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焊接检验与质量管理培训 一 焊接的基础知识 二 焊接缺陷的分类 三 焊接检验 一 焊接的基础知识 焊接技术的历史沿革 焊接技术发展史 始于商朝焊接技术是随着金属的应用而出现的 古代的焊接方法主要是铸焊 钎焊和锻焊 中国商朝制造的铁刃铜钺 就是铁与铜的铸焊件 其表面铜与铁的熔合线婉蜒曲折 接合良好 春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙 是分段钎焊连接而成的 经分析 所用的与现代软钎料成分相近 战国时期制造的刀剑 刀刃为钢 刀背为熟铁 一般是经过加热锻焊而成的 据明朝宋应星所著 天工开物 一书记载 中国古代将铜和铁一起入炉加热 经锻打制造刀 斧 用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上 分段煅焊大型船锚 中世纪 在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器 古代焊接技术长期停留在铸焊 锻焊和钎焊的水平上 使用的热源都是炉火 温度低 能量不集中 无法用于大截面 长焊缝工件的焊接 只能用以制作装饰品 简单的工具和武器 19世纪初 英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源 1885 1887年 俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳 1900年又出现了铝热焊 20世纪初 碳极电弧焊和气焊得到应用 同时还出现了薄药皮焊条电弧焊 电弧比较稳定 焊接熔池受到熔渣保护 焊接质量得到提高 使手工电弧焊进入实用阶段 电弧焊从20年代起成为一种重要的焊接方法 在此期间 美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度 制成自动电弧焊机 从而成为焊接机械化 自动化的开端 1930年美国的罗宾诺夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊 焊接机械化得到进一步发展 40年代 为适应铝 镁合金和合金钢焊接的需要 钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世 1951年苏联的巴顿电焊研究所创造电渣焊 成为大厚度工件的高效焊接法 1953年 苏联的柳巴夫斯基等人发明二氧化碳气体保护焊 促进了气体保护电弧焊的应用和发展 如出现了混合气体保护焊 药芯焊丝气渣联合保护焊和自保护电弧焊等 1957年美国的盖奇发明等离子弧焊 40年代德国和法国发明的电子束焊 也在50年代得到实用和进一步发展 60年代又出现激光焊等离子 电子束和激光焊接方法的出现 标志着高能量密度熔焊的新发展 大大改善了材料的焊接性 使许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接 其他的焊接技术还有1887年 美国的汤普森发明电阻焊 并用于薄板的点焊和缝焊 缝焊是压焊中最早的半机械化焊接方法 随着缝焊过程的进行 工件被两滚轮推送前进 二十世纪世纪20年代开始使用闪光对焊方法焊接棒材和链条 至此电阻焊进入实用阶段 1956年 美国的琼斯发明超声波焊 苏联的丘季科夫发明摩擦焊 1959年 美国斯坦福研究所研究成功爆炸焊 50年代末苏联又制成真空扩散焊设备 