1、焊接缺陷分析焊接缺陷分析 緒緒 論論1 1.1 .1 焊接發展研究現狀焊接發展研究現狀 焊接，是指通過采用物理或化學的方法，使分離的材料產生原子或分子結合，形成具有一定性能要求的整體。作為現代制造業中最為重要的材料成形和加工技術之一，焊接技術的應用領域遍及石油化工、機械制造、交通運輸、航空航天、建筑工程、微電子等幾乎所有的工業制造領域。大力發展焊接制造技術及其相關產業，對促進我國由制造大國向制造強國轉變有著極為重要的意義。 2 1.2 焊接缺陷概述焊接缺陷概述 焊接缺欠直接影響焊接接頭的質量，而接頭質量又影響到整體焊接結構件的安全運行。闡明焊接缺欠與焊接缺陷的關系對保證焊接質量和焊接結構的安全

2、運行是很重要的。 在焊接接頭中的不連續性、不均勻性以及其他不健全等的缺欠，統稱為焊接缺欠（weld imperfection）。不符合焊接產品使用性能要求的焊接缺欠，稱為焊接缺陷（weld defect）。也就是說焊接缺陷是屬于焊接缺欠中不可接受的那一種缺欠，該缺陷必須經過修復處理才能使用。或者說焊接缺陷超出了焊接缺欠的容限，存在焊接缺陷的產品應被判廢或必須進行返修。3緒緒 論論焊接缺陷的影響因素及預防措施焊接缺陷的影響因素及預防措施 鋼材和焊條質量、坡口加工和裝配精度、坡口表面清理狀況及焊接設備、工藝參數、工藝規程、焊接技術、天氣狀況等等 。機械化焊接方法同精密焊接設備結合使用防止坡口發生位

3、移、避免焊接區在集中能量作用產生明顯張應力。擴大射束能源利用范圍，制訂合理的焊后熱處理規范，保證各種新型焊條的質量，以保證達到焊縫金屬特定的物理性能，滿足材料的可焊性 。緒緒 論論 5缺欠名稱缺欠名稱根據產生原因分類根據產生原因分類根據形狀分類根據形狀分類 裂紋熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋、應力腐蝕裂紋等橫向裂紋、縱向裂紋、弧坑裂紋、放射狀裂紋等氣孔氫氣孔、co氣孔、氮氣孔球形氣孔、蟲形氣孔、條形氣孔等 偏析顯微偏析、區域偏析、層狀偏析 夾雜非金屬夾雜、焊劑或熔劑夾雜、氧化物夾雜等 其他 未熔合、未焊透、咬邊、焊瘤、燒穿等焊接接頭常見缺欠分類焊接接頭常見缺欠分類焊接接頭裂紋分布示意圖裂裂 紋紋焊接

4、裂紋焊接裂紋 焊接裂紋定義及分類焊接裂紋定義及分類 焊接裂紋指在焊縫表面或焊縫內出現的縫隙，其產生的主要原因是焊接接頭局部區域中的金屬在焊接應力及致脆因素共同作用下，使金屬原子結合力遭到破壞而形成一種新界面的裂縫。按照裂紋形成的溫度范圍和原因，可分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋及層狀撕裂四大類焊接裂紋焊接裂紋焊接裂紋焊接裂紋8焊接裂紋形成原因焊接裂紋形成原因1 焊鋼的淬硬性 如果所焊鋼的淬透性強，則焊后焊縫淬硬現象嚴重。通過金相組織，焊縫及近縫區的硬度分析可以看出：焊縫及近縫區的硬度很高，全部或局部產生馬氏體組織。這樣，在焊縫根部缺口的應力集中作用下，導致焊縫根部中央出現縱向裂紋。2 氫的影響 焊

5、接時，氫的來源很多，如鋼材冶煉時殘留的氫，焊條、焊絲、焊件表面的水份，焊接時空氣中的相對濕度，接頭部位鋼材表面的碳氫化合物等。焊接時熔敷金屬中的擴散氫，受焊接冶金反應和空氣濕度的影響不斷增加，當熔池凝固速度很快時，使氫來不及擴散到金屬表面，促使根部產生微裂紋。因此，焊縫中氫含量越多，向應力集中點擴散的氫也就越多。裂紋產生后，裂紋擴展主要是氫的擴散速度，氫的壓力以及接頭的應力狀態有關。焊接裂紋焊接裂紋93 焊縫根部塑性的影響 如果焊縫具有合理的合金成分，焊縫將具有良好的塑性而強度又不低，可以大大提高焊縫抗根部微裂紋的性能。這就要求不僅要了解合金元素對焊縫機械性能的影響，以便對填充金屬進行合理的選

