就易形成晶界偏析，形成B化物和低熔共晶。化物和低熔共晶。 Si对于铝合金，对于铝合金，Si是作为杂质存在的，易和是作为杂质存在的，易和Al形成形成低熔共晶。低熔共晶。 （2）结构因素）结构因素 焊缝附近刚度大（厚板、大拘束构件）焊缝附近刚度大（厚板、大拘束构件） 应力集中应力集中 （3）工艺因素）工艺因素 焊接线能量焊接线能量影响最大；影响最大

8、； 熔池形状熔池形状倒草帽形易在熔合线的凹陷处产生。倒草帽形易在熔合线的凹陷处产生。3、多边化裂纹、多边化裂纹 多发生在多发生在纯金属或单相奥氏体合金纯金属或单相奥氏体合金的焊缝，个别的焊缝，个别情况下出现在情况下出现在HAZ固相线稍下的高温区，大多呈沿柱固相线稍下的高温区，大多呈沿柱状晶晶界，裂纹附近有再结晶晶粒，断口上呈现位移状晶晶界，裂纹附近有再结晶晶粒，断口上呈现位移的滑移线。的滑移线。机理：机理：由于晶格缺陷的迁移和聚集，形成由于晶格缺陷的迁移和聚集，形成“二次边二次边界界”，即所谓的，即所谓的“多边化边界多边化边界”。边界上聚集了大量。边界上聚集了大量的晶格缺陷，组织的性能差，高温

9、时的强度和塑性差，的晶格缺陷，组织的性能差，高温时的强度和塑性差，即使微小的拉应力就会产生开裂，形成裂纹。即使微小的拉应力就会产生开裂，形成裂纹。 （1）材料因素）材料因素 母材合金成分母材合金成分Cr-Ni单相合金单相合金中提高多边化中提高多边化所需的激活能的元素：所需的激活能的元素：Mo、W、Ti、Ta等；高温等；高温相相也能够阻碍位错移动。也能够阻碍位错移动。 （2）结构因素）结构因素 应力状态应力状态应力增加原子的活动性，加速多边应力增加原子的活动性，加速多边化过程。应力、应力集中等都会增大裂纹倾向。化过程。应力、应力集中等都会增大裂纹倾向。 （3）工艺因素）工艺因素 温度越高，多边化

10、过程所需的时间越短，加速温度越高，多边化过程所需的时间越短，加速形成多边化裂纹。形成多边化裂纹。 4、再热裂纹、再热裂纹 焊后在进行消应力处理或在一定温度（焊后在进行消应力处理或在一定温度（550650）下长时间工作时，在）下长时间工作时，在HAZ粗晶区部位产生的粗晶区部位产生的裂纹，称为再热裂纹或消除应力处理裂纹。裂纹，称为再热裂纹或消除应力处理裂纹。机理机理：在重新加热时，粗晶区的杂质在晶界析出使晶：在重新加热时，粗晶区的杂质在晶界析出使晶界脆化，塑性下降，裂纹敏感性增加界脆化，塑性下降，裂纹敏感性增加(晶界弱化学晶界弱化学说）。另外，钢中的说）。另外，钢中的Cr、Mo、V、Ti、Nb等元

11、素在等元素在消应力过程中形成消应力过程中形成C化物析出，造成晶内的二次硬化，化物析出，造成晶内的二次硬化，同时使晶界相对弱化，应力松弛过程中产生的塑性变同时使晶界相对弱化，应力松弛过程中产生的塑性变形集中在晶界，形成再热裂纹。形集中在晶界，形成再热裂纹。 （ 1）材料因素：）材料因素： 多发生在低合金高强钢、珠光体耐热钢、奥氏体多发生在低合金高强钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢、镍基合金等强度高、含有较多不锈钢、镍基合金等强度高、含有较多C及及 Cr、Mo、V、Ti、Nb等元素的合金中。等元素的合金中。 （2）结构因素）结构因素 设计不合理设计不合理应力集中应力集中 坡口形式坡口形式拘束度拘束度

