培训5典型结构缺陷、质量控制方法、缺陷返修

1、蓝领杯高级焊工培训,焊接质量控制 教学内容： 1、典型结构焊接缺陷 2、缺陷返修 3、质量控制方法 教学目的：通过学习使员掌握焊接缺陷的常见种类及成因，并能对焊件进行检验，掌握焊接过程中质量控制的方法与技术。 教学要求：焊接质量控制要结合生产中的案例进行讲解。 教学建议：图片教学和案例教学。,典型容器和结构的缺陷,一、压力容器缺陷 二、梁、柱缺陷,一、压力容器缺陷,对于锅炉、压力容器等承压设备壳体，其焊接接头质量的好坏，将直接影响结构的可靠性。而焊接缺陷的类型与数量则是焊接质量评定的基本指标。焊接检验的目的在于防止和发现焊接缺陷，并对其作出适当处理，以确保设备的使用安全。 焊缝外部形状和尺寸的

2、缺陷，主要有错边、角变形、咬边、未焊满及焊缝余高过大等。焊缝外部的形状与尺寸，虽和焊缝内部质量没有必然的联系，但却会造成相当大的应力集中，成为诱发破坏事故的主要原因之一。,焊接缺陷类型,常见的焊接缺陷有咬边、凹陷、焊瘤、气孔、夹渣、裂纹、未焊透、未熔合等。通常按缺陷在焊缝中的位置不同，分为外部缺陷和内部缺陷两大类。 外部缺陷有表面裂纹、表面气孔、咬边、凹陷、满溢、焊瘤、孤坑等，这些缺陷主要与焊接工艺和操作技术水平有关。还有些是外观形状和尺寸不合要求的外部缺陷，如错边、角变形和余高过高等。 内部缺陷常见的有各种裂纹、未熔合、未焊透、气孔、夹渣和夹钨等。,焊接缺陷的危害,焊接缺陷对设备的影响，主要

3、是在缺陷周围产生应力集中，严重时使原缺陷不断扩展，直至破裂。同时，焊接缺陷对疲劳强度、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一样。,气孔,焊缝中的气孔一般呈单个球状或群状，因此气孔周围应力集中并不严重，其应力集中系数一般不大于2.5。 若焊缝中出现成串或密集气孔时，由于气孔的截面比较大，因此，成串气孔要比单个气孔危险得多。 在多层高压容器焊接中，由于层板间有油、锈等杂物，在坡口面堆焊时易产生气孔 在环焊缝焊接时，在X光底片上，环焊缝的半熔合区产生带尾巴的气孔，形状似蝌蚪。,夹渣的危害与其形状和尺寸有关。当夹渣呈连

4、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都大，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。 在锅炉和压力容器中，不允许存在任何裂纹和未熔合。,未焊透，系指基体金属和焊缝金属之间未被电弧熔化而留下空隙的一种焊接缺陷，常发生在单面焊根部和双面焊中部。这等于在焊缝上存在一个缺口，因此，未焊透往往是导致脆性破坏的起裂点，在交变载荷作用下，它也可能诱发疲劳破坏。国内外都曾出

5、现过因未焊透而引起容器破坏的事例。 例如，某国一根外径为120mm，壁厚为14mm的高压油管，因为在单面对接焊缝中有35mm未焊透，结果在该处产生疲劳裂纹并贯穿到外壁，高压油呈雾状喷出，造成爆炸并发生火灾。又如国内一台多层式高压容器，封头和筒体连接环缝的根部有未焊透，因而在水压试验中发生脆断，造成封头掉头事故。所以，在压力容器中，全焊透结构不允许存在未焊透缺陷。,咬边是指焊缝与基体金属之间出现的凹陷，它将造成应力集中。试验研究结果表明，咬边严重时其应力集中系数往往超过3，对脆性断裂、疲劳寿命和抗应力腐蚀能力均会带来不良后果。,未焊满系指焊缝坡口未被熔注金属填满，因而使焊缝的高度低于基体金属。焊

