焊缝缺欠缺陷产生原因及防止方法课件

焊缝缺欠 缺陷及对策 2020 2 24 1 第四章 焊接缺陷和焊接缺欠的定义 焊接缺欠 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 焊接缺陷 超过规定限值的缺欠 称之为 缺陷 2020 2 24 2 缺欠种类 形状尺寸缺陷有焊接变形 尺寸偏差 包括错边 角度偏筹 焊缝尺寸过大或过小等 外形不良 包括焊缝高低不平 波纹粗劣 宽窄不齐等 飞溅和电弧擦伤 结构缺陷有焊缝表面气孔和内部气孔 夹渣 未熔合 未焊透 焊瘤 凹坑 咬边和焊接裂纹 性能缺陷焊接接头力学性能 抗拉强度 屈服点 冲击韧性及冷弯角度 化学成分等性能不符合技术要求 2020 2 24 3 咬边 因焊接造成沿焊趾 或焊根 处出现的低于母材表面的凹陷或沟槽称为咬边 它是由于焊接过程中 焊件边缘的母材金属被熔化后 未及时得到熔化金属的填充所致 咬边可出现于焊缝一侧或两侧 可以是连续的或间断的 2020 2 24 4 危害咬边将削弱焊接接头的强度 产生应力集中 在疲劳载荷作用下 使焊接接头的承载能力大大下降 它往往还是引起裂纹的发源地和断裂失效的原因 形成原因焊接电流大 电弧电压高 电弧过长 焊接速度太快 防止措施选择适当的焊接电流和焊接速度 采用短弧操作 掌握正确的运条手法和焊条角度 坡口焊缝焊接时 保持合适的焊条离侧壁距离 2020 2 24 5 焊瘤 焊接过程中 在焊缝根部背面或焊缝表面 出现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称为焊瘤 焊瘤一般是单个的 有时也能形成长条状 在立焊 横焊 仰焊时多出现 2020 2 24 6 危害影响焊缝外观 使焊缝几何尺寸不连续 形成应力集中的缺口 管道内部的焊瘤将影响管内介质的有效流通 形成原因操作不当或焊接规范选择不当 如焊接电流过小 而立焊 横焊 仰焊时电流过大 焊接速度太慢 电弧过长 运条摆动不正确 防止措施调整合适的焊接电流和焊接速度 采用短弧操作 掌握正确的运条手法 2020 2 24 7 凹坑 焊后在焊缝表面或背面形成低于母材表面的局部低洼缺陷 未焊满由于填充金属不足 在焊缝表面形成的连续或断续的沟槽 2020 2 24 8 危害将会减小焊缝的有效工作截面 降低焊缝的承载能力 形成原因焊接电流过大 焊缝间隙太大 填充金属量不足 防止措施正确选择焊接电流和焊接速度 控制焊缝装配间隙均匀 适当加快填充金属的添加量 2020 2 24 9 烧穿 焊接过程中熔化金属自坡口背面而流出 形成穿孔的缺陷 常发生于底层焊缝或薄板焊接中 2020 2 24 10 形成原因焊接过热 如坡口形状不良 装配间隙太大 焊接电流过大 焊接速度过慢 操作不当 电弧过长且在焊缝处停留时间太长等 防止措施减小根部间隙 适当加大钝边 严格控制装配质量 正确选择焊接电流 适当提高焊接速度 采用短弧操作 避免过热 2020 2 24 11 焊缝表面形状及尺寸偏差 对接焊缝超高角焊缝凸度过大焊缝宽度不齐焊缝表面不规则 2020 2 24 12 危害影响焊缝外观质量 易造成应力集中 形成原因坡口角度不当 装配间隙不均匀 焊接规范选择不当 焊接电流过大或过小 焊接速度不均匀 运条手法不正确 焊条或焊丝过热等 防止措施选择正确焊接规范 适当的焊条及其直径 调整装配间隙 均匀运条 避免焊条和焊丝过热 2020 2 24 13 2020 2 24 14 焊接接头中 焊缝高出母材的部分 焊缝余高 好处对整条焊缝起到保温和缓冷的作用 对细化晶粒 减少焊接应力起很大的作用 危害它会致使设备在此处形成形状突变 造成局部应力集中 很可能是产生疲劳裂纹的核 裂纹源 疲劳扩展 断裂 对接接头的应力集中主要是焊缝余高引起的 对接接头中的工作应力分布如图所示 2020 2 24 15 2020 2 24 16 从图1看出 对接接头的焊缝 其焊趾 焊缝表面与母材的交界处 处的应力最大 应力集中系数的大小取决于焊缝余高h 焊趾处夹角 和转角半径r 焊缝余高h增加 则 角增加 r值减小 会使应力集中系数增大 从图还可得出对接接头几何尺寸与应力集中系数K的关系式为 K max 0焊缝的余高愈大 应力集中程度愈严重 