接头应力缺陷焊接质量检验

接头应力缺陷焊接质量检验第1页/共50页一、第三节、焊接接头的分类及接头形式二、第四节、坡口形式、坡口角度和坡口面角度的含义三、第八节、焊接缺陷与焊接质量检验四、第六章、第一节、焊接应力与变形第2页/共50页第五章、焊条电弧焊第三节、焊接接头的分类及接头形式P88第3页/共50页对接接头T型接头角接接头搭接接头套管接头端接接头锁底对接接头斜对接接头卷边接头十字接头焊接接头的分类第4页/共50页应用最广泛的四种焊接接头1对接接头2T形接头3角接接头4搭接接头1-2＜621-26-4060°60°212-6022220-60R=3~51、对接接头两焊件端面相对平行的接头叫对接接头。

（1）Ⅰ形坡口的对接接头（2）开坡口的对接接头接头形式第5页/共50页较薄板的厚度δ1／

mm≥2～

5

≥5～

9≥9～

12

≥12

允许厚度差（δ-δ1）／

mm

1

234不同厚度钢板对接允许厚度差焊接接头处钢板厚度最好相等，这样焊接时受热均匀，容易保证焊接质量。不同厚度金属对焊时，如果两板厚度差不超过下表的规定，则接头的基本形式和尺寸应按厚板选取，，如表所示。如厚度超过表中规定值，则应在较厚的板上加工出单面或双面削薄L≥3（δ-δ1）

第6页/共50页2、T形接头一焊件端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头。2-300-255°224-3055°10-402240-6022R1520°（1）不开坡口的T形接头（2）开坡口的T形接头第7页/共50页3、角接接头两焊件端面间构成大于30、小于135夹角的接头1±12-52212-3060°2220-4055°224-3055°（1）不开坡口的角接接头（2）开坡口的角接接头第8页/共50页4.搭接接头两焊件部分重叠构成的接头

3-5δδ第9页/共50页四种接头形式的受力特点1、

对接接头受力最好，因此应用最广泛。2、T形接头能承受各种方向的力和力矩，应用仅次于对接接头。3、

角接接头受力状况差，只用在不重要的结构。4、搭接接头的应力分布不均匀，疲劳强度较低。对于承受动载荷的接头不宜采用。焊缝区焊接接头热影响区焊接接头示意图第10页/共50页从熔池底向中心凝固各个方向凝固速度不同柱状铸态组织铁素体＋少量珠光体杂质集中在焊缝中心，影响焊缝质量焊缝金属结晶特点熔池结晶示意如图所示。

焊缝的柱状树枝晶熔池结晶示意第11页/共50页焊缝的热影响区1－融合区0.1~1mm，关键2－过热区脆性比融合区更大3－正火区力学性能优于母材4－部分相变区比正火区稍差不同焊接方法热影响区宽度不同焊后正火改善接头性能焊接接头=焊缝区+热影响区热影响区焊缝区焊接接头图4-6低碳钢焊接接头的组织变化第12页/共50页焊接接头的组织与性能1.焊缝

焊缝的结晶将影响焊缝的力学性能，应慎重选用焊条或其它焊接材料。焊接时，焊接材料的渗合金作用，焊缝金属中锰、硅等合金元素含量可能比母材（即焊件）金属高，焊缝金属的性能可能不低于母村金属的性能。2．焊接热影响区

（1）熔合区熔化的金属凝固成铸态组织，因加热温度过高而成为过热粗晶，易引起应力集中，所以熔合区在很大程度上决定着焊接接头的性能

（2）过热区奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，故塑性及韧性降低。对于易淬火硬化钢材，此区脆性更大。

（3）正火区加热时金属发生重结晶，转变为细小的奥氏体晶粒。冷却后得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织，其力学性能优于母材。

（4）部分相变区珠光体和部分铁素体发生重结晶，转变成细小的奥氏体晶粒。部分铁素体不发生相变，但其晶粒有长大趋势。冷却后晶粒大小不均，因而力学性能比正火区稍差。焊接热影响区的大小和组织性能变化的程度，决定于焊接方法、焊接参数、接头形式和焊后冷却速度等因素。

