常见的焊接缺陷及其处理方法

案例 如果焊接质量要出现问题 所造成的危害是毁灭性的 比方讲四川重庆的綦虹桥 突然断裂 有焊接质量问题 韩国的汉江大桥突然断裂 也有焊接质量问题 四川重庆的綦虹桥突然断裂 事故原因分析 主拱钢管焊接问题主拱钢管加工层层转包 既无经济合同有无数面技术质量要求 加工采用包干承包 加工前未进行合理的工艺试验和必要的质检工作 在钢管标准节段弯曲成型时就多次发生焊缝断裂 经现场勘察取样 对焊缝进行X射线探伤 金相 强度等检验证明焊缝有裂纹 未焊透 未融合 气孔 夹渣 陈旧型裂纹等严重缺陷 焊缝质量不能达到施工及验收规范的二级焊缝检验标准的要求 故主拱钢管焊缝低劣是导致主拱垮塌的直接原因 众所周知 焊接结构 件 在现代科学技术和生产中得到了广泛应用 随着锅炉 压力容器 化工机械 海洋构造物 航空航天器和原子能工程等向髙参数及大型化 方向发展 工作条件日益苛刻 复杂 显然 这些焊接结构 件 必须是髙质量的 否则 运行中出现事故必将造成惨重的损失 诚然 迅速发展的现代焊接技术 已能在很大程度上保证其产品质量 但由于焊接接头为不均匀体 应力分布又复杂 制造过程中亦作不到绝对的不产生焊接缺陷 更不能排除产品在役运行中出现新的缺陷 前言 思考 焊接缺陷如何产生 在哪些地方出现 你曾今见过吗 一 常见焊接缺陷及其处理方法 1 1焊缝缺陷的分类 1 2内部缺陷 1 3外部缺陷 常见焊接缺陷及其处理方法 1 4GB6417 86 金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明 的规定 1 1焊缝缺陷的分类 焊接缺陷 1 按缺陷出现的时间来分 裂纹 孔穴 夹渣 凹陷 熔接不足或渗透不足等 通常指焊接热循环损伤到焊道或邻近的热影响区 造成焊件性质劣于母材 当焊件使用时 破裂起始于这些缺陷存在原位置 制造缺陷 使用时发生的缺陷 焊接缺陷 2 按缺陷出现的位置来分 焊瘤 咬边 烧穿 未焊透 夹渣 表面气孔 焊接裂纹以及焊缝形状和尺寸不符合要求 未焊透 夹渣 内部气孔 焊接裂纹等 外部缺陷 内部缺陷 第1类裂纹 第2类孔穴 第3类固体夹杂 第4类未熔合和未焊透 第5类形状缺陷 第6类上述以外的其它缺陷 分别用国际焊接学会 IIW 中缺陷字母代号做简化标记 3 GB6417 86规定分类 常见焊接缺陷示意图 一 裂纹 二 气孔 三 夹渣 四 未熔合未焊透 五 形状缺陷咬边焊瘤烧穿和下塌 错边和角变形焊缝尺寸不合要求 六 其它缺陷电弧擦伤 严重飞溅 母材表面撕裂 磨凿痕 打磨过量等 常见焊接缺陷 内部缺陷 外部缺陷 裂纹 气孔 夹渣和夹杂 未焊透 未融合 焊瘤 咬边 焊穿 凹坑 未焊满 尺寸和形状 1 2内部缺陷 位于焊缝内部缺陷 用破坏性试验或无损探伤的方法可以发现 定义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的金属原子结合力遭到破坏而形成新界面产生的裂缝 接头形式对裂纹倾向的影响 1 2 1焊接裂纹 焊接裂纹的宏观状态及其分布 常见的裂纹形状与射线底片 横向裂纹 纵向裂纹 根部裂纹 着色探伤显示产生的裂纹 与母材的化学成分 结晶组织 冶炼方法等有关 如钢的含碳量越高或合金量越高 钢材的硬度就越高 通常越容易在焊接时产生裂纹 焊接时冷却速度高容易产生裂纹 所以焊接时应避开风口和避免被雨水淋湿 在焊接中 高碳钢或合金钢时 要根据母材的成分或特性 有的要采取加热保温措施后方可施焊 焊条内含硫 磷 碳高时焊缝容易产生裂纹 硫磷是有害元素 含硫高焊缝有热脆性 含磷高焊缝有冷脆性 焊条含硫磷量都必须在0 0035以下 二 焊接裂纹的一般原因 被焊结构刚性大 构件的焊接顺序不当也容易产生裂纹 当顺序安排不当时会形成焊接收缩受阻 妨碍焊缝的自由收缩 以致产生较大的收缩应力而产生焊缝裂纹 焊接时周围的环境温度低 