焊接接头的强度反而会降低 焊后削平余高 只要不低于母材 减少应力集中 有时反而可以提高焊接接头的强度 焊缝的转角半径愈小 应力集中的程度则愈大 2020 2 24 17 反之 应力集中的程度则愈小 焊缝的要求 一是余高要小 二是焊缝要圆滑过渡 使转角半径r值增大 防止措施增大坡口宽度 尽量采用下坡焊接 选用较小直径的焊条 适当提高电弧电压 选择合适的运条手法 如均匀快速摆动 在两侧稍作停留 气孔 焊接过程中熔池金属高温时吸收和产生的气泡 在冷却凝固时未能逸出而残留在焊缝金属内所形成的孔穴 称为气孔 气孔是一种常见的缺陷 不仅出现在焊缝内部与根部 也出现在焊缝表面 焊缝中的气孔可分为球形气孔 条形气孔 虫形气孔以及缩孔等 气孔可以是单个或链状成串沿焊缝长度分布 也可以是密集或弥散状分布 2020 2 24 18 焊接区中的气体来源 大气的侵入 溶解于母材 焊丝和焊芯中的气体 受潮药皮或焊剂熔化时产生的气体 焊丝或母材上的油污和铁锈等在受热后分解所释放出的气体 焊接过程中冶金化学反应产生的气体 熔焊过程中形成气孔的气体主要有 氢气 一氧化碳和氮气 氢气孔 多数情况下出现在焊缝表面上 断面形状多呈螺钉状 从焊缝表面上看呈圆喇叭口形 气孔四周内壁光滑 个别情况下也以小圆球形状存在于焊缝内部 氮气孔 多数以成堆的蜂窝状出现在焊缝表面上 一氧化碳气孔 多数情况下产生在焊缝内部 沿结晶方向分布 有些象条虫状 表面光滑 2020 2 24 19 危害 影响焊缝外观质量 削弱焊缝的有效工作截面 降低焊缝的强度和塑性 贯穿性气孔则使焊缝的致密性破坏而造成渗漏 产生原因 焊接区保护受到破坏 焊丝和母材表面有油污 铁锈和水分 焊接材料受潮 烘焙不充分 焊接电流过大或过小 焊接速度过快 采用低氢型焊条时 电源极性错误 电弧过长 电弧电压偏高 引弧方法或接头不良等 防止措施 提高操作技能 防止保护气体 焊剂 给送中断 焊前仔细清理母材和焊丝表面油污 铁锈等 适当预热除去水分 焊前严格烘干焊接材料 低氢型焊条必须存放在焊条保温筒中 采用合适的焊接电流 焊接速度 并适当摆动 使用低氢型焊条时应仔细校核电源极性 并短弧操作 采用引弧板或回弧法的操作技术 2020 2 24 20 夹渣 焊后残留在焊缝中的熔渣 称为夹渣 夹渣不同于夹杂 夹杂是指在焊缝金属凝固过程中残留的金属氧化物或来自外部的金属颗粒 夹渣的形状有圆形 椭圆形或三角形 夹渣可以是单个颗粒状分布 也可以是长条状或线状连续分布 存在于焊缝与母材坡口侧壁交接处 或存在于焊道与焊道之间 2020 2 24 21 危害 减少焊接接头的工作截面 影响焊缝的力学性能 抗拉强度和塑性 焊接技术条件中允许存在一定尺寸和数量的夹渣 产生原因 多层焊时 每层焊道间的熔渣未清除干净 焊接电流过小 焊接速度过快 焊接坡口角度太小 焊道成形不良 焊条角度和运条技法不当 焊条质量不好等 防止措施 每层应认真清除熔渣 选用合适的焊接电流和焊接速度 适当加大焊接坡口角度 正确掌握运条手法 严格控制焊条角度和焊丝位置 改善焊道成形 选用质量优良的焊条 2020 2 24 22 未熔合 熔化焊时 在焊缝金属与母材之间或焊道 层 金属之间未能完全熔化结合而留下的缝隙 称为未熔合 有侧壁未熔合 层间未熔合和焊缝根部未熔合三种形式 2020 2 24 23 危害 未熔合属于面状缺陷 易造成应力集中 危害性很大 类同于裂纹 焊接技术条件中不允许焊缝存在未熔合 产生原因 多层焊时 层间和坡口侧壁渣清理不干净 焊接电流偏小 焊条偏离坡口侧壁距离太大 焊条摆动幅度太窄等 防止措施 仔细清除每层焊道和坡口侧壁的熔渣 正确选择焊接电流 改进运条技巧 注意焊条摆动 2020 2 24 24 未焊透 焊接时 接头根部未完全熔透的现象 称为未焊透 单面焊时 焊缝熔透达不到根部为根部未焊透 双面焊时 在两面焊缝中间也可形成中间未焊透 2020 2 24 25 危害 削弱焊缝的工作截面 降低焊接接头的强度并会造成应力集中 焊接技术条件中不允许焊接接头中超过一定容限量的未焊透 产生原因 坡口钝边太厚 角度太小 装配间隙过小 焊接电流过小 电弧电压偏低 焊接速度过大 焊接电弧偏吹现象 焊接电流过大使母材金属尚未充分加热时而焊条已急剧熔化 焊接操作不当 