焊接在现代工业生产中具有十分重要地作用 在制造大型结构或复杂地机器部件时 更显优越 因为它可以用化大为小 化复杂为简单地方法准备坯料 然后用逐次装配焊接地方法拼小成大 这是其他工艺方法难以做到的 焊接概述 1 焊接的应用 航空领域 汽车制造 动车组制造现场 水水冷壁焊接 造船行业的自动化焊接 水下焊接 利用加热或加压或二者并用的方法 将两种或两种以上的同种或异种材料 通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程 焊接的定义 应用 1 制造金属结构件 承压设备 2 制造机器零件和工具 3 修复 焊接在承压类特种设备制造中也占有重要的地位 焊接质量对承压类特种设备的产品质量和使用安全可靠性有直接影响 许多承压类特种设备事故源于焊接缺陷 因此 对承压类特种设备无损检测人员来说 掌握焊接知识是非常必要的 焊接应用概述 优点 1 节省材料 减轻质量 生产成本低 2 简化复杂零件和大型零件的加工工艺 缩短加工周期 3 适应性好 可实现特殊结构的生产及不同材料间的连接成型 4 整体性好 具有良好的气密性 水密性 5 降低劳动强度 改善劳动条件 不足 结构无可拆性 焊接时局部加热 焊接接头的组织和性能与母材相比发生变化 产生焊接残余应力和焊接变形 焊接缺陷的隐蔽性 易导致焊接结构的意外破坏 2 焊接特点 1 熔化焊将待焊处母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔焊 2 压力焊焊接过程中 必须对焊件施加压力 加热或加热 以完成焊接的方法称为压力焊 3 钎焊钎焊是硬钎焊和软钎焊的总称 采用比母材金属熔点低的金属材料作钎料 将焊件和钎料加热到高于钎料熔点 低于母材溶化温度 利用液态钎料润湿母材 填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法 3 焊接分类 按焊缝的空间位置不同可分为 平焊 水平面的焊接 立焊 垂直平面 垂直方向上的焊接 横焊 垂直平面 水平方向上的焊接 仰焊 倒悬平面 水平方向上的焊接 平焊 手工平焊影像明显可见的均匀分布的焊条运行波纹 成形较规正 其波纹图形如同水的波纹一样 立焊 手工立焊影像明显可见鱼鳞状三角波纹 有时呈三角沟槽 成形较规正 横焊 手工横焊影像明显可见焊道与焊道之间的沟槽 横焊时 焊条不上下摆动 故无运条的波纹 仰焊 手工仰焊 由于焊条摆动方式与平 立 横均不相同 其影像无平 立 横的运条波纹 如同许多个圆饼形纹组成的焊缝影像 黑度不均匀 若其背面为平焊缝 则还可见不太明显的平焊波纹 手工电弧焊埋弧自动焊氩弧焊熔化极气体保护焊等离子弧焊电渣焊 承压类特种设备常用的焊接方法 氩弧焊的特点及应用可焊接各种钢材 有色金属和合金 焊接质量优良 可全位置自动焊接 焊接热影响区小 焊件不易变形电弧稳定 焊缝致密 成型美观 氩气贵 设备复杂 焊接成本高 氩弧焊主要用于易氧化的有色金属和合金钢的焊接 如铝 镁 钛及其合金 耐热钢 不锈钢等 适用于单面焊双面成形 如打底焊和管子焊接 钨极氩弧焊还适用于薄板焊接 一 氩弧焊 熔化极气体保护焊 熔化极惰性气体保护焊 Ar He Ar He 熔化极活性气体保护焊 Ar Co2 Ar O2 Ar CO2 O2 CO2气体保护焊 CO2 CO2 O2 GMAW 活性气体 高温时能分解出并与金属起化学反应或溶解于液态金属的气体 焊接中常用的有二氧化碳以及含有二氧化碳 氧的混合气体等 氩气是一种惰性气体 它既不与金属起化学作用 