焊接缺欠解析PPT课件.ppt

焊接作品欣赏,1,第2章焊接缺欠,Chapter2WeldingDefects,2,焊接结构(件)中一般都存在着缺欠。缺欠的存在将影响焊接接头的质量，而接头质量又直接影响到焊接结构(件)的安全使用。对焊接缺欠进行分折：一是为了找出缺欠产生的原因，从而在材料、工艺、结构、设备等方面采取有效措施，以防止缺欠的产生;二是为了在焊接结构(件)的制造或使用过程中，能正确选择焊接检验技术手段，及时发现缺欠，从而定性或定量评定焊接结构(件)的质量，使焊接检验达到预期的目的。,3,2-1焊接缺欠的概念及分类,焊接缺欠：指在焊接接头中因焊接产生的金属不连续、不致密或连接不良的现象，简称“缺欠”。在焊接结构(件)中要获得无缺欠的焊接接头，在技术上是相当困难的，也是不经济的，为了满足焊接结构(件)的使用要求，应该把缺欠限制在一定的范围之内，使其对焊接结构(件)的运行不致产生危害。由于不同的焊接结构(件)使用的场合不同，对其质量要求也不一样，因而对缺欠的容限范围也不相同。我们把焊接过程中在焊接接头中产生的不符合标准要求的缺陷称为焊接缺欠。,一、焊接缺欠的概念,4,焊接结构(件)中由于缺欠的存在，影响着焊接接头的质量。评定焊接接头质量优劣的依据，是缺欠的种类、大小、数量、形态、分布及危害程度。若接头中存在着焊接缺欠，一般可通过补焊来修复，或者采取铲除焊道后重新进行焊接，有时直接作为判废的依据。,5,按焊接缺欠在焊缝中位置的不同，可分为外部缺欠与内部缺欠两大类。外部缺欠位于焊缝区的外表面，肉眼或用低倍放大镜即可观察到。如：焊缝尺寸不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑、烧穿、下塌、外部气孔、表面裂纹等。内部缺欠位于焊缝的内部，需用破坏性实验或探伤方法来发现。如：未焊透、未熔合、夹渣、夹杂物、气孔、焊接裂纹等。根据GB6417.12005金属熔化焊接头缺欠分类及说明，按焊接缺欠性质，可将熔焊缺欠分为以下六类：裂纹、孔穴、固体夹杂、未熔合和未焊透、形状和尺寸不良以及其他缺欠。熔焊常见焊接缺欠的特征及产生原因见表2-1。,6,形状和尺寸不良,缺欠,7,熔焊缺欠除了以上六类之外，还有金相组织不符合要求(如晶粒粗大、金相组织的成分不合格等)及焊接接头的理化性能不符合要求的性能缺欠(包括化学成分、力学性能及不锈钢焊缝的耐腐蚀性能等)。这类缺欠大多是由于违反焊接工艺或错用焊接材料所引起的，不在本章讨论之列。,GB6417.12005金属熔化焊接头缺欠分类及说明,8,22焊接缺欠的特征及分布,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，焊接接头中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(件)中最危险的缺欠。,一、焊接裂纹,9,1按裂纹的外观形貌和产生的部位来分各种裂纹的特征和分布见表22，其外观形貌如图21所示。,10,11,(1)热裂纹（hotcrack）在固相线附近的高温区形成的裂纹称热裂纹。热裂纹主要发生在晶界处。由于裂纹形成的温度较高，在与空气接触的开口部位表面有强烈的氧化特征，呈蓝色或天蓝色，这是区别于冷裂纹的重要特征。根据裂纹形成的机理不同，热裂纹可分为结晶裂纹、液化裂纹和高温失塑裂纹。它们的特征及其分布见表23。,2按裂纹产生的温度范围来划分按温度范围则可分为热裂纹、冷裂纹及再热裂纹。,12,13,14,15,(2)冷裂纹(coldcrack)焊接接头冷却到Ms温度以下时形成的裂纹称为冷裂纹。待点：表面光亮，无氧化特征。冷裂纹主要发生在焊接热影响区，对某些合金成分多的高强度钢来说，也可能发生在焊缝金属中。常见的冷裂纹可分为氢致裂纹、淬火裂纹和层状撕裂。其特征和分布见表2-4。