#焊接熔池中的金属从液态转变成固态为一次结晶→液态→固体晶态#焊接熔池中的金属形成固态后温度进一步下降→二次结晶（重结晶）：固体晶态→另一种固体晶态第13页/共50页改善焊接热影响区组织和性能的方法减少热影响区尺寸；热影响区尺寸越小对焊接产品质量影响越小。尽量采用热量比较集中的焊接方法。对于低合金钢焊接结构或热影响区较大的，焊后必须进行处理，通常可用正火的方法，细化晶粒，均匀组织，改善焊接接头的质量；对于焊后不能进行热处理的焊接结构，只能通过正确选择焊接方法，合理制定焊接工艺来减小热影响区，以保证焊接质量。第14页/共50页第四节、坡口形式、坡口角度和坡口面角度的含义坡口面角度定义；待加工坡口端面与坡口面之间的夹角。(一)坡口形式

根据坡口的形状，坡口分成I形(不开坡口)、V形、Y形、双Y形、U形、双U形、单边V形、双单边Y形、J形等各种坡口形式。(1)坡口面

待焊件上的坡口表面叫坡口面。(2)坡口面角度和坡口角度

待加工坡口的端面与坡口面之间的夹角叫坡口面角度，两坡口面之间的夹角叫坡口角度(3)根部间隙

焊前在接头根部之间预留的空隙叫根部间隙，见图1—12。其作用在于打底焊时能保证根部焊透。根部间隙又叫装配间隙。

(4)钝边

焊件开坡口时，沿焊件接头坡口根部的端面直边部分叫钝边，钝边的作用是防止根部烧穿。(5)根部半径

在J形、U形坡口底部的圆角半径叫根部半径(见图1—12)。它的作用是增大坡口根部的空间，以便焊透根部。

第15页/共50页二坡口选择原则及目的1坡口的概念根据设计或工艺需求，将焊件待焊部位加工成一定几何形状的沟槽称为坡口。2坡口选择原则（1）能够保证工件焊透，且便于焊接操作。（2）坡口形状应容易加工。（3）尽可能提高焊接生产率和节省焊条。（4）尽可能减小焊后工件变形。

第16页/共50页3开坡口的目的保证焊件根部焊透，使焊接电弧能深入接头根部，保证焊接质量；同时，起到调节基本金属与填充金属比例的作用。4坡口加工方法坡口的加工方法可根据焊件的尺寸、形状、加工条件来选择，一般有剪切、刨削、车削、热切割、碳弧气刨、铲销或磨削。三坡口基本形式及特点1V形坡口是最常用的坡口形式。它便于加工，焊接时为单面焊，不用翻转工件，但焊后易产生角变形。

2X形坡口是在V形坡口基础上发展起来的。在同样厚度下，能减少焊缝金属量约1/2，并且为对称焊，焊后焊件的残余变形较小，但需要翻转焊件，增加劳动量。3U形坡口在焊件厚度相同的条件下U形坡口的空间面积比V形坡口小的多，当焊件厚度较大只能采用单面焊时，U形坡口可以提高生产率,但加工困难。

第17页/共50页焊接接头的形成和焊缝的形状特征

t—板材厚度α—坡口角度b—根部间隙

H—坡口深度P—钝边高度（留根）K—焊角（焊脚）尺寸

坡口面第18页/共50页对接时钢板厚度在6毫米以下者一般可不开坡口，但对于重要结构，钢板厚度大于3毫米者就要求开坡口。坡口尺寸---坡口角α，间隙b和钝边P。坡口角α一般为60~70°，它主要是为了保证电弧能深入焊缝的根部，从而使焊缝根部能够焊透。钝边P一般为1－3毫米，其作用是为了防止烧穿。间隙b一般为0－3毫米，其作用是为了保证焊缝根部能够焊透。第19页/共50页焊接接头的形成和焊缝的形状特征C—焊缝宽S—熔透深度h—余高R—根部半径第20页/共50页焊接接头形式的选择坡口形式坡口IVUX适用范围焊条电弧焊：钢板厚度>6mm,重要结构>3mm较小厚度的焊条电弧焊。埋弧焊厚度<14mm,单边I形。<25mm,双边I形加工容易变形较大。3～26mm的一般结构20～60mm较重要的结构12～60mm要求变形小的结构焊接坡口的选择第21页/共50页焊接接头形式的选择接头形式特点用途其它对接接头受力比较均匀，检验方便，接头质量容易保证，用途较广重要的受力焊缝，如锅炉、压力容器搭接接头有附加弯矩，要避免采用。但备料、装配较容易受力不大的平面连接，如：厂房屋架、桥梁T形接头角接接头受力情况较复杂接头要求呈直角时采用第22页/共50页第五章、焊条电弧焊