也不溶解于液态金属中 氩气 氧气 目的是增加保护气体的氧化性 细化熔滴 可消除电弧的漂移 改善熔池的流动性和电弧的稳定性 1 定义 利用CO2作为保护气体的气体保护焊 简称CO2焊 CO2气体CO2气体密度大 高温体积膨胀大 保护效果好 但CO2在高温下易分解为CO和O 导致合金元素的氧化 熔池金属的飞溅和CO气孔 焊接用CO2纯度要大于99 8 二 CO2气体保护焊 CO2气体保护焊示意图 CO2焊接时的飞溅CO2 Fe FeO CO FeO进入熔池和熔滴 与熔池和熔滴中的碳反应 FeO C Fe CO生成的CO在熔池和熔滴内体积急剧膨胀而爆破 导致飞溅 防止飞溅的措施 CO2焊常用H08Mn2SiA焊丝来进行脱氧 合金化 采用短路过渡和细颗粒过渡 为使电弧稳定 飞溅少 CO2焊采用直流反接 采用含硅 锰 钛 铝的焊丝 防止铁的氧化 采用药芯焊丝 2 二氧化碳焊特点焊接成本低 焊接热影响区小 焊件不易变形 焊接质量好 电流密度大 生产效率高 操作性能好 适于全位置焊接 焊后不用清渣 又是明弧 便于监视和控制 采用大电流时 飞溅大 烟雾多 电弧气氛具有较强的氧化性 需采取含有脱氧剂的焊丝 CO2焊成本低 生产率高 焊缝质量较好 主要用于低碳钢和低合金结构钢焊接 适用于各种厚度 应用CO2气体保护焊需要克服 氧化碳问题 气孔问题 飞溅问题 1 定义 借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用 利用机械压缩效应 电弧通过喷嘴细小孔道时的被迫收缩 热压缩效应 在冷气流的强迫冷却下 带电粒子流 离子和电子 往弧柱中心集中 和电磁收缩效应 弧柱带电粒子的电流线为平行电流线 相互磁场作用使电流线产生相互吸引而收缩 将电弧压缩为细小的等离子体 获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法称为等离子弧焊 三 等离子弧焊 等离子弧焊 一 焊接接头形式焊接接头形式一般由被焊接两金属件的相互结构位置来决定 通常分为对接接头 搭接接头 角接接头及T字接头等 这四种接头形式中 对接接头节省材料 容易保证质量 应力分布均匀 应用最为广泛 但焊前准备及装配质量要求较高 搭接接头两焊件不在同一平面上 浪费金属且受力时将产生附加应力 适于薄板焊件焊件 角接接头在构成直角连接时采用 一般只起连接作用而不承受工作载荷 T形接头是结构非直线连接中应用最广泛的连接形式 在结构焊接时具体采用哪种形式焊接接头 主要根据焊件结构形状 使用要求 焊件厚度进行选择 另外还应考虑坡口加工难易程度 焊接方法的种类等其它因素的要求 焊接接头 1 焊缝的基本搭接形式 一 对接 二 搭接 三 直角接 四 T形接头 五 斜角接 2 焊缝的基本坡口形状 焊缝的表示方法 1 焊缝的结构形式用焊缝代号来表示 焊缝代号主要由 基本符号 辅助符号 补充符号 指引线和焊缝尺寸等组成 常见焊缝的基本符号如表7 1所示 它用来说明焊缝横截面的形状 线宽为标注字符高度的1 10 如字高为3 5mm 则符号线宽为0 35mm 辅助符号见表7 2所示 它是表示焊缝表面形状的符号 如凸起或凹下等 补充符号见表7 3所示 它是用来表示焊缝的范围等特征的符号 表7 1常用焊缝基本符号 表7 2焊缝的辅助符号 4 焊接符号 一 焊接符号定义 是指在图样上标注焊接方法 焊缝形式和焊缝尺寸等技术内容的符号 二 焊接符号的组成 一 焊缝符号 1 基本符号 表示焊缝横断面形状的符号 2 辅助符号 表示焊缝表面形状的符号 