,16,17,(3)再热裂纹(reheatingcrack)工件焊接后，若再次被加热(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的奥氏体不锈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。可形成沿熔合线的纵向裂纹，亦可形成粗晶区中垂直于熔合线的网状裂纹。其断口有被氧化的颜色。,18,19,20,TransverseCrack横向裂纹,CenterlineCrack中心线裂纹,RootCrack根部裂纹,21,二、气孔焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能通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(图211)。气孔的特征与分布见表25。,22,23,Porosity气孔,ClusterPorosity链状气孔,焊缝内部密集型气孔,24,1夹渣焊后残留在焊缝中的熔渣称为夹渣。其形状一般呈线状、长条状、颗粒状及其它形式。主要发生在坡口边缘扣每层焊道之间非圆滑过渡的部位，在焊道形状发生突变或存在深沟的部位也容易产生夹渣(图212)。在横焊、立焊或仰焊时产生的夹渣比平焊多。当混入细微的非金属夹杂物时，在焊缝金属凝固过程中可能产生微裂纹或孔洞。,三、固体夹杂,25,焊缝内部夹渣,焊缝内部夹渣,26,IsolatedSlagInclusion单个夹渣,WagonTrackSlagLine线状夹渣,27,2夹钨在进行TIG焊时，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。,TungstenInclusion夹钨,28,1未熔合在焊缝金属和母材之间或焊道金属与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(图213)。这种缺欠有时间隙很大，与熔渣难以区别。有时虽然结合紧密但未焊合，往往从未熔合区末端产生微裂纹。,四、未熔合和未焊透,29,30,31,IncompleteRootFusion根部未熔合,InterrunFusion内部未熔合,LackofSidewallFusion内侧未熔合,32,2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焊透。出现在单面焊的坡口根部及双面焊的坡口钝边(图214)。未焊透会造成较大的应力集中，往往从其末端产生裂纹。,33,LackOfPenetration-embed未熔透,34,1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的构槽或凹陷称为咬边。在立焊及仰焊位置容易发生咬边，在角焊缝上部边缘也容易产生咬边(图215)。,五、形状缺陷,35,36,ExternalUndercut外部咬肉,InternalUndercut内部咬肉,37,2焊瘤焊接过程中，溶化金属流淌到焊缝之外未溶化的母材上所形成的金属瘤称为焊瘤。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推积，使焊缝的几何形状发生变化而造成应力集中(图216)。,38,ExcessRootPenetration根部焊瘤,由于飞溅引起的母材表面焊瘤,39,3烧穿和下塌焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺欠叫烧穿。烧穿容易发生在第一道焊道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。,BurnThrough烧穿,40,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(图217b)。