12、 （3）工艺因素）工艺因素 焊接时热输入增加使焊接时热输入增加使HAZ宽且晶粒粗大；焊缝尺宽且晶粒粗大；焊缝尺寸及焊接缺陷；焊接顺序及后热时没有避开敏感温度寸及焊接缺陷；焊接顺序及后热时没有避开敏感温度区（区（550650）等。）等。二、冷裂纹（二、冷裂纹（冷裂纹产生的部位冷裂纹产生的部位） 延迟裂纹延迟裂纹H致裂纹致裂纹主要有主要有 淬硬脆化裂纹淬硬脆化裂纹淬火裂纹淬火裂纹 低塑性脆化裂纹低塑性脆化裂纹如铸铁焊接裂纹如铸铁焊接裂纹 1、H致裂纹致裂纹 焊缝中的焊缝中的H分两种：残余分两种：残余H和扩散和扩散H，其中扩散，其中扩散H对裂对裂纹的产生起决定性的作用。纹的产生起决定性的作用。 （1

13、）材料因素）材料因素 钢中的钢中的C、合金元素多；焊材中的、合金元素多；焊材中的H含量较高。含量较高。 （2）结构因素）结构因素 应力应力结构拘束度大（设计不合理）、板厚结构拘束度大（设计不合理）、板厚 应力集中应力集中焊缝处于应力集中区、坡口形式不焊缝处于应力集中区、坡口形式不 合适等合适等 （3）工艺因素）工艺因素 线能量小线能量小 冷却速度快冷却速度快 焊材选择及其处理不当焊材选择及其处理不当 焊后处理不当等焊后处理不当等 2、淬火裂纹、淬火裂纹 焊后立即产生，无延迟现象焊后立即产生，无延迟现象 （1）材料因素）材料因素 主要与材料的淬硬倾向有关（钢中的含主要与材料的淬硬倾向有关（钢中的

14、含C及合金及合金元素增加）。高碳钢、马氏体钢及异种钢焊接时易出元素增加）。高碳钢、马氏体钢及异种钢焊接时易出现。现。 （2）结构因素）结构因素 和和H致裂纹相同致裂纹相同 （3）工艺因素）工艺因素 焊材焊材选择不合适选择不合适 预热预热温度不够温度不够 后热后热未及时后热或后热温度低未及时后热或后热温度低3、低塑性脆化裂纹、低塑性脆化裂纹 （1）材料因素）材料因素 低塑性材料低塑性材料铸铁、堆焊硬质合金、高铬合金等铸铁、堆焊硬质合金、高铬合金等 （2）结构因素）结构因素 拘束度大拘束度大 不均匀的受热不均匀的受热热应力热应力 （3）工艺因素）工艺因素 工艺不合适工艺不合适如铸铁冷焊时应采取小电

15、流、分散如铸铁冷焊时应采取小电流、分散和短段焊、焊后锤击、加退火焊道等工艺。和短段焊、焊后锤击、加退火焊道等工艺。 三、层状撕裂（三、层状撕裂（层状撕裂类型层状撕裂类型） 沿轧制方向出现的一种阶梯状裂纹（台沿轧制方向出现的一种阶梯状裂纹（台阶状）。阶状）。 1、材料因素、材料因素 与非金属杂质含量及其分布形态有关。与非金属杂质含量及其分布形态有关。 2、结构因素、结构因素 Z向拘束力向拘束力厚板厚板 焊后残余应力焊后残余应力 应力集中应力集中T形接头、角接头和十字接头等形接头、角接头和十字接头等 3、工艺因素、工艺因素 线能量过大线能量过大过热、粗晶过热、粗晶 预热及预热温度预热及预热温度 控

16、制层间温度控制层间温度四、气孔四、气孔 气孔可分为：表面气孔和内部气孔及气孔可分为：表面气孔和内部气孔及CO、H和和N气孔等。气孔等。 形成气孔的气体分两类：形成气孔的气体分两类： 高温时溶解到熔池金属中，凝固和相变时时，高温时溶解到熔池金属中，凝固和相变时时，气体溶解度突然下降，来不及逸出而残留在焊缝中气体溶解度突然下降，来不及逸出而残留在焊缝中（H和和N）。）。 冶金反应产生的不溶入金属的气体（冶金反应产生的不溶入金属的气体（CO）。）。 影响因素也是材料、工艺及结构有关。影响因素也是材料、工艺及结构有关。 材料的氧化性材料的氧化性 焊件和焊材的清洁焊件和焊材的清洁 熔池存在时间熔池存在时