3 补充符号 为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号 二 指引线 由箭头线和基准线组成 三 焊缝尺寸符号 表示焊缝形状尺寸的符号 三 焊缝符号在图样上的标准位置说明 在标准中对焊缝符号 尺寸符号和尺寸数值在指引线上的标注位置有明确的规定 绘制焊接图时必须严格遵守 将符号和数值相对基准线的标注位置分为A G七个区 各区相对基准线的位置固定 不论标注的箭头线方向如何变化 它们相对基准线的位置不会改变 焊缝符号的基本标注格式 P 钝边H 坡口深度K 焊脚尺寸h 余高S 焊缝有效厚度R 根部半径c 焊缝宽度d 熔核直径 坡口角度 坡口面角度b 根部间隙 A区 属主要功能区 标注基本符号 特殊符号 补充符号中的垫板符号 辅助符号中的平面 凸面 凹面符号 B区 属补充功能区 布置在A区的上方或下方 标注焊缝尺寸中的坡口角度 坡口面角度 和根部间隙b C区 在基本符号的左侧 标注焊缝横截面上的尺寸符号和数值 如钝边p 坡口深度H 焊角尺寸K 余高h 焊缝有效厚度S 根部半径R 焊缝宽度C和熔核直径d D区 在基本符号的右侧 标注交错焊缝符号 标注焊缝的纵向 长度方向 尺寸数值 如焊缝段数n值 焊缝长度l值和焊缝间距e值 E区 标注补充符号中的三面焊缝符号 F区 标注补充符号中的现场焊缝符号和周围焊缝符号 G区 标注补充符号中的尾部符号 在尾部符号后标注相同焊缝条数N值 焊接方法代号 焊缝质量和检测要求 四 常用焊接方法在图样的表示代号 见下表 五 举例 例1 表示 焊高3 交错焊接 焊缝长50 间隔30 现场配焊 表示 焊点直径5 焊点数量10 间隔30 焊接方法为点焊 例2 表示 焊高为3 周围满焊 采用CO2气体保护焊进行接 共有5处 例3 焊接缺陷的分类 焊接缺陷 1 泰坦尼克号共耗资7500万英镑 吨位46328吨 长882 9英尺 宽92 5英尺 从龙骨到四个大烟囱的顶端有175英尺 高度相当于11层楼 案例 泰坦尼克号的沉没 就在观众仍沉浸在新片 泰坦尼克号 那缠绵悱恻的爱情故事中时 来自美国国家技术监督局的几位科学家却得出了让人不可思议的结论 遭遇冰山只是 泰坦尼克 号沉没的原因之一 另外 一个罪魁是 连接船体各部分的固定铆钉 竟然是用掺有矿渣的劣质金属制成的 美国国家技术监督局的冶金学专家蒂莫斯 福克称 在正常情况下 泰坦尼克 即使撞上冰山也可以在海面至少漂浮12小时 如果损伤状况并不严重 它甚至还可以勉强驶回港口 但是 科学家们在利用显微镜和图像分析仪对巨轮残骸进行的研究中却发现 制造铆钉使用的钢铁质地极其不纯 其中的矿渣含量竟然超过了标准钢材的2倍 根据冶金学理论 这种过量的不纯物质使得铆钉在剧烈的撞击过程中很容易发生断裂 福克说 哪怕当时 泰坦尼克 6个水密舱中的一个没有因为碰撞而进水 就还有足够的时间等待救援船只到来 如果其中的两个船舱得以保全 泰坦尼克 号起码可以勉强驶回港口 但是6个水密舱全都不可思议地漏了 最终导致该船在2小时之内迅速下沉 事实上 早在1996年初 法国几名潜水员就已发现 沉于北大西洋水下4000米 埋在18米深淤泥中的 泰坦尼克 号残骸 并非如世人想象的那样几乎一分为二 泰坦尼克 号上只残留着6个大小相差无几的裂缝 而且裂缝都在位于船舱接口处本应由铆钉固定的位置 也许正是这几名潜水员的发现 最终将科学家们的注意力集中在了本来并不起眼的铆钉身上 另外 有关 泰坦尼克 号沉船的这一新结论 也与当时海难的目击者 一位侥幸生还的船员事后的描述基本吻合 