第二章(缺陷及影响因素)-《材料成型检测技术》-修改3

第一节焊接缺陷的概念及分类

第二章焊接缺陷一、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。二、焊接缺陷的分类不同的焊接方法产生的缺陷类型不同，熔化焊产生的焊接缺陷主要有以下几类：

1、坡口和装配缺陷

2、焊缝形状、尺寸和焊缝外部缺陷

3、焊缝内部的工艺性缺陷

4、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、耐蚀性和其他物理化学性能不符合要求等第二章

焊接缺陷

国家标准GB6417中将焊接缺陷分为六类：1、裂纹2、固体夹杂3、未熔合和未焊透4、孔穴5、形状缺陷（新标准为：“形状和尺寸不良”）6、其他缺陷第二章

焊接缺陷第二节焊接缺陷的特征及分布一、裂纹

1、裂纹外观形貌（裂纹的形态）

2、裂纹产生的温度范围

热裂纹—固相线附近，主要分布在焊缝或热影响区的过热区，沿晶断裂。

冷裂纹—Ms点以下，分布在焊缝、HAZ，沿晶、穿晶断裂。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。根据三、固体夹杂

1、夹渣

2、夹钨第二章

焊接缺陷四、未焊透和未熔合

1、未熔合

分布特征：坡口侧壁多层焊层间焊缝根部

2、未焊透五、形状缺陷

1、咬边

2、焊瘤

3、烧穿和下榻

4、错边和角变形

5、焊缝尺寸、形状不符合要求六、其他缺陷第二章

焊接缺陷第三节、产生（焊接）缺陷的影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：

1、宏观因素：材料结构焊接工艺2、微观元素：冶金方面——结晶、冶金反应等应力方面——热应力、残余应力、应力引起的应变或变形等。第二章

焊接缺陷一、热裂纹1、结晶裂纹（结晶裂纹的形态分布）机理：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。（1）材料因素

与母材及焊材有关，材料中S、P杂质及C、Ni等含量高；Mn/S不合适等。（2）结构因素

焊缝附近的刚度大——拘束度大、板厚接头形式不合适接头附近应力集中

第二章

焊接缺陷3）工艺因素焊接线能量——过大；焊接顺序——不合适（不能够自由收缩，内拉应力增大）；焊缝尺寸——不符合要求（熔深/熔宽过大）；层间温度——过高。第二章

焊接缺陷2、液化裂纹（HAZ近缝区液化裂纹）（液化裂纹的形态分布）

机理：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。主要沿奥氏体晶界开裂。（1）材料因素只与母材有关，含有较多的P、S杂质及Si、B、Ni、Cr等元素。

B——在Fe、Ni中溶解度很小（0.003%～0.005%），微量的B就易形成晶界偏析，形成B化物和低熔共晶。

Si——对于铝合金，Si是作为杂质存在的，易和Al形成低熔共晶。

（2）结构因素焊缝附近刚度大（厚板、大拘束构件）应力集中（3）工艺因素焊接线能量——影响最大；熔池形状——倒草帽形易在熔合线的凹陷处产生。第二章

焊接缺陷3、多边化裂纹多发生在纯金属或单相奥氏体合金的焊缝，个别情况下出现在HAZ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，断口上呈现位移的滑移线。机理：由于晶格缺陷的迁移和聚集，形成“二次边界”，即所谓的“多边化边界”。边界上聚集了大量的晶格缺陷，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。（1）材料因素母材合金成分——Cr-Ni单相合金中提高多边化所需的激活能的元素：Mo、W、Ti、Ta等；高温δ相也能够阻碍位错移动。（2）结构因素应力状态——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。（3）工艺因素温度越高，多边化过程所需的时间越短，加速形成多边化裂纹。

第二章焊接缺陷4、再热裂纹焊后在进行消应力处理或在一定温度（550℃～650℃）下长时间工作时，在HAZ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。机理：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(晶界弱化学说）。另外，钢中的Cr、Mo、V、Ti、Nb等元素在消应力过程中形成C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形集中在晶界，形成再热裂纹。（1）材料因素：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C及Cr、Mo、V、Ti、Nb等元素的合金中。

