焊接缺陷产生的原因及防止方法

焊接缺陷产生的原因及防止方法第1页，共33页，2023年，2月20日，星期日焊接缺陷一：焊缝表面尺寸不符合要求焊缝表面高低不平、焊缝宽窄不齐、尺寸过大或过小、角焊缝单边以及焊角尺寸不符合要求。产生原因：焊件坡口角度不对，装配间隙不均匀，焊接速度不当或运条手法不正确，焊条和角度选择不当或改变。防止方法：选择适当的坡口角度和装配间隙；正确选择焊接工艺参数，特别是焊接电流值，采用恰当运条手法和角度，以保证焊缝成形均匀一致。第2页，共33页，2023年，2月20日，星期日焊接缺陷二：焊接裂纹在焊接应力及其它致脆因素的共同作用下，喊接头局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙叫焊接裂纹。热裂纹：焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近产生的焊接裂纹。产生原因：由于熔池冷却结晶时，受到的拉应力作用，而凝固时，低熔点共晶体形成的液态薄层共同作用的结果。防止方法（1）控制焊缝中的有害杂质的含量即碳、硫、磷的含量，减少熔池中低熔点共晶体的形成。（2）预热：以降低冷却速度，改善应力状况。（3）采用碱性焊条。（4）控制焊缝形状，尽量避免得到深而窄的焊缝。（5）采用收弧板，将弧坑引至焊件外面，即使发生弧坑裂纹，也不影响焊件本身。第3页，共33页，2023年，2月20日，星期日焊接缺陷三：气孔气孔：焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出，残存下来形成的空穴。产生原因（1）铁锈和水分，（2）焊接方法埋弧焊比手弧焊大，（3）焊条种类碱性焊条容易产生气孔，（4）电流种类和极性，（5）焊接工艺参数，速度增加，焊接电流增大，电弧电压升高。防止方法（1）仔细清除焊件表面的铁锈等污物，（2）焊条、焊剂在焊前按规定烘干，并存放于保温桶中，做到随用随取，（3）采用合适的焊接工艺参数，使用碱性焊条焊接时，一定要采用短弧焊。第4页，共33页，2023年，2月20日，星期日焊接缺陷四：咬边由于焊接参数选择不当，或操作工艺不正确，沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷叫咬边。产生原因：主要是由于焊接工艺参数选择不当，焊接电流太大，电弧过长，运条速度和焊条角度不适当等。防止方法：选择正确的焊接电流及焊接速度，电弧不能拉的太长，掌握正确的运条方法和运条角度。第5页，共33页，2023年，2月20日，星期日焊接缺陷五：未焊透焊接时接头根部未完全熔透的现象叫未焊透。产生原因：焊缝坡口钝边过大，坡口角度太小，焊根未清理干净，间隙太小，焊条或焊丝角度不正确，电流过小，速度过快，弧长过大，焊接时有磁偏吹现象；或电流过大，焊件金属尚未充分加热时，焊条已急剧熔化，层间或母材边缘的铁锈、氧化皮及油污等未清理干净，焊接位置不佳，焊接可达性不好等。防止方法：正确选用和加工坡口尺寸，保证必须的装配间隙，正确选用焊接电流和焊接速度，认真操作，防止焊偏等。第6页，共33页，2023年，2月20日，星期日焊接缺陷六：夹渣焊后残留在焊缝中的熔渣叫夹渣。产生原因：焊接电流太小，以致液态金属和熔渣分不清；焊接速度过快，使熔渣来不及浮起；多层焊时，清渣不干净；焊缝成形系数过小以及手弧焊时焊条角度不正确等。