第六章焊接缺陷的产生、检验和预防(1)

1、第一篇第一篇 连接成形理论基础连接成形理论基础2返 回本章讲授目的本章讲授目的掌握常见焊接缺陷的类型、产生原因和预防措施掌握常见焊接缺陷的类型、产生原因和预防措施掌握常见焊接变形及预防措施掌握常见焊接变形及预防措施31、Introduction2010年年6月月29日深圳日深圳东部华侨城太空迷航事东部华侨城太空迷航事故，除了设计方面问题，故，除了设计方面问题，5号座舱侧导柱焊缝存号座舱侧导柱焊缝存在在虚焊虚焊缺陷，受力后完缺陷，受力后完全断裂全断裂 41999年年1月月4日，重庆日，重庆市綦江县城跨越綦河两市綦江县城跨越綦河两岸的人行彩虹桥（长虹岸的人行彩虹桥（长虹卧波，綦城一景卧波，綦城一景

2、 ）整体）整体垮塌垮塌 ，人遇难。，人遇难。 连接时两管的横切面完连接时两管的横切面完全抵拢，使钢管之间的焊接全抵拢，使钢管之间的焊接面减到了最低限度面减到了最低限度 ，只在，只在表层焊接，而且没有加强块表层焊接，而且没有加强块 5620102010年年1212月，鄂尔多斯国际那达慕大会主会场（即赛马月，鄂尔多斯国际那达慕大会主会场（即赛马场）事故，其主体结构投资据称达场）事故，其主体结构投资据称达1010多个亿。据专家的初步多个亿。据专家的初步勘察界定，钢结构的焊缝和质量缺陷、个别杆件连接不够规勘察界定，钢结构的焊缝和质量缺陷、个别杆件连接不够规范是造成这次事故的重要原因。天气的骤冷，也影响

3、了主体范是造成这次事故的重要原因。天气的骤冷，也影响了主体钢架，这些也是造成坍塌事故的重要原因。钢架，这些也是造成坍塌事故的重要原因。 7 北佛罗里达海岸海军确认在2010年11月20号刚刚服役的伯克级驱逐舰“格拉维利”(Gravely)号(DDG 107)天线桅杆在2011年2月13日进行日常业务时突然折断，事件中无人员受伤。 8美国第4代核动力攻击型潜艇SSN-21“海狼海狼”级攻击型核级攻击型核潜艇潜艇，可执行反潜、攻舰、对岸攻击、布雷和为航母编队护航等多项任务。概念设计完成后，美海军计划建造30艘，经费高达360亿美元，成为美海军有史以来耗资最大的一项潜艇发展计划，被称为“海军现代化计

4、划之基石”。 “海狼”号在建造过程中发生了严重焊接质量事故，使造价猛增至25亿美元。9 2009年年5月月28日，美国日，美国国防新闻国防新闻报道，诺斯罗普报道，诺斯罗普-格格鲁曼的纽波特鲁曼的纽波特-纽斯造船厂的一个质量检验官玩忽职守，没纽斯造船厂的一个质量检验官玩忽职守，没有检验就确认焊缝合格，致使有检验就确认焊缝合格，致使8艘艘“弗吉尼亚弗吉尼亚”级核潜艇和级核潜艇和“布什布什”号航空母舰号航空母舰的一万多条焊缝需要重新检验，其中的一万多条焊缝需要重新检验，其中两艘核潜艇和两艘核潜艇和“布什布什”号已经服役。后来，质量重检扩大号已经服役。后来，质量重检扩大到到9艘核潜艇和艘核潜艇和4艘航

5、空母舰。艘航空母舰。10 2007年秋，焊接填料年秋，焊接填料用错，造成一大批潜艇、用错，造成一大批潜艇、航母、水面舰艇的焊缝需航母、水面舰艇的焊缝需要重新检验，但最新一代要重新检验，但最新一代两栖攻击舰两栖攻击舰“圣安东尼奥圣安东尼奥”号是诺斯罗普号是诺斯罗普-格鲁曼质格鲁曼质量问题的集中体现。量问题的集中体现。 112、焊接缺陷的类型、焊接缺陷的类型焊接缺欠（焊接缺欠（welding imperfection）：）：在焊接接头中因焊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。接产生的金属不连续、不致密或连接不良的现象。 焊接缺陷（焊接缺陷（welding defect）：）