,41,4错边和角变形由于两个焊件没有对正而造成板的中心线平行偏差称为错边(图218a)。当两个焊件没有对正而造成它们的表面不平行或不成预定的角度称为角变形(图218b、c)。,42,5、焊缝尺寸、形状不合要求焊缝的尺寸缺陷是指焊缝的几何尺寸不符合标准的规定（图2-19）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（图2-20）。,43,44,1焊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(图221)。如果在坡口外随意引弧，有可能形成弧坑而产生裂纹，又很易被忽视、漏检，导致事故的发生。2、飞溅熔焊过程中，熔化的金属颗粒和熔渣向周围飞溅的现象称为飞溅。不同药皮成分的焊条，具有不同的飞溅损失，图222为飞溅较严重的情形。,六、其它缺欠,45,2-3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。本节主要从材料(被焊材料及填充材料)、结构、工艺方面对产生焊接缺陷的主要因素进行分析(见表26)。,46,2-3产生焊接缺陷的主要因素,实际上焊接缺陷的产生过程是十分复杂的，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小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。,47,产生结晶裂纹主要因素,材料因素：焊缝中合金元素含量高；焊缝中P、S、C、Ni含量较高；焊缝中的Mn/S比例不合适。结构因素：焊缝附近刚度较大；接头形式不合适；接头附近应力集中。,工艺因素：焊接线能量E过大，近缝区过热倾向大，晶粒长大；熔深与熔宽比过大；焊接顺序不合适，焊缝无法自由收缩。,48,产生液化裂纹的主要因素,材料因素：P、S、B、Si含量较多。结构因素：焊缝附近刚度过大（大厚度、高拘束度构件）接头附近应力集中，如密集交叉焊缝。工艺因素：线能量过大，过热区晶粒粗大，晶界熔化；熔池形状不合适，凹度太大。,49,延迟裂纹的主要因素,材料因素,结构因素,工艺因素,50,淬火裂纹的主要因素,材料因素,结构因素,工艺因素,51,再热裂纹的主要因素,材料因素,结构因素,工艺因素,52,气孔的主要因素,材料因素：熔渣氧化性增大时由CO引起的气孔倾向加大；熔渣的还原性增大时，氢气孔倾向加大；焊件或焊接材料清理不够；与焊条、焊剂成分与保护气气氛有关；焊条偏心，药皮脱落。,53,气孔的主要因素,结构因素：仰焊、横焊易产生气孔。工艺因素：电弧功率不变，焊速增大气孔倾向加大；电弧电压太高（电弧太长）；焊条、焊剂烘干效果不好；使用交流焊易产生气孔；气保焊时，气体流量不合适。,54,夹渣的主要因素,材料因素：焊条和焊剂的脱氧、脱硫效果不好；渣的流动性差；原材料的夹杂中含硫量较高及硫的偏析程度较大；结构因素：立焊、仰焊时产生夹渣。,55,夹渣的主要因素,工艺因素：电流大小不合适，熔池搅动不足；焊条药皮成块脱落；多层焊时层间清渣不充分；电渣焊时焊接条件突然改变，母材熔深突然变小操作不当。,56,未熔合的因素,工艺因素焊接电流小或焊接速度太快坡口或焊道有氧化皮、熔渣及氧化物等高熔点物质操作不当,57,未焊透的主要因素,材料因素：焊条偏心；结构因素：坡口太小、钝边太厚、间隙太小。工艺因素：焊接电流小或焊速太快焊条角度不对或运条方法不当电弧太长或电弧偏吹,58,咬边的主要因素,结构因素：立焊、仰焊时易咬边工艺因素：焊接电流过大或焊接速度太慢；在立焊、横焊、和角焊时，电弧太长；焊条角度和摆动不正确。,59,焊瘤的主要因素,结构因素：坡口太小工艺因素：焊接规范不当，电压过低，焊速不合适；焊条角度不对或电极未对准焊缝；运条不正确。,60,烧穿和下塌的因素,结构因素：坡口间隙过大；薄板和管子焊接易产生。工艺因素：电流过大、焊速过慢；垫板托力不足。