防止方法：采用具有良好工艺性能的焊条，正确选用焊接电流和运条角度，焊件坡口角度不宜过小，多层焊时，认真做好清渣工作等。第7页，共33页，2023年，2月20日，星期日其它焊接缺陷七：未熔合：焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未完全熔化结合的部分。产生原因：层间清渣不干净，焊接电流太小，焊条偏心，焊条摆动幅度太窄等。防止方法：加强层间清渣，正确选择焊接电流，注意焊条摆动等。八：焊瘤：焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上，所形成的金属瘤。产生原因：操作不熟练和运条角度不当。防止方法：提高操作技术水平。正确选择焊接工艺参数，灵活调动焊条角度，装配间隙不宜过大。第8页，共33页，2023年，2月20日，星期日九：烧穿：焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷叫烧穿。产生原因：对焊件加热过甚。防止方法：正确选择焊接电流和焊接速度，严格控制焊件的装配间隙。另外，还可以采用衬垫等防止烧穿。第9页，共33页，2023年，2月20日，星期日试述金属熔焊焊缝缺陷的分类及表示方法。根据GB6417-86《金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明》的规定，将金属熔焊焊缝缺陷分为以下几类：第1类裂纹；第2类孔穴；第3类固体夹杂；第4类未熔合和未焊透；第5类形状缺陷和第6类上述以外的其它缺陷。本标准按缺陷性质分大类，按其存在的位置及状态分小类，以表格的方式列出。缺陷用数字序号标记。每一缺陷大类用一个三位阿拉伯数字标记，第一缺陷小类用一个四位阿拉伯数字标记。因此，每一数字序号仅适合于某一特定类型的缺陷。例如，1021表示“焊缝横向裂纹”，1023表示“热影响区横向裂纹”等。第10页，共33页，2023年，2月20日，星期日1．什么是热裂纹？促使形成热裂纹的因素有哪些？焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区间产生的焊接裂纹即热裂纹。又称结晶裂纹。其特征是断口呈蓝黑色，即金属在高温被氧化的颜色，裂纹总是产生在焊缝正中心或垂直于焊缝鱼鳞波纹，焊缝表面可见的热裂纹呈不明显的锯齿状，或与焊缝波纹相垂直呈放射状分布。个别情况下，热裂纹也可能出现在热影响区。热裂纹主要发生在杂质含量较多的钢、单相奥氏体钢、镍基合金、铝合金、钼合金等的焊缝金属中。第11页，共33页，2023年，2月20日，星期日2．促使形成热裂纹的因素有：（1）焊缝金属的化学成分焊缝金属中C、S、P元素较多时，促使形成热裂纹。锰在熔池中能与硫形成MnS进入熔渣，可减少硫的有害作用，适量时可减少焊缝的热裂纹倾向。钢中含铜量过多时，会增大焊缝热裂纹倾向。（2）焊缝横截面形状焊缝熔宽与厚度的比值越小，即熔宽较小、厚度较大时，容易产生热裂纹。（3）焊接应力焊件刚性大，装配和焊接时产生较大的焊接应力，会促使形成热裂纹。第12页，共33页，2023年，2月20日，星期日3．如何防止产生热裂纹？（1）控制焊缝金属中有害杂质的含量碳素结构钢用焊芯（丝）的含碳量均≤0.10％，硫、磷的含量应≤0.03％，焊接高合金钢时控制更严。（2）预热能减小焊接熔池的冷却速度，降低焊接应力。随着母材含碳量或碳当量的增加，应适当增高预热温度。奥氏体不锈钢焊缝不能采用预热的方法来防止产生热裂纹。