第一课：焊接缺陷分类、产生原因、防止措施

第一课焊接缺陷分类、产生原因、防止措施制造工艺科蔡龙明学习目的:1、了解缺陷的概念、分类、产生原因。2、懂得产生焊接缺陷防止措施，并能用到实践工作中。一、焊接缺陷的概念在焊接结构中要获得无缺陷的焊接接头，在技术上是相当困难的，也是不经济的。为了满足焊结构的使用要求，把缺陷限制在一定范围内，使其对焊接结构运行不致产生危害。不同的场合对焊接结构要求也不同，因而对焊接缺陷的容限也不同。我们把焊接过程中产生的不符合标准要求的缺陷称为焊接缺陷。在焊接结构（件）中由于缺陷的存在，影响焊接接头的质量。评定焊接接头的优劣的依据，是缺陷的种类、大小、数量、形态、分及危害程度。若存在缺陷，一般可以通过补焊来修复，或采取铲除焊缝重新焊，有时作为判废的依据。二、焊接缺陷分类焊接的缺陷的种类很多，有熔焊产生的，也有压焊、钎焊产生的缺陷。本节主要介绍熔焊缺陷的分类，其它的方法就不作介绍。根据GB6417-86《金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明》，可分为熔焊缺陷分以下六类。第一类裂纹第二类孔穴第三类固体夹渣第四类未熔合和未焊透第五类形状缺陷第六类其它缺陷熔焊除以上六类缺陷外，还有组织不符合要求（如晶粒粗大、金相组织的成分不合格）及焊接接头的理化性能不符合要求的性能缺陷（包括化学成份、力学性能及锈钢焊缝的耐腐蚀性能等）。这类都是不按工艺或用错材料引起的。三、焊接缺陷的特征及分布1、焊接裂纹焊接裂纹是指金属在焊接应力及其它致脆因素共同作用下，焊接接头局部地区金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙。具有尖锐的缺口和长宽比大的特征，是焊接结构中最危险的缺陷。（1）按裂纹的外观貌和产生部位来分各种裂纹分布（P13G表2-2），其外形貌如图（P13图2-1）。※（2）按裂纹产生和温度范围来划分按温度则分为:热裂纹、冷裂纹及再热裂纹1）热裂纹在固相线附近的高温区形成的裂纹称热裂纹。主要发生在晶界处。裂纹高温与空气接触开口部位强烈氧化特征，呈蓝色或天蓝色，区别于冷裂纹的重要特征。根据形成机理不同，可分为结晶裂纹、液化裂纹和高温失塑裂纹。（P14表2-3）（2）冷裂纹焊接接头冷却到Ms温度以下时形成的裂纹称为冷裂纹。其特点是表面光亮，无氧化特征。主要发生在焊接热影响区，某些合金成份多的高强度钢来说，也可能发生在焊缝金属中。可分为氢致裂纹、淬火裂纹、层状撕裂。（P15表2-4）（3）再热裂纹工件焊接后，若再次加热(如消除应力热处理、多层焊或使用过程中被加热）到一定的温度而产生的裂纹称为再热裂纹。再热裂纹多发生在含Cr、Mo、V的低合金结构钢，含Nb的奥氏体不狙钢以及析出硬化显著的Ni基耐热合金材料中。常出现在粗晶区中，并沿粗大奥氏体晶粒边界扩展，且多半发生在咬边等应力集中处。其断口有被氧化的颜色。2、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称为气孔。气孔有时以单个出现，有时以成堆的形式聚集在局部区域，其形状有球形、条虫形等。P17表2-5）3、固体夹渣（1）夹渣焊后残留在焊缝中的熔渣称为夹渣。其形状较复杂，一般呈线状、长条状、颗粒状及其它形式。主要发生在坡口边缘和每层焊道非圆滑过渡部位，焊道突变或存在深沟的部位也容易产生夹渣。横、立、仰焊，比平焊易产生夹渣。当混入细微的非金属夹物时，在焊缝金属凝固过程中可能产生微裂纹或孔洞。（2）夹钨在进行钨极氩弧焊，若钨极不慎与熔池接触，使钨的颗粒进入焊缝金属中而造成夹钨。焊接镍铁合金时，则其与钨形成合金，使X射线探伤很难发现。4、未熔合和未焊透（1）未熔合在焊缝金属和母材之间或焊道金属之间未完全熔化结合的部分称为未熔合。常出现在坡口的侧壁、多层焊的层间及焊缝的根部。有时结合紧密但未熔，往往从未熔合区末端产生微裂纹。（1）未焊透焊接时，母材金属之间应该熔合而未焊上的部分称为未熔透。出现在单面焊的坡口根部及双面焊的坡口钝边。未熔透会造成较大的应力集中，往往从其末端产生裂纹。（1）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于的沟槽或凹陷称为咬边。在立、仰容易产生，在角焊缝上部边缘也容易产生咬边。3、形状缺陷（2）焊瘤在焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属称为焊瘤。焊瘤存在于焊缝表面，在其下面往往伴随着未熔合、未焊透等缺陷。由于焊缝填充金属的堆积，使焊缝的几何形状发生变化而造成应力集中。