6、：超过规定限值的缺欠超过规定限值的缺欠12焊接缺陷分类焊接缺陷分类（1）形状尺寸缺陷）形状尺寸缺陷 焊接变形，尺寸偏差（错边、角度偏差、焊缝焊接变形，尺寸偏差（错边、角度偏差、焊缝尺寸过大或过小等），外形不良（包括焊缝高低不尺寸过大或过小等），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。平、波纹粗劣、宽窄不齐等），飞溅和电弧擦伤。 （2）结构缺陷）结构缺陷 焊缝表面气孔和内部气孔、夹渣、未熔合、未焊缝表面气孔和内部气孔、夹渣、未熔合、未焊透、焊瘤、凹坑、咬边和焊接裂纹焊透、焊瘤、凹坑、咬边和焊接裂纹。 （3）性能缺陷）性能缺陷 接头力学性能（抗拉强度、屈服点、冲击韧性接

7、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。及冷弯角度）、化学成分等性能不符合技术要求。13GB/T 6417.1-2005金属熔化焊接头缺欠分类及说明金属熔化焊接头缺欠分类及说明中中规定根据焊接缺陷的性质和特征可以分为六大类：规定根据焊接缺陷的性质和特征可以分为六大类： （1）裂纹（）裂纹（cracks）；（2）孔穴（）孔穴（cavities）；）；（3）固体夹杂（）固体夹杂（solid inclusions）；）；（4）未熔合及未焊透（）未熔合及未焊透（incomplete fusion or penetration）；）；（5）形状和尺寸不良（）形状

8、和尺寸不良（imperfect shape）；）；（6）其它缺陷（）其它缺陷（miscellaneous defects）14（1）裂纹）裂纹 一种在固态下由局部断裂产生的缺欠，可能源于冷却一种在固态下由局部断裂产生的缺欠，可能源于冷却或应力效果。或应力效果。微观裂纹：显微镜下才能观察到的裂纹微观裂纹：显微镜下才能观察到的裂纹 纵向裂纹纵向裂纹：基本与焊缝轴线平行的裂纹：基本与焊缝轴线平行的裂纹横向裂纹横向裂纹：基本与焊缝轴线相垂直的裂纹：基本与焊缝轴线相垂直的裂纹放射状裂纹放射状裂纹：有裂纹公共点的小裂纹：有裂纹公共点的小裂纹弧坑裂纹弧坑裂纹：焊缝弧坑处的裂纹：焊缝弧坑处的裂纹间断裂纹群间断

9、裂纹群：在任意方向间断分布的裂纹：在任意方向间断分布的裂纹枝状裂纹枝状裂纹：源于同一裂纹并连在一起的裂纹群：源于同一裂纹并连在一起的裂纹群15（2）孔穴）孔穴气孔：气孔：残留气体形残留气体形成的孔穴成的孔穴缩孔：缩孔：凝固收缩形凝固收缩形成的孔穴成的孔穴球形气孔球形气孔均布气孔均布气孔局部密集气孔局部密集气孔链状气孔链状气孔虫形气孔虫形气孔条形气孔条形气孔表面气孔表面气孔结晶缩孔结晶缩孔弧坑缩孔弧坑缩孔末端弧坑缩孔末端弧坑缩孔微型缩孔微型缩孔微型结晶缩孔微型结晶缩孔微型穿晶缩孔微型穿晶缩孔16打磨去除此部分打磨去除此部分打磨去除此部分打磨去除此部分气孔砂眼气孔砂眼缩孔缩孔气孔气孔弧坑气孔弧坑气

10、孔打磨去除，重新焊接打磨去除，重新焊接打磨去除，重新焊接打磨去除，重新焊接17（3）固体夹杂）固体夹杂指在焊缝金属中残留的固体杂物。指在焊缝金属中残留的固体杂物。夹渣：残留在焊缝金属中的熔渣夹渣：残留在焊缝金属中的熔渣焊剂夹渣焊剂夹渣氧化物夹杂氧化物夹杂金属夹杂金属夹杂18单个夹渣（Isolated Slag Inclusion)线状夹渣（Wagon Track - Slag Line）19（4）未熔合：）未熔合：焊缝金属和母材或焊缝金焊缝金属和母材或焊缝金属各焊层之间未结合的部分，包括侧属各焊层之间未结合的部分，包括侧壁、焊道间及根部未熔合。壁、焊道间及根部未熔合。未焊透：未焊透：实际熔深与

11、公称熔深之间实际熔深与公称熔深之间的差异。的差异。钉尖：钉尖：电子束或激光焊时产生电子束或激光焊时产生的极不均匀的锯齿状熔透的极不均匀的锯齿状熔透20内部未熔合(Interrun Fusion)侧壁未熔合（Lack of Sidewall Fusion)21（5）形状不良：）形状不良：焊缝的外表面形状或接头的几何形状不良焊缝的外表面形状或接头的几何形状不良。咬边：咬边：母材或前一焊道在焊趾处因焊接而产生的不规则缺口母材或前一焊道在焊趾处因焊接而产生的不规则缺口焊缝超高：对接焊缝表面上焊缝金属过高焊缝超高：对接焊缝表面上焊缝金属过高凸度过大：角焊缝表面上焊缝金属过高凸度过大：角焊缝表面上焊缝金属