第13页，共33页，2023年，2月20日，星期日（3）采用碱性焊条和焊剂由于碱性焊条和焊剂具有较强的脱硫、磷能力，因此具有较高的抗热裂能力。（4）适当调整焊接工艺参数焊接工艺参数直接影响焊缝的横断面形状，因此适当减小焊接电流以减少焊缝厚度，有利于提高焊缝的抗裂性能。（5）采用收弧板焊接终了断弧时，由于弧坑冷却速度较快，常因偏析而在弧坑处形成热裂纹，即所谓的弧坑裂纹。所以终焊时应逐渐断弧，并填满弧坑。必要时可采用收弧板，将弧坑移至焊件外，此时即使产生弧坑裂纹，也因焊后需将收弧板割掉，并不影响结构本身。第14页，共33页，2023年，2月20日，星期日4．什么是冷裂纹、延迟裂纹？促使形成冷裂纹、延迟裂纹的因素有哪些？焊接接头冷却到较低温度下（对于钢来说在Ms温度以下）时产生的焊接裂纹称为冷裂纹。钢的焊接接头冷却到室温后并在一定时间（几小时、几天、甚至十几天）才出现的焊接冷裂纹称为延迟裂纹。冷裂纹（包括延迟裂纹）主要发生在中碳钢、高碳钢、低合金或中合金高强钢、钛及钛合金的焊接接头中。冷裂纹多发生在接头热影响区或熔合线上，个别情况下出现在焊缝上。根据冷裂纹产生的部位，可将冷裂纹分为如下三种见图1。第15页，共33页，2023年，2月20日，星期日第16页，共33页，2023年，2月20日，星期日（1）焊道下裂纹在靠近堆焊焊道的热影响区内所形成的焊接冷裂纹。其走向常与熔合线平行，但也有时垂直于熔合线。（2）焊趾裂纹沿应力集中的焊趾处所形成的焊接冷裂纹。其走向常与焊缝纵向平等，由焊趾的表面开始，向母材的深处延伸。（3）焊根裂纹沿应力集中的焊缝根部所形成的焊接冷裂纹。其走向从焊缝根部开始，伸向热影响区或焊缝中。形成冷裂纹的三大因素是：钢种的淬硬倾向大、焊接接头的含氢量高和结构的焊接应力大。特别是由氢促使形成的冷裂纹往往具有延迟的性质，常称为“氢致裂纹”。第17页，共33页，2023年，2月20日，星期日5．如何防止产生冷裂纹？（1）控制焊缝金属的含氢量采用碱性低氢型焊条和焊剂；严格按规定烘干焊条和焊剂；仔细清除焊接区的污物、锈、油、水。（2）预热减慢接头的冷却速度以降低淬硬倾向。（3）后热（消氢处理）后热是指焊接结束或焊完一条焊缝后，将焊件或焊接区立即加热到150～250℃，并保温一段时间。消氢处理是在300～400℃加热温度内进行。两者均能促使氢逸出，但消氢处理效果更好。（4）采用较大的焊接线能量减慢接头的冷却速度。但线能量太大时，会促使热影响区形成过热组织，所以应适当控制，不能无限制地增大。（5）采用奥氏体不锈钢焊条因奥氏体组织塑性好，可减少焊接应力，并能溶解较多的氢，所以可用来焊接淬硬倾向较强的低合金高强钢，避免产生冷裂纹。第18页，共33页，2023年，2月20日，星期日6．什么是再热裂纹？防止产生再热裂纹的方法有哪些？焊后焊件在一定温度范围内再次加热（消除应力热处理或其它加热过程）而产生的裂纹称为再热裂纹。再热裂纹通常发生在熔合线附近的粗晶区中，从焊趾部位开始，延向细晶区停止。（1）预热预热温度为200～450℃。若焊后能及时后热，可适当降低预热温度。例如，18MnMoNb钢焊后在180℃热处理2h，预热温度可降低至180℃。（2）应用低强度焊缝使焊缝强度低于母材以增高其塑性变形能力。（3）减少焊接应力合理地安排焊接顺序、减少余高、避免咬边及根部未焊透等缺陷以减少焊接应力。第19页，共33页，2023年，2月20日，星期日焊接时，在焊接构件中沿钢板轧层形成的呈阶梯状的一种裂纹称为层状撕裂。