,61,角变形主要因素,结构因素坡口形状；板厚。中等厚度角变形最大，厚板和薄板角变形较小。工艺因素焊接顺序对角变形有影响一定范围内，线能量增加角变形增加反变形量未控制好焊接夹具质量不高,62,产生飞溅的主要因素,工艺因素：焊接电流过大，电流大时飞溅大；电弧过长时，飞溅增大；碱性焊条的极性不合适；焊条药皮水分过大；交流电源比直流电源飞溅大；焊机动态性、外特性不佳时飞溅大。材料因素：熔渣粘度过大、焊条偏心。,63,2-4焊接缺陷的危害及对质量的影响,一、焊接缺陷的危害,64,球罐的开裂过程分以下四步进行：(1)焊道边缘存在着22.5mm的咬边。(2)使用时咬边处诱发6mm长的焊趾裂纹。(3)焊趾裂纹在介质中萌生出应力腐蚀裂纹(长约7mm)。(4)在应力作用下，当裂纹的有效截面达4mm2时，发生了低应力脆性开裂。由此可见，焊接结构发生破坏的主要原因之一是焊接接头存在着缺陷。若有的缺陷被漏检，可能导致结构在负载时发生破坏事故。,65,焊按缺陷对质量的影响，主要是对结构负载强度和耐腐蚀性能的影响。由于缺陷的存在减小了结构承载的有效截面积，更主要的是在缺陷周围产生了应力集中。因此，焊接缺陷对结构的静载强度、疲劳强度、脆性断裂以及抗应力腐蚀开裂都有重大的影响。由于各类缺陷的形态不同，所产生的应力集中程度也不同，因而对结构的危害程度也各不样。,二、焊接缺陷对质量的影响,66,1焊接缺陷引起的应力集中根据数学计算，受到z向拉应力作用的空穴类缺陷(图2-24)，其z向应力集中系数如表2-7所示。,67,焊缝中的气孔一般呈单个球状或条虫形，因此气孔周围应力集中并不严重。焊接接头中的裂纹常常呈扁平状，若加裁方向垂直于裂纹的平面，则裂纹两端会引起严重应力集中。焊缝中夹杂物具有不同的形状和包含不同的材料，但其周围的应力集中与空穴相似。若焊缝中存在着密集气孔或夹渣时，在负载作用下，如果出现气孔间或夹渣间的联通(即产生豁口)，则将导致应力区的扩大和应力值的上升。此外，对于焊缝的形状不良、角焊缝的凸度过大及错边、角变形等焊接接头的外部缺陷，也都会引起应集中或者产生附加的应力。,68,2焊接缺陷对静载强度的影响,试验表明：圆形缺陷所引起的强度降低与缺陷造成的承载截面的减小成正比。断裂时的平均应力可近似用下式表示：,69,若焊缝中出现成串或密集气孔时，由于气孔的截面较大，同时还可能伴随着焊缝力学性能的下降(如氧化等)使强度明显地降低。因此，成串气孔要比单个气孔危险得多。夹渣对强度的影响与其形状和尺寸有关。单个小球状夹渣并不比同样尺寸和形状的气孔危害大，当夹渣呈连续的细条状且排列方向垂直于受力方向时，是比较危险的。裂纹、未熔合和未焊透比气孔和夹渣的危害大，它们不仅降低了结构的有效承载截面积，而且更重要的是产生了应力集中，有诱发脆性断裂的可能。尤其是裂纹，在其尖端存在着缺口效应，容易出现三向应力状态，会导致裂纹的失稳和扩展，以致造成整个结构的断裂，所以裂纹是焊接结构中最危险的缺陷。,70,3焊接缺陷对脆性断裂的影响,脆断是一种低应力下的破坏，而且具有突发性，事先难易发现和加以预防，故危害最大。一般认为，结构中缺陷造成的应力集中越严重，脆性断裂的危险性越大。如上所述，裂纹对脆性断裂的影响最大，其影响程度不仅与裂纹的尺寸、形状有关，而且与其所在的位置有关。如果裂纹位于高值拉应力区就容易引起低应力破坏；若位于结构的应力集中区，则更危险。此外，错边和角变形能引起附加的弯曲应力，对结构的脆性破坏也有影响，并且角变形越大，破坏应力越低。,71,4焊接缺陷对疲劳强度助影响,缺陷对疲劳强度的影响要比静载强度大得多。例如，气孔引气的承载截面减小10%时，疲劳强度的下降可达50。焊缝内的平面型缺陷(如裂纹、未熔合、末焊透)由于应力集中系数较大，因而对疲劳强度的影响较大。含裂纹的结构与占同样面积的气孔的结构相比，前者的疲劳强度比后者降低15。对末焊透来讲，随着其面积的增加疲劳强度明显下降。而且，这类平面