6、缝余高过大是指焊缝上熔液金属超出基体金属表面的高度，超过了标准允许的范围。未焊满和余高过大，均属形状不连续区，因而会造成应力集中，妨碍无损探伤的操作，严重时易在该处诱发缺陷。,错边是指对接焊缝的两个接头不平齐而产生的位错，角变形是指对接焊缝两边虽已对平，但两块板的中心线不在同一直线上，即在焊缝处有折角。角变形主要由焊接变形产生，而错边是由于卷板和焊前装配错误造成的。这两种缺陷，主要是在焊缝局部区域会因结构不连续而产生附加弯曲应力。,1968年4月，日本千叶发生的球形容器脆性破坏事故，其主要原因就是由于焊缝外部形状和尺寸造成的缺陷。该球形容器容积为1000m3，内径12.5m，顶板厚27mm，底

7、板厚28mm。在现场装配焊接时，把顶板上一块厚27mm的月牙板，错用在底极板上，因顶极板比底极板小20mm，焊缝对不上，不得不另嵌进钢板再进行焊接，焊缝两侧错边约3mm，角变形约67。结果在水压试验时，整个球体突然破裂，裂缝全长约1000mm，并有一块23070mm的碎片飞出。事后查明，裂缝是从错边及角变形处开始的，因而认为这是脆断的主要原因。,二、梁、柱缺陷,焊接中，同样会产生内部或外部缺陷 除此之外，就是焊接变形 关键的问题：防止焊接变形,减小和预防变形的措施,1.焊接结构的合理设计 (1)选择合理的焊缝形状和尺寸 (2)减少焊缝的数量 (3)对称布置焊缝 2.工艺措施 (1)选择合理的装

8、配焊接顺序 (2)反变形法 (3)刚性固定法 (4)合理地选择焊接方法和焊接参数 (5)热平衡法 (6)散热法,二、控制焊接残余变形的措施,1.焊接结构的合理设计合理的结构设计能有效地减小焊接残余变形，主要可以从以下几个方面考虑。,(1)选择合理的焊缝形状和尺寸 在保证结构具有足够承载能力的前提下，应采用尽量小的焊缝尺寸。尤其是角焊缝尺寸，对于结构中仅起联系作用或受力不大的角焊缝，应按板厚选取工艺上可能的最小焊缝尺寸；对于受力较大的T形或十字接头，在保证强度相同的条件下，采用开坡口的焊缝比不开坡口的角焊缝可减少焊缝金属，对减小角变形有利，如图1-14所示。 坡口形式不同，角变形量不同.,(2)

9、减少焊缝的数量 只要允许，多采用型材、冲压件； (3)对称布置焊缝. 合理安排焊缝位置梁、柱等焊接构件常因焊缝偏心配置而产生弯曲变形。合理的设计应尽量把焊缝安排在结构截面的中性轴上或靠近中性轴，力求在中性轴两侧的变形大小相等方向相反，起到相互抵消作用。如图1-16所示箱形结构，图1-16a中焊缝集中于中性轴一侧，弯曲变形大，图1-16b的焊缝安排合理。,2.工艺措施合理的制订工艺也能有效地减小焊接残余变形，主要可以从以下几个方面考虑。,(1)选择合理的装配焊接顺序 1)大型而复杂的焊接结构，只要条件允许，应分成若干个结构简单的部件，单独进行焊接，然后再总装成整体。这种“化整为零，集零为整”的装

10、配焊接方案的优点是，部件的尺寸和刚度小，可利用小型胎夹具控制变形，并有利于焊件的翻转与变位。更重要的是，可以把影响总体结构变形的因素分散到各个部件中，以减小或消除其不利影响。应当注意的是，所划分的部件应易于控制焊接变形，部件总装时焊接量少，同时也便于控制总变形。,2)正在施焊的焊缝应尽量靠近结构截面的中性轴，如图1-22a所示的桥式起重机的主梁结构。梁的大部分焊缝处于箱形梁的上半部分，其横向收缩会引起梁下挠的弯曲变形，而梁制造技术中要求该箱形主梁具有一定的上拱度，为了解决这一矛盾，除了将左右腹板预制上拱度外，还应选择最佳的装配焊接顺序，使下挠的弯曲变形最小。,根据该梁的结构特点，一般先将上盖板