产生层状撕裂的原因是在轧制钢板中存在硫化物、氧化物和硅酸盐等低熔点非金属夹杂物，其中尤以硫化物的作用为主，在轧制过程中被延展成片状，分布在与表面平行的各层中，在垂直于厚度方向的焊接应力作用下，夹杂物首先开裂并扩展，以后这种开裂在各层之间相断发生，连成一体，造成层状撕裂的阶梯性。防止层状撕裂的方法：1)严格控制钢材的含硫量。2)采用强度级别较低的焊接材料。3)在与焊缝相连接的钢板表面堆焊几层低强度焊缝金属作为过渡层，以避免夹杂物处于高温区。4)预热和使用低氢焊条。第20页，共33页，2023年，2月20日，星期日7．试述防止焊缝中产生气孔的常用方法。1)仔细清除焊件表面上的污物，手弧焊时在坡口面两侧各10mm、埋弧焊时各20mm范围内去除锈、油，应打磨至露出金属表面光泽，特别是在使用碱性焊条和埋弧焊时，更应做好清洁工作。2)焊条和焊剂一定要严格按照规定的温度进行烘焙：酸性焊条75～150℃；碱性焊条350～450℃；焊剂250℃，并保温1～2h。烘焙后的焊条应放在焊条保温筒内，随用随取。碱性焊条在露天存放4h以上时应重新烘焙，重复烘焙的次数不得超过3次。3)不应使用过大的焊接电流。第21页，共33页，2023年，2月20日，星期日4)采用直流电源施焊时，电源极性应为反接。5)碱性焊条施焊时，应采用短弧焊。6)引弧时应将焊条略作停顿，对引弧处进行预热，否则引弧处容易形成气孔。7)采用手弧焊打底、埋弧焊盖面的工艺时，打底焊条应为碱性焊条，用酸性焊条打底极易产生气孔。8)气体保护焊时应调节气体流量至适当值、流量太小，保护不良，易使空气侵入形成气孔。第22页，共33页，2023年，2月20日，星期日8．试述常用无损检验方法的种类及其选择。不损坏被检查材料或成品的性能和完整性而检测其缺陷的方法称为无损（探伤）检验。常用的无损检验方法有超声、射线（X、γ）照相、磁粉、渗透（荧光、着色）和涡流探伤等。其中超声探伤和射线探伤适于焊缝内部缺陷的检测；磁粉探伤和渗透探伤则用于焊缝表面质量检验。每一种无损探伤方法均有其优点和局限性，各种方法对缺陷的检出机率既不会有100％，也不会完全相同。因而应根据焊缝材质、结构及探伤方法的特点、验收标准等来进行选择。不同焊缝材质探伤方法的选择见表8。第23页，共33页，2023年，2月20日，星期日第24页，共33页，2023年，2月20日，星期日9．试述射线探伤的原理及焊接缺陷的影像特征。射线探伤可分别采用X、γ两种射线，其探伤原理见图3。当射线通过金属材料时，部分能量被吸收，使射线发生衰减。如果透过金属材料的厚度不同（裂纹、气孔、未焊透等缺陷，该处发生空穴，使材料变薄）或体积质量不同（夹渣），产生的衰减也不同。透过较厚或体积质量较大的物体时衰减大，因此射到底片上的强度就较弱，底片的感光度就较小，经过显影后得到的黑度就浅；反之，黑度就深。根据底片上黑度深浅不同的影像，就能将缺陷清楚地显示出来。γ射线的穿透能力比X射线强，适合于透视厚度大于50mm的焊件。射线探伤常见焊接缺陷的影像特征见表9。第25页，共33页，2023年，2月20日，星期日缺陷种类缺陷影像特征产生原因气孔多数为圆形、椭圆形黑点，其中心处黑度较大，也有针状、柱状气孔。其分布情况不一，有密集的，单个和链状的1)焊条受潮2)焊接处有锈、油污等3)焊接速度太快或电弧过长4)母材坡口处存在夹层5)自动焊产生明弧现象夹渣形状不规则，有点、条块等，黑度不均匀。