或在风口散热条件过好造成散热过快也会引起裂纹 分类热裂纹 冷裂纹 氢致裂纹 焊后热处理裂纹 再热裂纹 及延性不足裂纹 层状撕裂及应力腐蚀裂纹等 按温度范围和机理进行的焊接裂纹的分类氢致裂纹冷裂纹淬火裂纹层状撕裂结晶裂纹焊接裂纹热裂纹液化裂纹高温失效裂纹再热裂纹 三 焊接裂纹的分类 热裂纹产生原因焊缝金属的晶界上存在低熔点共晶体 含硫 磷 铜等杂质 接头中存在拉应力 热裂纹的定义焊接过程中 焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的裂纹 热裂纹主要发生在晶界处 热裂纹的特征热裂纹可发生在焊缝区或热影响区 沿焊缝长度方向分布 热裂纹的微观特征是沿晶界开裂 所以又称晶间裂纹 因热裂纹在高温下形成 所以有氧化色彩 焊后立即可见 1 热裂纹 又称结晶裂纹 了解热裂纹的形成 防止措施选用适宜的焊接材料 严格控制有害杂质碳 硫 磷的含量 Fe和FeS易形成低熔点共晶 其熔点为988 很容易产生热裂纹 严格控制焊缝截面形状 避免突高 扁平圆弧过渡 缩小结晶温度范围 改善焊缝组织 细化焊缝晶粒 提高塑性减少偏析 确定合理的焊接工艺参数 减缓焊缝的冷却速度 以减小焊接应力 如采用小线能量 焊前预热 合理的焊缝布置等 2 冷裂纹 冷裂纹的定义焊接接头冷却到较低温度下 对于钢来说在Ms温度以下 时产生的裂纹 冷裂纹主要发生在热影响区 对合金成分较多的高强钢来说 也可能发生在焊缝金属中 冷裂纹的特征多出现在焊道与母材熔合线附近的热影响区中 多为穿晶裂纹 冷裂纹无氧化色彩 冷裂纹发生于碳钢或合金钢 高的含碳量和合金含量 冷裂纹具有延迟性质 主要是延迟裂纹 冷裂纹产生原因焊接接头 焊缝和热影响区及熔合区 的淬火倾向严重 产生淬火组织 导致接头性能脆化 焊接接头含氢量较高 并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子 造成非常大的局部压力 使接头脆化 磷含量过高同样产生冷裂纹 存在较大的拉应力 因氢的扩散需要时间 所以冷裂纹在焊后需延迟一段时间才出现 由于是氢所诱发的 也叫氢致裂纹 了解冷裂纹的形成 工件焊前预热 焊后缓冷 大部分材料的温度可查表 可降低焊后冷却速度 避免产生淬硬组织 并可减少焊接残余应力 采取减小焊接应力的工艺措施 如对称焊 小线能量的多层多道焊等 焊后进行清除应力的退火处理 焊后立即进行去氢 后热 处理 加热到250 保温2 6h 使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面 防止冷裂纹的措施选用碱性焊条或焊剂 减少焊缝金属中氢的含量 提高焊缝金属塑性 焊条焊剂要烘干 焊缝坡口及附近母材要去油 水 除锈 减少氢的来源 热裂纹的特征及原因焊接完成后 在一定温度范围内对焊件再次加热 多发生在焊接过热区 属于沿晶裂纹 裂纹生成时产生很少或无变形 发生于镍基合金 不锈钢和少数合金钢 钢中Cr Mo V Nb Ti等元素会促使形成再热裂纹 裂纹起源于未焊透根部 焊趾及咬边等应力集中处 3 焊后热处理裂纹 防止措施合理的预热与焊后热处理规范 控制材料成分 应用低强度焊缝使焊缝强度低于母材以增高其塑性变形能力 缓和应力状态 减少拘束 应力集中 减少残余应力 4 层状撕裂 层状撕裂的特征焊接时 在焊接构件中沿钢板轧层形成的呈阶梯状的一种裂纹称为层状撕裂 层状撕裂经常发生在厚板的T形接头和角接接头中 层状撕裂的原因轧制钢板中存在硫化物 氧化物和硅酸盐等低熔点非金属夹杂物 垂直于厚度方向的焊接应力作用 防止措施严格控制钢材的含硫量 预热和使用低氢焊条 采用强度级别较低的焊接材料 在与焊缝相连接的钢板表面堆焊几层低强度焊缝金属作为过渡层 以避免夹杂物处于高温区 定义焊接时 熔池中的气体在金属凝固时未能逸出而形成的空穴 气孔分类焊缝气孔有三种 氢气孔 一氧化碳气孔 氮气孔 