11、与两腹板装成形梁(图1-22b)，最后装下盖板，组成封闭的箱形梁。形梁的装配焊接顺序是影响主梁上拱度的关键，应先将各长、短肋板与上盖板装配，焊A焊缝，然后同时装配两块腹板，焊B和C焊缝。这时产生的下挠弯曲变形最小。,因为使形梁产生下挠弯曲变形的主要原因是A焊缝的收缩，A焊缝离形梁截面中性轴越近，引起的弯曲变形越小。该方案中，在装配腹板之前焊A焊缝，结构中性轴最低，因为焊缝A距梁的截面中性轴最近，引起的下挠变形就小。因此，该方案是最佳的装配焊接顺序，也是目前类似结构在实际生产中广泛采用的一种方案。,3)对于焊缝非对称布置的结构，装配焊接时应先焊焊缝少的一侧。如图1-23a所示压力机的压型上模，截

12、面中性轴以上的焊缝多于中性轴以下的焊缝，若装配焊接顺序不合理，最终将产生下挠的弯曲变形。解决的办法是先由两人对称地焊接1和1焊缝(图1-23b)，此时将产生较大的上拱弯曲变形1并增加了结构的刚性，再按图1-23c的位置焊接焊缝2和2，产生下挠弯曲变形2，最后按图1-23d的位置焊接3和3，产生下挠弯曲变形3，这样1近似等于2与3之和，并且方向相反，弯曲变形基本相互抵消。,4)焊缝对称布置的结构，应由偶数焊工对称地施焊。如图1-24所示的圆筒体对接焊缝，应由2名焊工对称地施焊。,5)长焊缝(1m以上)焊接时，可采用图1-25所示的方向和顺序进行焊接，以减小其焊后的收缩变形。(分中分段退焊法、交替

13、焊法、跳焊法、分中对称焊法),(2)反变形法 反变形法是根据焊件的变形规律，焊前预先将焊件向着与焊接变形的相反方向进行人为的变形(反变形量与焊接形量相等)，使之达到抵消焊接变形的目的。此法很有效，但必须准确地估计焊后可能产生的变形方向和大小，并根据焊件的结构特点和生产条件灵活地运用。,反变形法主要应用于控制角变形和弯曲变形，如图1-17所示是几种不同焊接方法和不同焊接结构运用反变形法防止变形的示例。,(3)刚性固定法 采用适当办法来增加焊件的刚度或拘束度，可以达到减小其变形的目的。常用的刚性固定法有以下几种： 薄板焊接时，可将其用定位焊固定在刚性平台上，并且用压铁压住焊缝附近，如图1-18所示

14、，待焊缝全部焊完冷却后，再铲除定位焊缝，这样可避免薄板焊接时产生波浪变形。,T形梁焊接时容易产生角变形和弯曲变形，可以将两根T形梁组合在一起，如图1-19所示，使焊缝对称于结构截面的中心轴，同时大大地增加了结构的刚性，并配合反变形法(图中采用垫铁)，采用合理的焊接顺序，对防止弯曲变形和角变形有利。,对接拼板时，可以利用焊接夹具增加结构的刚性和拘束。如图1-20所示为利用夹紧器将焊件固定，以增加焊件的拘束，防止构件产生角变形和弯曲变形的应用实例。,单件生产中采用专用夹具在经济上不合理。因此，可在容易发生变形的部位焊上一些临时支撑或拉杆，增加局部的刚度，能有效地减小焊接变形。图1-21所示是防护罩

15、焊接时用临时支撑来增加拘束的应用实例。,(4)合理地选择焊接方法和焊接参数各种焊接方法的热输入不相同，因而产生的变形也不一样。能量集中和热输入较低的焊接方法，可有效地降低焊接变形。用CO2气体保护焊焊接中厚钢板的变形比用气焊和焊条电弧焊小得多，更薄的板可以采用脉冲钨极氩弧焊、激光焊等方法焊接。电子束焊的焊缝很窄，变形极小，一般经精加工的工件，焊后仍具有较高的精度。,如图1-26所示的不对称截面梁，因焊缝1、2离结构截面中性轴的距离s大于焊缝3、4到中性轴的距离s，所以焊后会产生下挠的弯曲变形。,如果在焊接1、2焊缝时，采用多层焊，每层选择较小的热输入；焊接3、4焊缝时，采用单层焊，选择较大的热