这位船员称他亲眼看到海水从各个船舱之间的连接位置喷涌而入 2 施工现场祸起突然2000年9月3日下午6时50分 三峡工程与以往一样 正处于紧张的施工中 突然一声巨响 位于三峡大坝泄洪坝段正处于检修过程中的3号塔带机 其布料皮带与塔身平台连接处一吊耳根部断裂 两节长约40米 重量近20吨的机臂及部分皮带落至20米以下的混凝土浇筑仓面 造成重大伤亡事故 截至目前 共伤亡33人 其中死亡3人 重伤5人 轻伤25人 中新社宜昌九月二十八日电 三号塔带机吊耳焊缝焊接的严重缺陷 是导致二号皮带机尾部吊耳首先断裂的直接原因之一 这是三峡总公司副总经理 九 三 重大事故调查领导小组组长贺恭 今日下午在此间向外界作的 九 三 事故处理最新进展的通报 该原因是设备技术调查小组对ROTEC公司 葛洲坝集团 长江委三峡工程监理部提供的事故分析报告 和两个外请专家组及阿肯森咨询公司提交的事故分析报告进行综合 并经讨论达成的共识 据介绍 三号塔带机的回转轴承失效也是导致此次事故的原因之一 为彻底查清事故原因 设备技术调查小组将对二号皮带机内回转吊耳焊缝及相关构件的详细受力进行计算 对回转轴承的失效进行分析 继续查清三号塔带机维护保养的执行情况 十月中旬 九 三 重大事故调查领导小组将公布导致此次事故的最终结论 据悉 在 九 三 事故中伤亡的工作人员 目前都已得到妥善安置 死者家属都按照国家政策分别得到抚恤金和特殊困难补助 长江三峡工程 中新社石家庄八月四日电 记者田张梦 河北晋州市广播电视发射塔事故调查组四日通报称 该工程早于去年二月间竣工 由于在建过程中屡出质量问题故迟迟无法交付使用 七月二十三日夜在疾风骤雨中 夭折 造成二百七十五万元人民币的直接经济损失 事故调查组新闻发言人孟慧贤称 事故发生前 晋州市广电局委托河北省建筑工程质量检测中心对该项目进行了检测 报告显示九个数据有七项未达标 该电视塔生产安装施工质量较差 焊接及螺栓的连接质量不满足规范要求 致使该塔体钢结构构件在外力作用下受力不均 最终发生折断 一 成形缺陷 1 焊缝成形不良焊缝成形是指焊接时 液态焊缝金属冷凝后形成的外形 2 咬边 咬边是常见的焊缝外观缺陷 它的产生是由于焊接参数选择不当或操作工艺不正确和技能水平不熟练 沿焊趾在母材上产生的沟槽或凹陷 对重要焊接结构 咬边是一种危险性较大的外观缺陷 它不但减少了母材金属的有效截面 而且在咬边根部往往形成较尖锐的缺口 造成应力集中 很容易形成应力腐蚀裂纹和应力集中裂纹 外部咬边 内部咬边 1 电流过大2 焊接角度不合适 预防措施 立焊仰焊时较易出现咬边的情况 电流比平焊小20 左右 产生咬边的原因 3 焊瘤 焊瘤是指在焊接过程中 熔化的金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤 焊瘤不仅影响焊缝的外观 而且也掩盖了焊瘤处焊趾的焊接质量情况 往往在这个部位上会出现未熔合缺陷 对接焊缝焊瘤及探伤底片 产生焊瘤的原因 1 电流过大 2 速度太慢 防止措施 立焊 横焊时看铁水 防止熔敷金属下坠 4 烧穿 焊接过程中 熔化金属自坡口背面流出 形成穿孔的缺陷就是烧穿 造成烧穿的原因主要是电流过大 间隙过大或突然改变了焊接位置 1 电流过大 2 速度过慢 3 坡口间隙过大 4 钝边过薄 预防措施 电流不过大 提高焊工技能 产生烧穿的原因 5 弧坑焊缝尾部产生的凹坑 产生弧坑的原因 1 熄弧过快 2 薄板焊接时电流过大 3 收弧是没有填满弧坑 防止措施 延长收弧时间 采取正确的收弧方法 5 凹坑 凹坑是指焊后在焊缝表面或焊缝背面形成的低于母材表面的局部低洼部分 