氢气孔 高温时 氢在液体中的溶解度很大 大量的氢溶入焊缝熔池中 而焊缝熔池在热源离开后快速冷却 氢的溶解度急速下降 析出氢气 产生氢气孔 一氧化碳气孔 当熔池氧化严重时 熔池存在较多的FeO 在熔池温度下降时 将发生如下反应 FeO C Fe CO 此时 若熔池已开始结晶 则CO将来不及逸出 便产生CO气孔 熔池氧化愈严重 含碳量愈高 越易产生CO气孔 氮气孔 熔池保护不好时 空气中的氮溶入熔池而产生 1 2 2焊接气孔 X射线探伤照片 焊缝内部的气孔 点状气孔 链状气孔 CO气孔为条虫状 H2气孔为孤立圆形 N气孔为蜂窝状 外部与内部气孔 单个气孔 密集气孔 氮 氢的溶解度变化 气孔产生的一般原因和预防措施焊接部位不洁净容易产生气孔 因此 焊接部位要求在焊接前清除油污 铁锈等脏物 使用低氢焊条焊接时要求更为严格 焊条和焊剂一定要严格按照规定的温度进行烘焙和保温 要求采取适宜的焊接规范 不要采用过大的焊接电流 注意控制母材及焊材的化学成分 焊接速度过快 焊接时操作不当 电弧拉得过长 使得有较多气体溶入金属溶液内 焊波接头气孔 使用低氢焊条往往容易在焊缝接头处出现表面和内部气孔 气体保护焊时应调节气体流量至适当值 定义及特征焊接时的冶金反应产物 例如非金属杂质 氧化物 硫化物等 以及熔渣 由于焊接时未能逸出 或者多道焊接时清渣不干净 以至残留在焊缝金属内 称为夹渣或夹杂物 视其形态可分为点状和条状 其外形通常是不规则的 其位置可能在焊缝与母材交界处 也可能存在于焊缝内 1 2 3夹渣与夹杂 夹渣夹渣是指焊后熔渣残存在焊缝中的现象 夹渣分为两种 1 金属夹渣指钨 铜等金属颗粒残留在焊缝之中 习惯称为夹钨 夹铜 2 非金属夹渣指未熔的焊条药皮或焊剂 硫化物 氧化物 氮化物残留于焊缝之中 冶金反应不完全 脱渣性不好 单个夹渣 线状夹渣 预防措施清除焊道上的杂质 污物 尤其是焊接坡口要保持清洁干燥 控制铁水与熔渣分离 按焊接工艺数据要求 选用合适的焊接电流和焊接速度 运条摆动要适当 多层焊时 加强焊接过程的层道清理 仔细观察坡口两侧熔化情况 每一层都要认真清理焊渣 使用合适规格的焊条 选用适宜的坡口形式及尺寸 提高焊工的操作技术水平 钢板对接焊缝X射线照相底片V型坡口 钨极氩弧焊打底 手工电弧焊 夹钨 钢板对接焊缝X射线照相底片V型坡口 手工电弧焊 两侧线状夹渣 W18Cr4V 高速工具钢 45钢棒对接电阻焊缝中的夹渣断口照片 未焊透 未焊透未焊透指母材金属未熔化 焊缝金属没有进入接头根部的现象 未焊透的危害之一是减少焊缝的有效截面积 使接头强度下降 其次 未焊透引起的应力集中所造成的危害 比强度下降的危害大得多 未焊透严重降低金属的疲劳强度 未焊透可能成为裂纹源 是造成焊逢破坏的重要原因 坡口根部未焊透 焊道之间未焊透 1 2 4未焊透 图9 5未焊透 未熔合未熔合是指焊逢金属与母材金属或金属之间未熔化结合在一起的缺陷 按其所在部位 未熔合可分为坡口未熔合 层间未熔合和根部未熔合三种 未熔合是一种面积型缺陷 坡口未熔合和根部未熔合对承载截面积的减小非常明显 应力集中也比较严重 其危害性仅次于裂纹 母材金属与焊缝金属未熔合 未熔合 1 2 5未熔合 焊缝金属和熔合面或焊道间没有熔合 也就是说 熔合度低于规定范围 由于未熔合而呈线形并且端部很尖锐 所以未熔合是值得注意的缺陷 它存在于焊接区域的很多部位 未熔合俗称 假焊 位于焊缝外表面 用目测或低倍放大镜可以看到的缺陷 1 3外部缺陷 定义及特征在母材与焊缝熔合线附近因为熔化过强会造成熔敷金属与母材金属的过渡区形成凹陷 沿焊趾的母材部位产生的沟槽和凹陷 沿焊缝边缘低于母材表面的凹槽状缺陷 可分为外咬边和内咬边 咬边不仅减少了焊接接头的有效工作截面 而且在咬边处造成严重的应力集中 咬边缺陷多见于横 立 仰焊 咬边 1 3 1咬边 咬边是靠近焊缝的母材上的表面缺陷 这是由于在焊接过程中母材熔化后 