12、过高下塌：过多的焊缝金属伸出焊缝根部，焊缝形面不良下塌：过多的焊缝金属伸出焊缝根部，焊缝形面不良焊瘤：覆盖在母材表面，但未与其熔合的过多焊缝金属焊瘤：覆盖在母材表面，但未与其熔合的过多焊缝金属22形状不良形状不良错边：要求平行对齐的焊件表面未达到要求错边：要求平行对齐的焊件表面未达到要求角度偏差角度偏差下垂：重力致焊缝金属塌落下垂：重力致焊缝金属塌落烧穿：熔池塌落导致焊缝内孔洞烧穿：熔池塌落导致焊缝内孔洞未焊满未焊满焊脚不对称焊脚不对称焊缝宽度不齐焊缝宽度不齐表面不规则表面不规则23形状不良还有形状不良还有根部收缩根部收缩根部气孔根部气孔焊接接头不良焊接接头不良变形过大变形过大焊缝尺寸不正确焊

13、缝尺寸不正确24咬边咬边不良外观不良外观25焊缝不均匀焊缝不均匀焊缝超高焊缝超高26焊接变形焊接变形3、焊接变形和焊接应力、焊接变形和焊接应力27 造成焊件的尺寸、形状变化；造成焊件的尺寸、形状变化； 矫正变形会使性能降低，成本增加；矫正变形会使性能降低，成本增加； 焊接应力会降低承载能力；焊接应力会降低承载能力； 引起焊接裂纹；引起焊接裂纹； 应力衰减会产生变形。应力衰减会产生变形。（1）焊接变形和残余应力的不利影响焊接变形和残余应力的不利影响28（2）焊接变形和残余应力产生原因）焊接变形和残余应力产生原因 在焊接过程中，对焊件进行局部的不均匀加热，在焊接过程中，对焊件进行局部的不均匀加热，

14、会产生焊接应力和变形。会产生焊接应力和变形。 焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不能自由膨胀和收缩。能自由膨胀和收缩。当拘束很大时（如大平板对接），则会产生残余应力，无当拘束很大时（如大平板对接），则会产生残余应力，无残余变形。残余变形。当拘束较小（如小板对接焊）时，既产生残余应力，又产当拘束较小（如小板对接焊）时，既产生残余应力，又产生残余变形。生残余变形。29（3）焊接变形的基本形式）焊接变形的基本形式 收缩变形收缩变形：工件整体尺寸的减小，包括纵向和横向收缩：工件整体尺寸的减小，包括纵向和横向收缩角变形角变形：当焊缝截面上下不对称或受热

15、不均匀时，焊缝因：当焊缝截面上下不对称或受热不均匀时，焊缝因横向收缩上下不均匀，导致角变形。横向收缩上下不均匀，导致角变形。弯曲变形弯曲变形：由于焊缝纵向收缩不对称，引起工件向一侧弯：由于焊缝纵向收缩不对称，引起工件向一侧弯曲，形成弯曲变形。曲，形成弯曲变形。扭曲变形扭曲变形：对多焊缝和长焊缝，因焊缝在横截面上的分布：对多焊缝和长焊缝，因焊缝在横截面上的分布不对称或焊接顺序和方向不合理等，工件易出现扭曲变形。不对称或焊接顺序和方向不合理等，工件易出现扭曲变形。波浪变形波浪变形：焊接薄板结构时，焊接应力使薄板失去稳定性，：焊接薄板结构时，焊接应力使薄板失去稳定性，引起不规则的波浪变形。引起不规则

16、的波浪变形。3031 焊缝不要有密集交叉截面，长度也要尽可能小，以焊缝不要有密集交叉截面，长度也要尽可能小，以减小焊接局部加热，从而减少焊接应力。减小焊接局部加热，从而减少焊接应力。结构设计方面结构设计方面减少焊接应力与变形的措施减少焊接应力与变形的措施32 焊缝的位置应尽量对称于结构中性轴焊缝的位置应尽量对称于结构中性轴焊缝对称布置焊缝对称布置 33 采取合理的采取合理的焊接顺序焊接顺序，使焊缝能够自由收缩，以减，使焊缝能够自由收缩，以减少应力（图少应力（图a）。而图）。而图b因先焊焊缝因先焊焊缝1导致对焊缝导致对焊缝2的拘束度的拘束度增加，而增大残余应力。增加，而增大残余应力。先短后长。先