（3）烧穿和下塌焊接过程，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷称为烧穿。烧穿容易发生在第一道焊缝及薄板对接焊缝或管子对接焊缝中。在烧穿的周围常有气孔、夹渣、焊瘤及未焊透等缺陷。穿过单层焊缝根部，或在多层焊接接头中穿过前道熔敷金属塌落的过量焊缝金属称为下塌。（4）错边和角变形由于两焊件没有对正而造成的中心线平行偏差称为错边。当两个焊件没有对正造成它们的表面不平或不成预定的角度称为角变形。（5）焊缝尺寸、形状不合要求焊缝尺寸缺陷指焊缝几何尺寸不符合标准的规定。焊缝形状缺陷是指焊缝外观质量粗糙、鱼鳞波高低、宽窄发生突变，焊缝与母材非圆滑过渡等。（1）电弧擦伤在焊缝坡口外部引弧时产生于母材金属表面上的局部损伤。如果在坡口外随意引弧，有可能形成弧坑而产生裂纹，又容易被忽视、漏检，导致事故的发生。6、其它缺陷（2）飞溅熔焊过程中，熔化的金属颗粒和熔渣向周围飞散的现象称为飞溅。不同药皮成分的焊条具有不同的飞溅损失。四、产生焊接缺陷的主要因素产生焊接缺陷的因素是多方面的，对不同的缺陷，影响因素也不同。主要从材料（被焊材及填充材料）、结构、工艺方面对产生焊接缺陷主要因素进行分析。实际上焊接缺陷产生过程十分复杂的，既有冶金的原因，又有应力和变形的作用。通常焊接缺陷容易出现在焊缝及其附近地区，而那些地区正是结构中拉伸残余应力最大的地方。一般认为，焊接缺陷之所以会降低焊接结构的强度，其主要原因是缺陷减少了结构承载截面的有效面积，并且在缺陷周围产生了严重的应力集中。（P22）五、CO2气体保护焊常见焊接缺陷的产生原因及防止措施CO2气体保护焊的常见缺陷有飞溅、气孔、裂纹、咬边、烧穿、未焊透、未熔合、夹渣、焊缝成形不良等。下面简要分析如下。1、飞溅飞溅是CO2气体保护焊主要缺陷之一。措施是：（1）采用含碳量的焊丝；（2）采用直流反接；（3）通过调节焊接回路电感值，可以使熔滴过渡过程稳定；（4）选择合理的焊接参数之间的配合。2、气孔主要是由于在金属熔池中，熔进了较多的有害气体，加上CO2气体保有冷却作用，熔池凝固较快，气体来不及逸出来，容易产生气孔。措施是：（1）控制气体纯度（不低于99.5%及含水量）（2）保证气体流量的正常（气压阀调节是否正确，气路无漏气或堵塞现象），及保证焊枪到工作的距离。（3）防止操作不当。如焊丝伸出过长，焊速过快，电弧电压过高，收弧太快等均会容易出现气孔。（4）防止周围空气的对流（人为的电风扇向着焊缝吹或气流量过大）（5）防止被焊工件和焊丝中含有油污、铁锈，容易产生气孔。（6）焊丝成份不对。CO2气体在电弧高温下具有氧化性，因而要求焊丝含有较高含的脱氧元素，当含量较低时容易出现气孔。3、裂纹措施是：（1）保持工件的清洁。（2）控制焊丝成份或工件的硫、磷含量，硫、磷含量过高，锰含量过低，容易产生裂纹。（3）合理选择焊接参数，控制好焊接速度，过快熔化金属冷却快，也容易产生裂纹。4、咬边措施是：（1）防止焊接参数选择不当。如电弧电压过高、焊接电流过大、焊速过快，都容易产生咬边。（2）防止操作不当，如电弧过长，焊丝摆不到位、焊角倾不正确，或因焊枪阻碍看不清熔池等，都容易产生咬边。5、烧穿产生烧穿的主要原因是对焊件加热过甚、焊接参数选择不当及操作不正确。防止措施：（1）注意焊接参数的选择。（2）合理进行操作（焊丝直线往复动动以增加熔池的冷却作用，对长直可分段焊、避免热量集中或工艺上采用加垫焊板增加散热）。6、未焊透及未熔合产生原因如下。（1）焊接参数选择不当，电压过低、焊接电流太低，送丝不均匀，焊速过快等，均会产生未焊透及未熔合。（2）操作或焊接情况不当，如焊接时摆动过大，焊件坡口开得太窄，坡口角度小，装配间隙小，散热太快等，均会产生未焊透及未熔合。7、夹渣夹渣直接影响焊接量，产生原因如下：（1）电弧电压低，焊接电流太小，熔池温度场低。（2）操作不当，如焊丝摆动太大。（3）焊缝形状不规则。8、焊缝成形不良电弧不能很好的燃烧，使焊接过程不稳定，从而影响焊缝的成形。产生主要原因如下。（1）电弧电压不合适，偏高或偏低。（2）焊接电流与电压不匹配。（3）电感值选择不合适，过大或过小。（4）送丝不均匀，送丝轮压紧力不够，焊丝卷曲等现象。（5）焊丝伸出太长，从而造成大段爆断使焊接过程不稳定。（6）导电嘴孔径过小或过大，过小时焊丝送丝因难，过大则导电性不好，会使焊丝偏心，破坏焊接过程的稳定性。六、焊接缺陷危害及对质量的影响1、焊接缺陷危害（举例）1949年我国某液化石油气站罐区发生一起爆炸事故。2、焊接缺陷对质量的影响：（1）焊接应力引起应力集中（2）焊接缺陷对静载的影响（3）焊接缺陷对脆性断裂的影响（4）焊接缺陷对疲劳强度的影响（5）焊接缺陷对应力腐蚀的影响3、常用结构（件）类型及焊缝质量等级