没有足够的填充材料适当的填入所引起的沉陷而造成的 结果是在母材上形成线性坡口 使母材可能具有相对尖锐的形状 由于是表面缺陷 对那些要承受疲劳载荷的结构有很大的危害 钢板对接焊缝X射线照相底片V型坡口 手工电弧焊 外部咬边 钢板对接焊缝X射线照相底片V型坡口 手工电弧焊 内部咬边 外部咬边 内部咬边 图9 2咬边 焊瘤 1 3 2焊瘤 定义及特征是焊缝中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢出 冷却后形成的未与母材熔合的金属瘤 焊瘤常伴有未熔合 夹渣缺陷 易导致裂纹 同时 焊瘤改变了焊缝的实际尺寸 会带来应力集中 管子内部的焊瘤减小了它的内径 可能造成流动物的堵塞 截面图 X射线探伤照片视图 焊穿 1 3 3烧穿 定义及特征是指焊接过程中 熔深超过工件厚度 熔化金属自焊缝背面流出 形成穿孔的缺陷 它是压力容器产品上不允许存在的缺陷 它完全破坏了焊缝 使接头丧失其连接承载能力 烧穿 薄板烧穿 凹坑 弧坑缩孔 1 3 4凹坑 定义及特征指焊缝表面或背面局部低于母材部分 它减小了焊缝的有限截面积 其中 弧坑常有弧坑裂纹 弧坑缩孔 夹渣 弧坑焊缝尾部产生的凹坑 图9 3弧坑 未焊满 焊缝低于母材 凹坑与未焊满的区别 凹坑是局部的坑槽 未焊满是连续或断续沟槽 1 3 5未焊满 定义及特征是指焊缝表面上连续或断续的沟槽 它同样削弱了焊缝 容易产生应力集中 同时 由于规范太弱使冷却速度增大 容易带来气孔 裂纹等 直缝凹陷 未焊满 危害焊缝的增强高过高会引起应力集中 易产生裂纹 尺寸过小的焊缝 有效工作截面减少 焊接接头强度降低 错边和变形过大 有可能使传力扭曲及产生应力集中 造成强度下降 缺陷原因焊件坡口角度不当 钝边 及装配间隙不均 焊件边缘切割不齐 焊接电流过大或过小 运条速度和角度不当 不正确的摇动和移动不均匀 1 3 6焊缝的形状和尺寸 定义及特征焊缝外表沿长度方向高低不平 焊波宽窄不齐 焊缝截面不丰满或增强高过高 焊缝外形尺寸过大 成形粗劣 错边量 焊后变形较大 变形量等不符合标准规定的尺寸等 防止形状缺陷的措施改善形状和尺寸不足 尤其是角焊缝更要经常注意焊条与母材的角度 以保证焊缝成形均匀一致 选择合理的坡口角度 45 为宜 和均匀的装配间隙 2mm为宜 提高焊工的操作技术水平 根据装配间隙变化 随时调整焊速及焊条角度 保持正确的运条角度匀速运条 错边焊件没有对正 存在平行偏差 各种位置的错边 产生错边的原因 定位焊时没有对正板或管的中心线措施 板对接管对接 其他外部缺陷 内凹或下陷焊缝根部向上收缩低于母材下表面时称为内凹 焊缝盖面低于母材上表面时称为下陷 焊偏在焊缝横截面上显示为焊道偏斜或扭曲 偏析在焊接时因金属熔化区域小 冷却快 容易造成焊缝金属化学成分分布不均匀 从而形成偏析缺陷 多为条状或线状并沿焊缝轴向分布 以上的外部缺陷多容易使焊件承载后产生应力集中点 或者减小了焊缝的有效截面积而使得焊缝强度降低 因此在焊接工艺上一般都有明确的规定 并且常常采用目视检查即可发现这些外部缺陷 1 4GB6417 86 金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明 的规定 GB6417 86 金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明 的规定 金属熔焊焊缝缺陷分为以下几类第1类裂纹 第2类孔穴 第3类固体夹杂 第4类未熔合和未焊透 第5类形状缺陷和第6类上述以外的其它缺陷 本标准按缺陷性质分大类 按其存在的位置及状态分小类 以表格的方式列出 缺陷用数字序号标记 每一缺陷大类用一个三位阿拉伯数字标记 第一缺陷小类用一个四位阿拉伯数字标记 因此 每一数字序号仅适合于某一特定类型的缺陷 例如 1021表示 焊缝横向裂纹 1023表示 热