17、短后长。工艺方面工艺方面34 采用反变形方法采用反变形方法焊前组装时，按测定和经验估计的焊接变形方向和大焊前组装时，按测定和经验估计的焊接变形方向和大小，在组装时使工件反向变形，以抵消焊接变形。同样，小，在组装时使工件反向变形，以抵消焊接变形。同样，也可采用预留收缩余量来抵消尺寸收缩。也可采用预留收缩余量来抵消尺寸收缩。35 采用焊前采用焊前刚性固定刚性固定组装焊接，限制产生焊接变形，组装焊接，限制产生焊接变形，但这样会产生较大的焊接应力。采用定位焊组装也可防止但这样会产生较大的焊接应力。采用定位焊组装也可防止焊接变形。焊接变形。36 预热与缓冷预热与缓冷：减小焊缝区与其他部分的温差，使：减小

18、焊缝区与其他部分的温差，使工件较均匀地冷却，减少焊接应力和变形。工件较均匀地冷却，减少焊接应力和变形。 焊后进行消除应力的焊后进行消除应力的退火退火可消除残余应力。可消除残余应力。37 采用分段倒退焊、采用分段倒退焊、多层多道多层多道焊也能减少焊接变形焊也能减少焊接变形 当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属伸长，当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属伸长，也能减少焊接残余应力，消除变形。也能减少焊接残余应力，消除变形。38严重的焊接变形应消严重的焊接变形应消 除，常采用除，常采用机械矫正法机械矫正法，通常，通常 只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。39火焰

19、矫正法火焰矫正法是利用火焰加热的热变形方法，一是利用火焰加热的热变形方法，一 般也仅般也仅适用于塑性好，且无淬硬倾向的材料。适用于塑性好，且无淬硬倾向的材料。 用于塑性好，用于塑性好，没有淬硬倾向没有淬硬倾向的钢的钢 。40母材与焊材、设备与工装、坡口制备、焊工水平、技术文件等；焊接及相关工艺执行情况、设备运行情况、结构与焊缝尺寸等；是保证合格产品出厂的重要措施41常用的焊接检验方法常用的焊接检验方法 射线检测（RT） 超声波检测（UT） 渗透检测（PT） 磁粉检测（MT） 涡流检测（ET） 光谱试验 硬度试验 金相及机械性能试验无损检测方法:在不损坏试件的前提下,以物理或化学方法为手段.借助

20、先进的技术和设备器材,对试件的内部及表面的结构，性质，状态进行检查和测试的方法。42射线检测 检测原理:指用X射线或射线穿透试件,以胶片作为记录信息的器材的无损检测方法。 被射线曝光的的带有潜影的胶片经过暗室处理后变为带有可见影象的底片射线源试件胶片43底片显示缺陷演示 根部未熔 夹杂44 外部咬边 根部凹陷45工业探伤射线种类工业探伤射线种类: :X X射线射线: :利用利用X X射线装置射线装置(X(X光机光机) )发出发出, ,在阴极在阴极( (钨丝钨丝) )和阳和阳极极( (金属靶金属靶) )间加很高的直流电压间加很高的直流电压, , 阴极释放的阴极释放的电子被电场加电子被电场加速速后

21、撞击在阳极靶上后撞击在阳极靶上, ,使原子处于激发态而使原子处于激发态而释放能量发射光释放能量发射光子子, ,即发射标识即发射标识X X射线射线 。射线射线: :由由放射装置发出。是放射装置发出。是放射性同位素放射性同位素经过经过衰衰变或变或衰变后衰变后, ,从激发态向稳定态过渡的过程中从原子核内从激发态向稳定态过渡的过程中从原子核内发出的。发出的。46超声波检测超声波检测检测原理检测原理:超声波探伤仪产生电振荡并加于换能器(探头)上,激励探头发射超声波,同时将探头送回的电信号进行放大,通过一定方式显示出来,从而得到被探工件内部有无缺陷及缺陷位置和大小等信息。工件探头47射线检测与超声波检测比

22、较射线检测与超声波检测比较：射线检测可得到缺陷直观图象，而超声波检测不能，定性困难定量精度不高。射线检测对体积性缺陷（气孔夹杂类）检出率高，而超声波检测对面积性缺陷（裂纹未熔类）检出率高。射线检测适宜厚度较薄的工件，而超声波检测适宜于较厚工件。射线检测适宜于对接焊缝，超声波检测适宜于各种工件射线检测对缺陷在厚度方向上很难定位，超声波检测则相反。4849检测原理检测原理：工件表面被施涂渗透液后，在毛细管作用下，经过一定时间的渗透，渗透液可以渗进表面开口缺陷中，经过去除表面多余的渗透液和干燥后，再在工件表面施加吸附介质显象剂，在毛细管作用下，渗透剂回渗到显象剂中，缺陷处的痕迹即被显示，从而探测出缺陷的形貌及分布状态。渗透检测渗透检测按照渗透液所含染料成分分为：荧光渗透探伤法、着色渗透探