6、擇和調整。填充金屬選擇不當，將使塑性變差、抗裂性能下降。4 應力的影響 焊接時，復雜結構的接頭中往往存在著裝配應力、內應力、結構剛性引起的外部約束應力和馬氏體轉變形成的組織應力等。在這些應力的綜合作用下，加上根部塑性不好就容易形成根部裂紋。當焊接結構具有較大的約束時，會導致很高的約束應力。即使是氫含量與馬氏體比例控制在下限，也會導致裂紋的產生。焊接裂紋焊接裂紋101 熱裂紋 熱裂紋產生再高溫中，當焊縫凝固時，在相線附近的高溫區，沿奧氏體晶界開裂。熱裂紋的特征：熱裂紋可發生在焊縫區或熱影響區，沿焊縫長度方向分布。熱裂紋的微觀特征是沿晶界開裂，所以又稱晶間裂紋。因熱裂紋在高溫下形成，所以有氧化色彩

7、。焊后立即可見。裂紋分類裂紋分類熱裂紋產生原因。焊縫金屬的晶界上存在低熔點共晶體（含硫、磷、銅等雜質）。接頭中存在拉應力。 防止措施選用適宜的焊接材料，嚴格控制有害雜質碳、硫、磷的含量。Fe和FeS易形成低熔點共晶，其熔點為988，很容易產生熱裂紋。嚴格控制焊縫截面形狀，避免突高，扁平圓弧過渡。縮小結晶溫度范圍，改善焊縫組織，細化焊縫晶粒，提高塑性減少偏析。確定合理的焊接工藝參數，減緩焊縫的冷卻速度，以減小焊接應力。如采用小線能量，焊前預熱，合理的焊縫布置等。熱裂紋冷裂紋2 冷裂紋 冷裂紋一般指焊接接頭冷卻到較低溫度時所產生的裂紋。主要原因是在焊接熱循環作用下，熱影響區生成了淬硬組織，焊縫中存

8、在過量的擴散氫，且具有濃集的條件，接頭承受有較大的拘束應力。 12合金鋼板對接焊縫X射線照相底片 橫向裂紋低合金鋼板對接焊縫X射線照相底片 縱向裂紋 冷裂紋的特征多出現在焊道與母材熔合線附近的熱影響區中，多為穿晶裂紋。冷裂紋無氧化色彩。冷裂紋發生于碳鋼或合金鋼，高的含碳量和合金含量。冷裂紋具有延遲性質，主要是延遲裂紋。 冷裂紋產生原因焊接接頭(焊縫和熱影響區及熔合區)的淬火傾向嚴重，產生淬火組織，導致接頭性能脆化。焊接接頭含氫量較高，并聚集在焊接缺陷處形成大量氫分子，造成非常大的局部壓力，使接頭脆化；磷含量過高同樣產生冷裂紋。存在較大的拉應力。因氫的擴散需要時間，所以冷裂紋在焊后需延遲一段時間

9、才出現。由于是氫所誘發的，也叫氫致裂紋。 防止冷裂紋的措施選用堿性焊條或焊劑，減少焊縫金屬中氫的含量，提高焊縫金屬塑性。焊條焊劑要烘干，焊縫坡口及附近母材要去油、水、除銹，減少氫的來源冷裂紋工件焊前預熱，焊后緩冷（大部分材料的溫度可查表），可降低焊后冷卻速度，避免產生淬硬組織，并可減少焊接殘余應力。采取減小焊接應力的工藝措施，如對稱焊，小線能量的多層多道焊等，焊后進行清除應力的退火處理。焊后立即進行去氫（后熱）處理，加熱到250，保溫26h，使焊縫金屬中的擴散氫逸出金屬表面。冷裂紋再熱裂紋153 再熱裂紋 焊接完成后，如果在一定溫度范圍內對焊件再次加熱（例如為消除焊接應力而采取的熱處理或者其他