17、间 电弧的稳定性电弧的稳定性 电弧长度电弧长度 焊丝的干伸长度或导电嘴到工件的距离焊丝的干伸长度或导电嘴到工件的距离 保护气氛保护气氛 五、夹杂（渣）五、夹杂（渣）(图图) 夹杂主要有：氧化物、氮化物和硫化物夹杂主要有：氧化物、氮化物和硫化物 夹渣主要是焊接熔渣等杂物夹渣主要是焊接熔渣等杂物 影响因素：材料、工艺等影响因素：材料、工艺等 母材和焊材中的夹杂物含量高母材和焊材中的夹杂物含量高 焊缝脱氧、脱硫不充分焊缝脱氧、脱硫不充分 保护不好保护不好 熔渣的粘度高熔渣的粘度高 Mn/S达不到要求（小）达不到要求（小） 焊接速度快焊接速度快 焊接线能量焊接线能量六、未熔合和未焊透六、未熔合和未焊透

18、 未熔合：未熔合：主要与材料和焊接工艺有关主要与材料和焊接工艺有关 表面氧化膜表面氧化膜 热物理性能热物理性能 线能量线能量 电弧稳定性（磁偏吹等）电弧稳定性（磁偏吹等） 未焊透：未焊透：主要与结构、焊接工艺有关主要与结构、焊接工艺有关 坡口不合适（角度、钝边、间隙等）坡口不合适（角度、钝边、间隙等） 电流小、电压大电流小、电压大 焊接速度焊接速度 焊工操作不当焊工操作不当 七、形状缺陷七、形状缺陷 1、咬边、咬边 主要与工艺有关主要与工艺有关 电流过大电流过大 立焊、仰焊立焊、仰焊 运条方式及角度等运条方式及角度等 2、焊瘤、焊瘤 主要与结构、工艺有关主要与结构、工艺有关 坡口角度小坡口角度

19、小 电流小、电压大电流小、电压大 焊速慢焊速慢 电弧不稳定电弧不稳定 操作不当等操作不当等3、烧穿和下榻、烧穿和下榻 主要与材料、结构、工艺有关主要与材料、结构、工艺有关 材料的高温强度低材料的高温强度低 薄板及管子薄板及管子 坡口间隙大、钝边小坡口间隙大、钝边小 焊接电流大焊接电流大 焊速慢焊速慢 无垫板或垫板的托力不够无垫板或垫板的托力不够 操作不当等操作不当等 4、错边、错边 主要与结构和工艺有关主要与结构和工艺有关 结构设计不合理结构设计不合理 装配不正确装配不正确 焊接夹具焊接夹具 操作不当等操作不当等 5、角变形、角变形 主要与结构、工艺有关主要与结构、工艺有关 坡口形状（填充金属

20、量及受热面积情坡口形状（填充金属量及受热面积情况等）况等） 坡口角度坡口角度 板厚（填充金属量或焊缝层数）板厚（填充金属量或焊缝层数） 焊接顺序焊接顺序 线能量线能量 控制措施（反变形等）控制措施（反变形等） 焊接夹具等焊接夹具等6、焊缝尺寸、形状不符合要求、焊缝尺寸、形状不符合要求 与材料、结构和工艺有关与材料、结构和工艺有关 熔渣的粘度熔渣的粘度 熔渣的表面张力熔渣的表面张力 坡口形状和尺寸坡口形状和尺寸 装配间隙装配间隙 焊接规范不合适（电流、电压、速度）焊接规范不合适（电流、电压、速度） 操作（运条角度和方式等）操作（运条角度和方式等）7、其他缺陷、其他缺陷 电弧擦伤电弧擦伤 飞溅飞溅 一、钎焊接头缺陷一、钎焊接头缺陷 1、致密性缺陷、致密性缺陷 夹渣、夹