16、输入，这样焊接焊缝1、2时所产生的下挠变形与焊接焊缝3、4时所产生的上拱变形基本相互抵消，焊后基本平直。,(5)热平衡法 对于某些焊缝不对称布置的结构，焊后往往会产生弯曲变形。如果在与焊缝对称的位置上采用气体火焰与焊接同步加热，只要加热的工艺参数选择适当，就可以减小或防止焊件的弯曲变形。如图1-27所示，采用热平衡法对边梁箱形结构的焊接变形进行控制。,(6)散热法散热法就是利用各种办法将施焊处的热量迅速散走，减小焊缝及其附近的受热区，同时还使受热区的受热程度大大降低，达到减小焊接变形的目的。图1-28a所示是水浸法散热示意图，图1-28b是喷水法散热，图1-28c是采用纯铜板中钻孔通水的散热垫

17、法散热。,2.缺陷返修,返修及修补程序,A.返修前的准备,1.返修人员,为了保证压力容器、压力管道、锅炉等焊接产品质量，进行返修的焊工必须按锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则进行考试，并取得合格证，才能在有效期内，在合格的材料、位置、焊接方法等范围内，按照焊接工艺指导书从事焊接返修工作，因为外观质量的好坏，在很大程度上反应了焊工的操作技能水平。,2.制定返修工艺,对于压力容器、压力管道、锅炉等焊接结构经无损探伤不合格的焊缝或经压力试验有泄漏的焊缝，应进行返修补焊。对需要返修的焊缝缺陷，应经焊接技术人员和原施焊焊工共同分析产生缺陷的原因，提出相应改进措施，编制焊缝返修工艺，提出更合理的焊接参

18、数，经焊接责任工程师批准后实施。,B.返修操作的技术要求,（1）返修次数 焊缝同一部位返修次数一般不应超过二次，对于二次返修任不合格，如需在进行返修，需经制造单位技术负责人批准，应将返修次数、部位和无损探伤结果记入压力容器质量证明书中，蒸汽锅炉安全技术监察规程规定，“同一位置上的返修不应超过三次。 （2）返修工艺准备 按产品的技术要求，制定返修工艺且经验证合格；采用与产品焊接相同的焊接材料，由有经验、考试合格的焊工操作。,2、返修操作要点,B.返修操作的技术要求,（1）清除焊缝缺陷 根据检测的结果（如X射线检测等）确定缺陷部位、性质、大小，然后去除全部缺陷。 清除时，应挖除原来焊缝热影响区中的

19、过热区或保留一部分原来的焊缝金属，使补焊焊缝对原焊接接头热影响区起到回火作用，避免存在重复过热的过热区；,2、返修操作要点,B.返修操作的技术要求,（1）清除焊缝缺陷 挖除缺陷时，每册不超过板厚的2/3,如已达到板厚的2/3仍有缺陷，或者没有发现缺陷，则应将该侧补焊好以后，再以背面挖找缺陷； 采用碳弧气刨清除缺陷时，应防止夹碳、粘渣、铜斑等缺陷。否则应用砂轮磨掉，并磨去渗碳层、氧化膜。对于屈服点大于450MP的高强度钢或珠光体耐热钢，以及壁厚大于50mm的压力容器，采用碳弧气刨时应进行预热，预热温度与该钢种焊接时的预热温度相同。,2、返修操作要点,B.返修操作的技术要求,1)返修前，应将焊接缺

20、陷用碳弧气刨、手工铲磨、机械加工 或气割 等方法全部清除干净，两端打磨至圆滑过渡。焊 接坡口的尺寸应有利于操作。 2)坡口表面及两侧20mm范围内应将水、铁锈、油污 等其他有害杂质清除干净。 3)奥氏体高合金钢坡口两侧应刷防溅剂，防止飞溅物 粘在母材上。 4)焊条、焊剂按规定烘干，保温；焊丝需除油、铁 锈；保护气体应干燥。,3、补焊操作及补焊后处理,碳弧气刨原理 利用石墨棒或碳极与工件间产生的电弧将金属融化，并用压缩空气将其吹掉，实现在金属表面上加工沟槽的方法叫碳弧气刨,5)根据母材的化学成分、焊接性能、母材厚度、焊接 接头拘束度、焊接方法和焊接环境等综合因素确定 预热与否及预热温度。采用局部