第八节、焊接缺陷与焊接质量检验

一、焊接缺陷

二、焊接质量检验P106第23页/共50页

焊接缺陷焊接缺陷的定义

：“缺陷”指一种或多种不连续的缺欠，按其特性或累加效果致使产品不符合最低使用要求，或者说对焊接接头的合用性构成危险的缺欠称为缺陷。按此定义，缺陷是不容许存在的，必须去除或修补。常见的焊接缺陷1.外观缺陷外观缺陷（表面缺陷）是指不用借助于仪器，从工件表面用肉眼可以发现的缺陷。常见的外观缺陷有咬边、焊瘤、凹陷及焊接变形等，有时还有气孔、表面夹渣和表面裂纹。单面焊的根部未焊透也位于焊缝表面

1）咬边：由于焊接参数选择不当，或操作方法不正确，沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷（如图）。

产生咬边的主要原因是电弧热量太高，即焊接电流太大，焊接速度太快而造成的。咬边第24页/共50页2）内部缺陷内部缺陷是指位于焊接接头内部，用无损检测方法和破坏性试验检测到的缺陷。常见的内部缺陷有裂纹、未焊透、未熔合、夹杂（夹渣、夹钨）气孔等。常用的无损检测方法：RT、UT、PT、MTRT：X射线（周向、定向），γ射线（射线检测）UT：眼设施差法，模拟数字超声检测，数字超声检测（超声检测）PT按渗透剂分为：莹光；着色；莹光、着色（渗透检测）MT按轴向通电方法分为：连续法、剩磁法（磁粉检测）内部缺陷（1）

气孔

焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴。其气体可能是熔池从外界吸收的，也可能是焊接冶金过程中反应生成的。平位焊接气孔第25页/共50页气孔产生的原因：母材坡口或填充金属表面有水、锈、油等，焊条及焊剂未烘干会增加氢气孔量；焊缝金属脱氧不足会增加一氧化碳气孔。焊接线能量过小，熔池冷却速度大，不利于气体逸出；电弧电压过高会增大空气侵入会也会产生气孔。仰焊位和横焊位（气泡上浮受阻）易产生气孔。焊环缝比纵缝（相同厚度）易出气孔（气体逸出路程加大）。SMAW焊接时，焊接电流过大可能产生气孔电弧偏吹（磁场、侧风、焊条偏心）也可能产生气孔。气孔的危害：

气孔减小了焊缝的有效截面积，使焊缝疏松，从而降低了接头的强度，降低塑性，还会引起泄漏。气孔也是引起应力集中的因素。氢气孔还可能促成冷裂纹。仰位焊接123横位焊接气孔气孔第26页/共50页防止气孔的措施①清除焊丝的油污锈蚀等，工件坡口及其附近表面的油污、铁锈、水分和杂物。②焊条、焊剂要彻底烘干。③采用直流反接并用短电弧施焊。④焊前预热，减缓冷却速度。⑤用线能量较大的规范施焊。

q=U*I/V式中：I：焊接电流A；U：电弧电压V；v：焊接速度cm/sQ：线能量J/cm第27页/共50页（2）夹渣夹渣是指焊后熔渣残存在焊缝中的现象。（1）夹渣的分布和形状有单个点状夹渣、条状夹渣、链状夹渣和密集夹渣。夹渣属于非金属氧化物。夹渣产生的原因：①坡口尺寸不合理；②坡口有污物；③多层焊时，层间清渣不彻底；④焊接线能量小；⑤焊缝散热太快，液态金属凝固过快；⑥焊条药皮、焊剂化学成分不合理，冶金反应不完全，脱渣性不好；⑦焊条电弧焊时，焊条摆动不正确，不利于熔渣上浮。夹渣第28页/共50页（3）夹渣的危害：点状夹渣的危害与气孔相似，带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中，尖端还会发展为裂纹源，危害较大。（4）防止夹渣的措施①正确选择焊接规范，掌握运条技术，使熔池中焊剂充分熔化；②采用焊接性能良好的经过烘干的焊条；③严格清理焊件坡口和中间焊道的熔渣。3）裂纹裂纹是金属原子的结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙。裂纹的分类（1）热裂纹：一般是指在焊缝稍低于凝固温度时产生的裂纹，焊接完毕即出现、即液态金属一次结晶时产生的裂纹。这种裂纹多贯穿在焊缝表面，裂纹面上呈氧化色，失去金属光泽，亦有的出现在热影响区。这种裂纹沿晶界开裂，又称结晶裂纹。拉应力低熔点共晶体低熔点共晶体主要是FeS-Fe其熔点为985℃，NiS+Ni其熔点为644℃，NiP+Ni其熔点为880℃，FeP+Fe其熔点为1050℃热裂纹第29页/共50页（2）热裂纹产生原因产生原因：