产生焊缝表面凹坑的原因主要是坡口截面不均匀 在截面大处填充金属未能填满坡口而形成的凹坑 也可能是焊接速度控制不均匀或多层焊时焊接层数与焊接速度没有配合好所致 二 接合缺陷1 焊接裂纹的种类和特征 1 焊接热裂纹 1 结晶裂纹 2 高温液化裂纹 3 多边化裂纹 2 焊接冷裂纹 2 淬硬脆化裂纹 1 延迟裂纹 3 低塑性脆化裂纹 3 其他裂纹 1 再热裂纹 2 层状裂纹 3 应力腐蚀裂纹 分配头与外前封头焊接处的热影响区产生的裂纹 备注 该瓶已由返修车间将分配头切除 分配头与外前封头焊接处的热影响区产生的裂纹 4 结晶裂纹的防止措施 1 冶金措施1 严格控制焊材中的硫 磷和碳的含量 2 改善焊缝的一次结晶组织 细化晶粒 加入Mo V Ti Nb Zr和稀土等元素 焊接奥氏体不锈钢时加入Cr Mo V等铁素体形成元素 3 限制熔合比 尤其是一些易向焊缝转移某些有害杂质的母材 4 利用 愈合作用 如铝合金焊接 2 应力控制1 选择合理的接头形式 使熔深减小 2 确定合理的焊接顺序 尽量使焊缝处于较小的刚度下焊接 3 确定合理的焊接参数 适当增加焊接电流 使冷速下降 预热等 5 应力腐蚀裂纹 1 应力腐蚀裂纹的形成机理活化通路应力腐蚀理论腐蚀电池是一个大阴极和小阳极时 阳极的溶解表现为集中性腐蚀损伤 只要在腐蚀过程中 阳极始终保持处于裂纹的最前沿 裂尖处于活化状态而不钝化 其他部位 裂纹端口两侧 发生钝化 使裂纹一直向前发展至断裂 应变产生活性通道应力腐蚀理论钝化膜在应力作用下发生破裂 裂隙处暴露出的金属成为活化阳极 发生溶解 在腐蚀过程中 钝化膜破裂的同时又发生破裂钝化膜的修复 在连续发生应变的条件下修复的钝化膜又遭破坏 以致继续腐蚀 氢脆型应力腐蚀理论腐蚀电池是一个由小阴极和大阳极组成 大阳极发生溶解 表现为均匀性腐蚀 小阴极区如果发生析氢 将发生阴极区金属的集中性渗氢 在持续载荷作用下导致脆断 应力腐蚀就会顺利发展 随着裂纹的出现 裂纹尖端应力 应变集中促进金属中氢向裂纹尖端聚集 最终导致应力腐蚀断裂 2 应力腐蚀裂纹的防止措施应力腐蚀的形成必须同时具有三个因素的综合作用 即材质 介质和拉应力 因此 应从三方面的影响因素着手 从产品结构设计 安装施工到生产管理各个环节采取相应措施 材质 采用双相不锈钢材料 选择与母材的化学成分和组织基本一致的焊材 等成分原则 介质 必须具体考虑介质对母材腐蚀的可能性 为了减轻或消除特定环境中的应力腐蚀 可在介质中加缓蚀剂 也可采用表面处理技术 在构件表面制备牺牲阳极涂层或物理隔离涂层 应力 焊接过程中选择合理的接头形式 减小残余应力 正确的焊接顺序 合适的热输入 焊后可以进行进行消除应力处理 4 未焊透 接头根部没有完全熔透 未焊透 未焊透未焊透是指在焊接过程中接头的根部未完全熔透的现象 1 电流过小 2 速度过快 3 焊接角度不正确 产生的原因 3 夹渣 7 夹渣夹渣是指焊后残留在焊缝中的熔渣 夹渣既存在于焊缝金属的内部 也可能存在于相邻焊道之间 夹渣的存在 会降低焊缝金属的强度 在焊缝金属塑性较差 承受疲劳载荷的情况下 还有可能发展成裂纹 因此对焊缝内部的夹渣必须给予限制 1 焊道之间清理不干净 2 电流过小 3 运条方法不当 防止办法 清理焊道 选择合适的电流和正确的运条方法 产生夹渣的原因 焊道之间 焊道与母材之间没有完全熔化 5 未熔合 焊缝与母材焊缝之间 1 电流过小 2 焊条偏心 3 坡口侧有油 锈等赃物 产生未熔合的原因 2 气孔焊缝中存在遗留气体 密集气孔 产生气孔的原因 1 焊条 焊件受潮