21、预热时，应防止局 部应力过大，预热范围为焊缝两侧各不小于焊件厚 度的3倍，且不小于100mm。 （如需预热，预热温度应较原焊缝适当提高。要求热处理 的焊件，应在热处理前返修；如在热处理后返修补焊时，必须重作热处理） 6）产品结构的焊缝表面存在的裂纹、气孔；收弧处大于 0.5mm深的气孔；深度大于0.5mm的咬边；以及焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能达不到要求时，均进行返修。,7）补焊时，采用多层多道焊，错开每层、每道焊缝的起始和收尾（距离约为4660mm.)外，焊后及时进行消除应力、去氢、改善焊缝组织等处理。 8）返修后的焊缝表面，应进行修磨，使其与原焊缝基本一致，圆滑过渡。 9）有抗晶间腐蚀要

22、求的奥氏体不锈钢产品，返修后应保证其原有设计要求。,何谓“体系 ”？,56个民族 中国,焊接生产质量管理概念,质量管理的核心内涵是使人们确信某一产品(或服务)能满足规定的质量要求，并且使需方对供方能否提供符合要求的产品和是否提供了符合要求的产品掌握充分的证据，建立足够的信心，同时，也使本企业自己对能否提供满足质量要求的产品(或服务)有相当的把握而放心地组织生产。 对焊接生产质量进行有效的管理和控制，使焊接结构制作和安装的质量达到规定的要求，是焊接生产质量管理的最终目的。,焊接生产质量管理实质上就是在具备完整质量管理体系的基础上，运用下列六个基本观点，对焊接结构制作与安装工程中的各个环节和因素所

23、进行的有效控制： （1）系统工程观点； （2）全员参与质量管理观点； （3）实现企业管理目标和质量方针的观点； （4）对人、机、物、法、环实行全面质量控制的观点； （5）质量评价和以见证资料为依据的观点； （6）质量信息反馈的观点。,二、焊接生产企业的质量管理体系,1质量控制点的设置 质量控制点也称为“质量管理点”。 1）经常出现的问题 2）一出就是大问题 3）控制仪表（不是很好控制的地方） 【案例】“质量控制图” 是“你的成绩”，材料采购过程，从“合同”到最终“入库”,质量控制点的设置 国际焊接学会（IIW）的压力容器制造质量控制要点,2焊接生产质量管理体系的主要控制系统与控制环节 （1）材

24、料质量控制系统 （2）工艺质量控制系统 （3）焊接质量控制系统 （4）无损检测质量控制系统 （5）产品质量控制系统,3质量管理机构及工作方式 形成“一个完整的质量控制网络 ”,4建立“三检制度” 【互动】,自检,互检,专检,5建立健全质量信息系统,形成一个高效率的信息闭环系统,四、质量管理过程的典型案例 以某化工设备厂在20m3汽油储罐筒节生产过程中的质量管理记录，来初步了解质量管理体系的运行过程。 1下料 化工设备厂下料送检单,2卷圆 化工设备厂车间送检单,3纵缝焊接 化工设备厂焊接记录卡,化工设备厂焊接检验委托单,4检验 化工设备厂焊接合格通知单,产品试板合格通知单,习 题,一、判断题 1

25、41. 铸铁型焊缝容易产生热裂纹。 （ ） 142. 非铸铁型焊缝容易产生热裂纹。 （ ） 143. 铸铁焊接时减小熔合比，即减小焊缝中铸铁母材的熔入，可以防止冷裂纹。（ ） 144. 铸铁焊接时，焊缝中产生的气孔主要是CO和氢气孔。 （ ） 145. 纯铝和防锈铝热裂倾向大。 （ ） 146. 纯铝和防锈铝气孔倾向大。 （ ） 147. 铝和铝合金板厚超过10mm的焊件焊接时，采取预热措施的目的是为了防止冷裂纹。 （ ） 148. 铝和铝合金焊接时，只有采用直流正接才能产生“阴极破碎”作用，去除工件表面和氧化膜。 （ ） 149. 铜和铜合金焊接时，焊丝中加入脱氧元素的目的是为了防止热裂纹。 （ ） 150. 多层高压容器焊接时产生蝌蚪状气孔的原因主要