一般条状夹渣都与焊缝平行，或与未焊透未熔合混合出现1)运条不当，焊接电流过小，坡口角度过小2)焊件上留有锈及焊条药皮的性能不当等3)多层焊时，层间清渣不彻底第26页，共33页，2023年，2月20日，星期日未焊透缺陷影像特征在底片上呈现规则的，甚至直线状的黑色线条，常伴有气孔或夹渣。在V、比V形坡口的焊缝中，根部未焊透都出现在焊缝中间，K形坡口则偏离焊缝中心1)间隙太小2)焊接电流和电压不当3)焊接速度过快4)坡口不正常等未熔合多数为圆形、椭圆形黑点，其中心处黑度较大，也有针状、柱状气坡口未熔合影像一般一侧平直另一侧有弯曲，黑度淡而均匀，时常伴有夹渣。层间未熔合影像不规则，且不易分辨。其分布情况不一，有密集的，单个和链状的1)坡口不够清洁2)坡口几何尺寸不当3)焊接电流电压小4)焊条直径或种类不对裂纹一般呈直线或略带锯齿状的细纹，轮廓分明，两端尖细，中部稍宽，有时呈现树枝状影像一般呈直线或略带锯齿状的细纹，轮廓分明，两端尖细，中部稍宽，有时呈现树枝状影像1)母材与焊接材料成分不当2)焊接热处理不当3)应力太大或应力集中4)焊接工艺不正确第27页，共33页，2023年，2月20日，星期日10．试述射线探伤的质量标准。根据GB3323-87《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》的规定，射线探伤的质量标准分为照相质量等级和焊缝质量等级两部分。根据采用的射源种类及其能量的高低、胶片的种类、增感方式、底片的黑度、射源与胶片间的距离等参数，照相质量等级分为A、AB和B三级，质量级别顺次增高。即后者比前者分辨相同尺寸的缺陷时，透照的厚度大。锅炉压力容器的缝照相质量为AB级。焊缝质量等级共分四级，Ⅰ级焊缝内缺陷最少，质量最高；Ⅱ、Ⅲ级焊缝内的缺陷依次增多，质量逐次下降，缺陷数量超过Ⅲ级者为Ⅳ级，Ⅳ级最差。缺陷数量的规定：Ⅰ级焊缝内不准有裂纹、未熔合、未焊透和条状夹渣（允许有少量气孔和点状夹渣）；Ⅱ、Ⅲ级焊缝内不准有裂纹、未熔合以及双面焊和加垫板的单面焊中的未焊透（允许有一定数量的气孔、条状夹渣和不加垫板单面焊中的未焊透）。第28页，共33页，2023年，2月20日，星期日11．试述磁粉探伤的原理及质量标准。利用在强磁场中，铁磁性材料表层缺陷产生的漏磁场吸引磁粉的现象，而进行的无损检验法称为磁粉探伤。磁粉探伤原理：首先将被检焊缝局部充磁，焊缝中便有磁力线通过。对于断面尺寸相同、内部材料均匀的焊缝、磁力线的分布均匀的。当焊缝表面或内部有裂纹、气孔、夹渣等缺陷时，磁力线将绕过磁阻较大的缺陷，产生弯曲见图5a。此时在焊缝表面撒上磁粉，磁力线将穿过表面缺陷上的磁粉，形成“漏磁”，磁粉就被吸附在缺陷上见图5b，根据被吸附磁粉的形状、多少、厚薄程度，便可判断缺陷的大小和位置。内部缺陷由于离焊缝表面较远，磁力线在其上不会形成漏磁，磁粉不能被吸住，无堆积现象，所以缺陷无法显露。第29页，共33页，2023年，2月20日，星期日常用磁粉是四氧化三铁（Fe3O4）和三氧化二铁（Fe2O3）。缺陷磁痕按形状可分为三种：（1）线状缺陷磁痕其显示长度为宽度的3倍以上。（2）圆型缺陷磁痕除线状缺陷磁痕以外的缺陷磁痕。（3）分散缺陷磁痕在一定区域内同时存在几个缺陷的磁痕。第30页，共33页，2023年，2月20日，星期日12．试述渗透探伤的原理及质量标准。采用带有萤光染料（萤光法）或红色染料（着色法）的渗透剂的渗透作用，显示缺陷痕迹的无损检验法称为渗透探伤。渗透