焊缝金属中含硫、磷量较高时，形成硫、磷化物与铁作用形成低熔点共晶，当低熔点共晶被排挤到晶界形成液态薄膜，构成一薄弱地带，受到拉伸应力作用时就可能使这一薄弱位置形成裂纹。如果基体金属的晶界上也存在着低熔点共晶和杂质，则加热温度超过起熔点的热影响区，在焊接应力的作用下，也可能产生裂纹，这就是热影响区的液化裂纹。热裂纹防止措施：①控制焊缝中有害杂质（如硫、磷）的含量，硫、磷含量应小于0.03%～0.04%。对于重要结构的焊接，应采用碱性焊条或焊剂，可有效地控制有害杂质的含量。②改善焊缝金属的一次结晶，（焊缝金属从液态转为固态的过程为焊缝金属的一次结晶）通过细化晶粒（搅拌熔池、加入能够细化晶粒的元素等措施），可提高焊缝金属的抗裂性。③正确选择合格的焊接工艺，如控制焊接规范，适当提高焊缝成型系数（控制在1.3~2.0之间），采用多层、多道焊等可避免中心线偏析，从而防止中心线产生裂纹。④选择降低焊接应力的措施，也可防止热裂纹的产生。第30页/共50页（2）冷裂纹：

指在焊缝冷至马氏体转变温度（200～300℃）以下产生的裂纹，一般是在焊后一段时间（几小时、几天甚至更长）才出现，又称延迟裂纹，延迟裂纹主要是氢的作用。A）产生原因：主要是由于焊缝金属中形成淬硬组织，扩散氢的存在和富集，存在着较大的焊接拉伸应力。焊件板厚越大，焊接冷却速度越快，越容易出现淬硬组织。

B）防止措施：

选用合格的低氢焊接材料，采用降低扩散氢含量的焊接工艺方法；严格控制氢的来源，如焊条和焊剂应严格按规定的要求烘干，随用随取。严格清理坡口两侧的油、锈、水分以及控制环境温度等。选择合适的焊接工艺，正确地选择焊接规范、预热、缓冷、后热以及焊后热处理等，改善焊缝及热影响区的组织，去氢和消除焊接应力。适当增大焊接线能量有利于提高低合金钢焊接接头的抗冷裂性。改善焊缝金属的性能，加入某些合金元素以提高焊缝金属的塑性。第31页/共50页二、焊接质量检验（一）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；（二）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。（三）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：ｘ射线探伤、γ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。第32页/共50页

射线照相质量标准

根据缺陷的性质和数量，焊缝质量分为四级：

Ⅰ级焊缝内应无裂纹、未熔合、未焊透和条状夹渣；

Ⅱ级焊缝内应无裂纹、未熔合和未焊透；

Ⅲ级焊缝内应无裂纹、未熔合以及双面焊和加垫板的单面焊中的未焊透；

Ⅳ级为焊缝缺陷超过Ⅲ级者。

各种射线照相的性能比较

x射线γ射线

1.焊缝厚度小于50mm时，灵敏1.穿透能力大,能透照300mm钢板；度比γ射线高；2.设备轻便,操作简便；

2.透照时间短,速度快；3.不需要电源,可野外作业；

3.设备复杂,费用大；4.环形焊缝可采用一次曝光；

4.穿透能力小；5.透视时间长；

5.适用厚度30-50mm。6.适用厚度50mm以上。第33页/共50页

2.超声波探伤超声波探伤是利用超声波（频率超过20000Hz的声波)能传入金属材料的深处，并在不同介质的界面上能发生反射的特点来检查焊缝缺陷的一种方法。超声波探伤常使用的频率为2-5MHZ。探伤时，探头发射的超声波通过探测表面的耦合剂（常用的有机油、变压器油、甘油、化学浆糊、水及水玻璃等）将超声波传入工件，超声波在工件里传播，当遇到缺陷和工件底面时，就反射到探头。由探头将超声波变成电讯号，并传到接收放大电路中，经检波后至示波管的垂直偏转板上，在扫描线上出现缺陷反射波（伤波）和底面反射波。通过始波和缺陷之间的距离便可确定缺陷距工件表面的距离。同时通过缺陷波的高度也可估算出缺陷的大小。

超声波探伤的应用范围应用范围很广，不但应用于原材料板、管、型材的探伤，也用于加工产品锻件、铸件、焊接件的探伤。在探伤时，要注意选择探头的扫描方法，要使声波尽量能垂直地射向缺陷面。