焊条角度不正确而焊偏等 防止措施 正确选用和加工坡口尺寸 保证装配间隙 正确选用焊接电流和焊接速度 认真操作 保持适当焊条角度 防止焊偏 2020 2 24 26 焊接裂纹 在焊接应力及其它致脆因素的共同作用下 焊接过程中或焊接后 焊接接头中局部区域 焊缝或焊接热影响区 的金属原子结合力遭到破坏而出现的新界面所产生的缝隙 称为焊接裂纹 按裂纹产生的机理有热裂纹 冷裂纹 再热裂纹和层状撕裂 焊接技术条件中是不允许焊接裂纹存在的 按裂纹发生部位的焊缝金属中裂纹 热影响区裂纹或熔合线裂纹 根部裂纹 焊趾裂纹 焊道下裂纹和弧坑裂纹 2020 2 24 27 热裂纹热裂纹是在焊缝金属中由液态到固态的结晶过程中产生的 又称结晶裂纹 大多产生在焊缝金属中 其产生原因主要是焊缝中存在低熔点物质 如FeS 熔点1193 它削弱了晶粒间的联系 当受到较大的焊接应力作用时 就容易在晶粒之间引起破裂 焊件及焊条内含S Cu等杂质多时 就容易产生热裂纹 结晶裂纹最常见的情况是沿焊缝中心长度方向开裂 为纵向裂纹 有时也发生在焊缝内部两个柱状晶之间 为横向裂纹 而弧坑裂纹是其中另一种形态的 常见的热裂纹 2020 2 24 28 热裂纹有沿晶界分布的特征 当裂纹贯穿表面与外界相通时 裂纹面上有氧化色彩 失去金属光泽 防止结晶裂纹的措施 a 减小硫 磷等有害元素的含量 用含碳量较低的材料焊接 加入焊缝金属中锰形成MnS脱硫 b 加入一定的合金元素 减小柱状晶和偏析 如钼 钒 铝 钛 铌和稀土等元素可以细化晶粒 2020 2 24 29 c 采用熔深较浅的焊缝 改善散热条件使低熔点物质上浮在焊缝表面而不存在于焊缝中 d 合理选用焊接规范 并采用预热和后热 减小冷却速度 e 采用合理的装配次序 减小焊接应力 f 研究表明 在Ni Cr系的单项奥氏体不锈钢中加入Mo W Ti Ta等铁素体形成元素 可以有效阻止多边化过程 高温 相的存在 打乱枝状奥氏体晶粒的结晶方向 有效地防止多边化裂纹 2020 2 24 30 冷裂纹冷裂纹是在焊后冷却过程中产生的 产生于较低温度 或产生于焊后一段时间以后 故又称延迟裂纹 冷裂纹大多产生在基体金属或基体金属与焊缝交界的熔合线上 其产生的主要原因是由于热影响区或焊缝内形成了淬火组织 在高应力作用下 引起晶粒内部的破裂 焊接含碳量较高或合金元素较多的易淬火钢材时 最易产生冷裂纹 焊缝中熔入过多的氢 也会引起冷裂纹 含氢量和拉应力是冷裂纹 这里指氢致裂纹 产生的两个重要因素 2020 2 24 31 防止冷裂纹的措施 a 采用低氢型碱性焊条 严格烘干 在100 150 下保存 随取随用 b 严格清理焊接区域的锈 mFe2O3 H2O 打磨露出金属光泽 焊丝表面去除碳氢化合物或水份 以减少氢的来源 c 注意焊接环境 避免在雨雪天气的露天下 低温环境下焊接 d 提高预热温度 采用后热措施 并保证层间温度不小于预热温度 选择合理的焊接规范 避免焊接接头中出现淬硬组织和让扩散氢有效地逸出 2020 2 24 32 e 提高装配质量 避免强制装配 减少预应力 f 选用合理的焊接顺序 减少焊接变形和焊接应力 h 焊后及时进行消氢热处理 再热裂纹位置产生于焊接热影响区的过热粗晶区 时间是产生于焊后热处理等再次加热的过程中 再热裂纹的产生温度 碳钢与合金钢550 650 奥氏体不锈钢约300 再热裂纹的形态为晶界开裂 沿晶开裂 2020 2 24 33 再热裂纹的防止 a 注意冶金元素的强化作用及其对再热裂纹的影响 b 合理预热或采用后热 控制冷却速度 c 降低残余应力避免应力集中 d 回火处理时尽量避开再热裂纹的敏感温度区或缩短在此温度区内的停留时间 层状撕裂主要是由于钢材在轧制过程中 将硫化物 MnS 硅酸盐类等杂质夹在其中 形成各向异性 在焊接应力或外拘束应力的使用下 金属沿轧制方向的杂物开裂 2020 2 24 34 再热裂纹的防止 a 注意冶金元素的强化作用及其对再热裂纹的影响 b 合理预热或采用后热 控制冷却速度 c 降低残余应力避免应力集中 d 回火处理时尽量避开再热裂纹的敏感温度区或缩短在此温度区内的停留时间 层状撕裂主要是由于钢材在轧制过程中 将硫化物 MnS 硅酸盐类等杂质夹在其中 形成各向异性 在焊接应力或外拘束应力的使用下 金属