10、加熱過程，以及返修補焊等）時有可能產生的裂紋，多發生在焊結過熱區，屬于沿晶裂紋，其成因與顯微組織變化產生的應變有關。4 層狀撕裂 高強度鋼焊接時，在焊接熱影響區或遠離熱影響區的母材中形成的平行和垂直于鋼板軋制方向形成的臺階式層狀裂紋，是冷裂紋的特殊形式。 防止措施合理的預熱與焊后熱處理規范。控制材料成分，應用低強度焊縫 使焊縫強度低于母材以增高其塑性變形能力。緩和應力狀態，減少拘束、應力集中，減少殘余應力。 層狀撕裂的特征焊接時，在焊接構件中沿鋼板軋層形成的呈階梯狀的一種裂紋稱為層狀撕裂。層狀撕裂經常發生在厚板的T形接頭和角接接頭中。 層狀撕裂的原因軋制鋼板中存在硫化物、氧化物和硅酸鹽等低熔點

11、非金屬夾雜物。垂直于厚度方向的焊接應力作用。 防止措施嚴格控制鋼材的含硫量。預熱和使用低氫焊條,采用強度級別較低的焊接材料。在與焊縫相連接的鋼板表面堆焊幾層低強度焊縫金屬作為過渡層，以避免夾雜物處于高溫區。層狀撕裂氣氣 孔孔17氣孔分類焊縫氣孔有三種：氫氣孔、一氧化碳氣孔、氮氣孔。氫氣孔： 高溫時，氫在液體中的溶解度很大，大量的氫溶入焊縫熔池中，而焊縫熔池在熱源離開后快速冷卻，氫的溶解度急速下降，析出氫氣，產生氫氣孔。一氧化碳氣孔：當熔池氧化嚴重時，熔池存在較多的FeO，在熔池溫度下降時，將發生如下反應： FeO+C = Fe+CO 此時，若熔池已開始結晶，則CO將來不及逸出，便產生CO氣孔。

12、 熔池氧化愈嚴重，含碳量愈高，越易產生CO氣孔。 氮氣孔：熔池保護不好時，空氣中的 氮溶入熔池而產生。定義焊接時，熔池中的氣體在金屬凝固時未能逸出而形成的空穴。氣氣 孔孔氣孔類型及特征 氣孔可按不同特征區分為不同的類型，如按其形態區分為球形氣孔和條形氣孔,按其分布區分為孤立狀氣孔和均布狀氣孔等。如與形成氣孔的氣體類型相聯系，可區分為析出型氣孔和反應型氣孔。1 析出型氣孔 因溶解度差而造成過飽和狀態氣體的析出所形成的氣孔，稱為析出型氣孔。這類氣體主要是由外部侵入熔池的氫和氮。對于大多數金屬來說，易于溶解的氫最易在焊縫中形成氣孔。2 反應型氣孔 熔池中除外部入侵的氣體氫或氮之外，還會由于冶金反應而

13、生成反應性氣體， 這類氣體主要是 CO、H2O氣，均為根本不溶于金屬的氣體。由于這類反應性氣體造成的氣孔，稱為反應型氣孔。氮、氫的溶解度變化氮、氫的溶解度變化氣氣 孔孔氣氣 孔孔焊縫氣孔的防治措施 從根本上來說，防止焊縫氣孔缺陷的措施在于限制熔池溶入或產生氣體以及排除熔池中存在的氣體。1消除氣體來源(1)表面清理 工件及焊絲表面的氧化膜或鐵銹以及油污等，均可在焊接過程中向熔池提供氫和氧，常是焊縫氣孔的重要原因。須在焊前徹底清除焊件坡口及附近表面的鐵銹。焊絲表面不得有銹或油污。(2) 焊接材料防潮與烘干 焊條焊劑必須防潮，烘干后放在專用烘干箱或保溫筒中保管，隨用隨取。(3) 加強防護 空氣入侵熔

14、池是氣孔原因之一，主要是氮的作用。引弧不正常時，不能獲得正常保護。不能破壞正常的防護條件。如藥皮不得脫落，焊劑或保護氣體不能中斷給送。氣體保護焊時必須防風，保護氣體的純度也須控制。氣孔氣孔2 正確選用焊接材料 焊接材料的選用非常重要，必須考慮與母材的匹配要求。從冶金性能上看，焊接材料的氧化性與還原性的平衡情況，對焊縫氣孔有很顯著的影響。選用的焊接材料有的具有很大的氣孔敏感性，而有的則對氣孔不敏感。3 控制焊接工藝條件 控制焊接工藝條件的目的是創造熔池中氣體逸出的有利條件，同時也應有利于限制電弧外圍氣體向熔融金屬中的溶入。焊接工藝條件不正常，以致電弧不穩定或失去正常保護作用，均促使增大外在氣體的