第34页/共50页

3.磁粉探伤

磁粉探伤是对铁磁性焊件露在表面或接近表面的缺陷进行无损探伤的方法。

探伤原理

磁粉探伤是利用被磁化了的焊件在缺陷处产生漏磁来发现缺陷的。当焊件被磁化后，焊件中就有磁力线通过，对于断面相同，内部组织均匀的焊件，磁力线是平行均匀分布的。在内部存在缺陷时，由于这些缺陷中存在的物质多是非磁性的，其磁阻很大。所以磁力线在有缺陷处就绕道而行，产生漏磁。这时撒在焊件表面磁粉微粒将向漏磁处移动，磁粉被吸引在有缺陷的金属表面。

显示缺陷的能力与磁化电流、缺陷形状、缺陷离表面的距离以及缺陷与磁力线的相对位置有关。只有缺陷的延伸方向垂直时，显示缺陷的能力最强。第35页/共50页

4.渗透法探伤渗透法探伤包括着色探伤和荧光探伤两种。

（1）着色探伤着色探伤是渗透法表面探伤的一种成本低、使用方便的无损探伤方法。

探伤过程是把焊件表面清理并干燥之后，喷涂一层有强烈色彩的渗透液，待渗入缺陷一定时间后，把表面多余渗透液清除掉。再喷涂上显像剂，它把渗入缺陷内的渗透液吸附出来，在显像剂层上显示出彩色的缺陷图像。目前可发现宽0.01mm，深度不小于0.03-0.04mm的表面缺陷。

第36页/共50页（2）荧光探伤

荧光探伤是利用紫外线照射某些荧光物资产生荧光的特性来进行无损检测焊件表面缺陷的一种方法。探伤时，先在焊件表面涂上渗透性很强的荧光渗透液，停留10min后，除净表面多余的荧光渗透液，待干后，在工件表面撒上一层氧化镁粉（显像剂），振动一下使粉层均匀，显像5min左右，缺陷处的氧化镁粉被荧光渗透液浸湿，吹掉工件表面多余的氧化镁粉，在暗室的紫外线灯下观察，留在缺陷处的荧光物资发出荧光，显现缺陷的轮廓。第37页/共50页焊接应力与变形焊接应力：焊接构件由焊接而产生的内应力。焊接变形：焊后焊件残留的变形。焊接应力：（1）产生的原因：加热不均匀（非平衡加热）及冷却不均匀（非平衡冷却）焊缝区金属的热膨胀量较大，并受两侧金属所制约不能自由伸长而被塑性压缩，向厚度方向展宽；冷却时，同样受两侧金屑制约而不能自由收缩，各部分收缩不一致，导致焊缝区乃至整个焊件产生应力和变形。（2）减小应力的措施：第六章、第一节、焊接应力与变形P114①分散焊缝的布置及采用反变形；②减少焊缝数量和焊缝横截面积；③减少焊接线能量；④选择合理的坡口型式；⑤降低结构的刚性；⑥确定合理的焊接顺序；⑦锤击或辗压焊缝区；

⑧预热。焊前预热，减弱各部位温差，从而显著减小焊接应力，350～400℃。

焊后热处理：去应力退火，加热到600～650℃，保温1小时以上，缓冷。第38页/共50页39一、焊接应力与变形产生的原因1.焊件的不均匀受热（1）不受约束杆件在均匀加热时的应力与变形加热：有变形无应力冷却：无变形与应力

（2）受约束杆件在均匀加热时的应力与变形第39页/共50页40

加热冷却T0＜5000C：弹性变形压应力无变形与应力5000C＜T0＜6000C：弹性+塑性变形压应力T0＞6000C：塑性变形无应力同上第40页/共50页图6-1拼接焊缝合理的装配焊接顺序123456789二、控制焊接残余应力的方法1、合理的焊接顺序合理安排焊缝位置防止焊接变形a)不合理b)合理第41页/共50页采取合理的焊接顺序第42页/共50页2、避免焊缝过分集中。焊缝不要有密集交叉截面，长度也要尽可能小，以减小焊接应力。

3、减少焊件的刚性固定。4、采用小能量，多层焊，也可减少焊缝应力。

5、焊前预热可以减少工件温差，也能减少残余应力。6、焊后锤击焊缝。

第43页/共50页焊接变形

收缩变形：焊缝纵向、横向收缩，使构件纵向、横向尺寸减小。

角变形：Y型坡口对接时，焊接次序不合理，焊缝横向收缩不均匀引起的变形。弯曲变形：焊缝不对称，工艺不合理，焊接T形梁时，由于焊缝布置不对称，焊缝纵向收缩引起的变形。

扭曲变形：焊接工字梁时，由于焊接顺序和焊接方向不合理引起的变形。