第二章焊接缺陷（2）结构因素设计不合理——应力集中

坡口形式——拘束度（3）工艺因素焊接时热输入增加使HAZ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区（550℃～650℃）等。第二章焊接缺陷二、冷裂纹（冷裂纹产生的部位）延迟裂纹——H致裂纹主要有淬硬脆化裂纹——淬火裂纹低塑性脆化裂纹——如铸铁焊接裂纹

1、H致裂纹焊缝中的H分两种：残余H和扩散H，其中扩散H对裂纹的产生起决定性的作用。（1）材料因素钢中的C、合金元素多；焊材中的H含量较高。（2）结构因素应力——结构拘束度大（设计不合理）、板厚应力集中——焊缝处于应力集中区、坡口形式不合适等（3）工艺因素线能量小冷却速度快焊材选择及其处理不当焊后处理不当等

第二章

焊接缺陷2、淬火裂纹

焊后立即产生，无延迟现象（1）材料因素主要与材料的淬硬倾向有关（钢中的含C及合金元素增加）。高碳钢、马氏体钢及异种钢焊接时易出现。（2）结构因素和H致裂纹相同（3）工艺因素焊材——选择不合适预热——温度不够后热——未及时后热或后热温度低第二章

焊接缺陷3、低塑性脆化裂纹（1）材料因素低塑性材料——铸铁、堆焊硬质合金、高铬合金等（2）结构因素拘束度大不均匀的受热——热应力（3）工艺因素工艺不合适——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。

第二章

焊接缺陷三、层状撕裂（层状撕裂类型）沿轧制方向出现的一种阶梯状裂纹（台阶状）。

1、材料因素

与非金属杂质含量及其分布形态有关。

2、结构因素

Z向拘束力——厚板焊后残余应力应力集中——T形接头、角接头和十字接头等

3、工艺因素线能量过大——过热、粗晶预热及预热温度控制层间温度第二章

焊接缺陷四、气孔气孔可分为：表面气孔和内部气孔及CO、H和N气孔等。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，气体溶解度突然下降，来不及逸出而残留在焊缝中（H和N）。

——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。材料的氧化性焊件和焊材的清洁熔池存在时间电弧的稳定性电弧长度焊丝的干伸长度或导电嘴到工件的距离保护气氛第二章

焊接缺陷五、夹杂（渣）(图)

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影响因素：材料、工艺等母材和焊材中的夹杂物含量高焊缝脱氧、脱硫不充分保护不好熔渣的粘度高

Mn/S达不到要求（小）焊接速度快焊接线能量第二章

焊接缺陷六、未熔合和未焊透

未熔合：主要与材料和焊接工艺有关表面氧化膜热物理性能线能量电弧稳定性（磁偏吹等）

未焊透：主要与结构、焊接工艺有关坡口不合适（角度、钝边、间隙等）电流小、电压大焊接速度焊工操作不当

第二章

焊接缺陷七、形状缺陷

1、咬边主要与工艺有关电流过大立焊、仰焊运条方式及角度等

2、焊瘤主要与结构、工艺有关坡口角度小电流小、电压大焊速慢电弧不稳定操作不当等第二章

焊接缺陷3、烧穿和下榻主要与材料、结构、工艺有关材料的高温强度低薄板及管子坡口间隙大、钝边小焊接电流大焊速慢无垫板或垫板的托力不够操作不当等

4、错边主要与结构和工艺有关结构设计不合理装配不正确焊接夹具操作不当等第二章

焊接缺陷5、角变形主要与结构、工艺有关坡口形状（填充金属量及受热面积情况等）坡口角度板厚（填充金属量或焊缝层数）焊接顺序线能量控制措施（反变形等）焊接夹具等第二章

焊接缺陷6、焊缝尺寸、形状不符合要求与材料、结构和工艺有关

熔渣的粘度熔渣的表面张力坡口形状和尺寸装配间隙焊接规范不合适（电流、电压、速度）