15、溶入。 橫焊或仰焊條件下將比平焊時更易產生氣孔，因為氣體排出條件不利。立焊時的氣孔傾向與向上或向下施焊有關。向上立焊的氣孔較少，向下立焊的氣孔則較多，因為向下立焊時熔融金屬易向下墜落，不但不利于氣體排出，且有卷入空氣的可能。夾雜夾雜 夾雜是由于某些原因溶渣未上浮至熔池表面而殘存于結晶焊縫中形成。 冶金過程夾雜的形成冶金過程的夾雜稱之自生夾雜,其尺寸較小由1微米到50微米左右。1微米左右的夾雜稱之超顯微夾雜,大于1微米的夾雜,稱之顯微夾雜。 當熔池結晶時,熔渣受到獷結晶壓力的作用,朝著晶粒生長的方向擴散(或者說朝著與散熱相反的方向擴散)。但是在某些情況下,當系統中的自由能減少時,晶粒不僅不排斥熔

16、渣顆粒,反而會吸收熔渣顆粒,最后形成夾雜。 工藝因素造成的夾雜工藝不恰當或操作不慎造成的夾雜,都稱為偶而夾雜,這類夾雜尺寸較大:從1毫米左右到數毫米。因此大的夾雜不太可能是冶金因素造成的。這類夾雜大多數是熔渣直接殘存的結果。夾夾 雜雜22通過生產實踐的總結,可有以下幾種工藝因素造成夾雜：1、電流過小時，熔池存在的時間很短，當熔渣來不及浮至表面時，焊縫已結晶冷凝，從而形成夾雜。2、當焊條橫向擺動幅度過大，用力不勻時，會使原來已結晶的晶粒第二次熔化，破壞了金屬結晶的均勻性，在熔池中可能形成“液態囊”致使熔渣顆粒陷于其中而成夾雜。3、裝配質量好壞直接影響焊接質量，坡口角度及坡口間隙不合標準，都有可能

17、造成夾雜，而其最嚴重的是單面V型坡口，墊板裝配不當最容易形成夾雜。4、坡口處有氧化皮等臟物造成夾雜。5、在焊縫接頭處，如不打渣接焊第二段，則應在前段熔渣尚未冷凝時接焊，否則易造成夾雜。夾雜夾雜夾雜夾雜夾雜的防止夾雜的防止1、采用低氫鈣系堿性焊條藥皮含有50%左右的大理石及20%左右的氟化鈣，故熔渣顆粒比重較小。含有較大量的氟化鈣，使熔渣稀釋流動性得到改善。熔渣顆粒表面張力較大，易于聚結。2、保證裝配質量坡口角度和鈍邊尺寸符合設計要求。坡口間隙一致。加墊板時要平整，貼緊。坡口處的氧化皮等臟物要清除干凈。3、嚴格遵守正確的焊接工藝電流適中。如電流過小會使熔池“生命”短促，熔渣流動性不良，電流過大使

18、藥皮發紅、脫落，造成大塊夾雜。焊條不作大幅度的橫向擺動。焊鍵接頭處，應將前段打清后再焊接。當工件較厚、天氣較冷時，宜予熱焊接，尤其在始焊處。夾雜夾雜燒燒 穿穿定義及特征母體金屬熔化過度時造成的穿透（穿孔）即為燒穿，常見于薄板焊接。產生的一般原因電流過大而焊速太慢。焊件裝配間隙太大。防止措施正確選擇焊接電流和焊接速度。嚴格控制焊件的裝配間隙并保持均勻一致。電弧在焊縫接頭處不能長時間停留，要勻速運條。27焊縫的形狀和尺寸不良焊縫的形狀和尺寸不良定義及特征焊縫外表沿長度方向高低不平,焊波寬窄不齊, 焊縫截面不豐滿或增強高過高，焊縫外形尺寸過大，成形粗劣, 錯邊量、焊后變形較大，變形量等不符合標準規定的尺寸等。危害焊縫的增強高過高會引起應力集中，易產生裂紋。尺寸過小的焊縫，有效工作截面減少，焊接接頭強度降低。錯邊和變形過大，有可能使傳力扭曲及產生應力集中，造成強度下降。缺陷原因焊件坡口角度不當, 鈍邊、及裝配間隙不均，焊件邊緣切割不齊。焊接電流過大或過小。運條速度和角度不當、不正確的搖動和移動不均勻。其他缺欠其他缺欠夾鎢手工電弧焊 局部夾渣密集氣孔未焊透弧坑電弧焊時在焊縫的末端（熄弧處）或焊條接續處（起弧處）低于焊道基體表面的凹坑，在這種