焊接缺陷工艺分析

1、焊接技术(jsh)与焊接缺陷山东常林农业装备股份(gfn)有限公司 2015-12共五十五页焊接接头焊接缺陷焊接应力与变形(bin xng)常用钢材的焊接共五十五页焊接(hnji)接头一、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

2、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(hud)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。共五十五页1.对接(du ji)接头 将两金属件放置于同一平面（或曲面内），使其边缘相对，沿边缘直线（或曲线）进行焊接(hnji)的接头叫对接接头。 对接接头是最常见，最合理接头形式。承压类特种设备多采用对接接头。I形，一般用于薄板V形，加工方便，耗焊材，角 变形大，单面施焊X形，加工复杂，双面施焊，角变形小，焊材损耗少U形，加工复杂，焊材损耗少，角变形较大双U形，加工复杂，焊材损耗少，角变形小共五十五页 用焊条电弧焊焊接板厚在

3、6mm以下的对接焊缝(hn fn)时，一般可用I型坡口直接焊接，但当焊接厚度大于3mm的构件时，需开坡口；板厚在6mm26mm时，常开单面坡口；板厚在12mm60mm时，常开双面坡口。单面坡口的可焊性较好，但焊条消耗量大，且焊后易产生角变形；双面坡口受热均匀，变形较小，焊条消耗量也小，但必须两面施焊，有时受构件结构限制，不易实施。 埋弧焊的接头形式与焊条电弧焊基本相同，但由于埋弧焊选用的电流大、熔深大，所以在板厚小于12mm时可直接采用I形坡口单面施焊，板厚小于24mm时可直接采用I形坡口双面施焊，焊更厚构件时需开坡口。焊接(hnji)接头共五十五页两块板料相叠，而在端部或侧面角焊的接头(ji

4、 tu)称搭接接头。搭接接头不需开坡口，装配要求较松，受力情况复杂，接头应力集中严重，承压类特种设备一般不允许用搭接结构。2.搭接(d ji)接头共五十五页3.角接接头(ji tu)及T字接头两构件成直角或一定(ydng)角度，而在其连接边缘焊接的接头称角接接头。两构件成T字形焊接在一起的接头，叫T字接头。角接接头和T字接头，常用于特种设备接管、法兰、夹套、管板、管子和凸缘等焊接。共五十五页二.焊接接头(ji tu)的组成 熔焊热源的高温集中熔化焊缝区金属，并向工件金属传导(chundo)热量，必然引起焊缝及附近区域金属的组织和性能发生变化。焊缝区在焊接接头横截面上测量的焊缝金属的区域。熔合区

5、熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区。热影响区-受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热作用发生组织或性能变化的区域。共五十五页 一般，低碳钢焊件的热影响区较窄，危害性较小，焊后可直接使用；对于碳素钢和低合金钢焊件，焊后可进行正火处理，细化晶粒，改善机械性能；对于无法进行热处理的焊件，则需正确选择焊接方法(fngf)和工艺条件，来减小热影响区的范围。焊接(hnji)接头共五十五页承压类特种设备常用焊接方法焊接接头(ji tu)焊接缺陷焊接应力与变形承压类特种设备常用钢材的焊接共五十五页焊接过程(guchng)的特点 焊接与炼钢相似，是一个冶炼过程。但这个过程比炼钢的时间短得多，有它自

6、己的一些特点。一、温度高 以手工电弧(dinh)焊为例，其电弧(dinh)温度高达60008000，使焊件与电焊条之间发生强烈熔化和蒸发(熔滴的平均温度达18002400)，外界的气体(如：N2、02、H2等)大量的分解溶入熔池，其数量比炼钢要大很多倍，那么凝固后的金属，有可能产生气孔，使机械性能下降。二、温差大 焊接是局部加热，从冷态开始至加热熔化，熔池的温度可达1700以上，其周围又是冷态金属，两者温度差巨大，从而使构件产生较大的内应力和变形，严重者可能产生裂纹，以至断裂。共五十五页三、熔池小，冷却快 由于熔池休积小，手工电弧焊只有8l 0mm3，自动焊大一些，也不过930mm3，焊缝金属

7、从熔化到凝固只有几秒钟，平均冷却速度约在4100/秒，比铸锭冷却速高1000倍，在这样短的时间内，冶金反应是不平衡，也就是说是不完善的。因而，焊缝金属的成份分布不均匀，偏析较大。四、组织差别大 焊接时，温度高，液体金属蒸发，化学元素的烧损，有些元素在焊缝金属和基本金属之间相互扩散，近缝区段所处的温度又不同，冷却后焊接接头(ji tu)的显微组织差别极大，明显的影响焊接接头(ji tu)性能。焊接(hnji)过程的特点共五十五页焊接(hnji)缺陷的危害性正是由于焊接过程的上述特点，导致该区域焊接缺陷的产生。焊接缺陷对锅炉压力容器安全运行的危害是巨大的，主要表现在以下三个方面(fngmin)：1

8、）由于缺陷的存在，减少了焊缝的承载截面积，削弱了拉伸强度。2）由于缺陷形成缺口，缺口尖端会发生应力集中和脆化现像，容易产生裂绞并扩展。3）缺陷可能穿透筒壁，发生泄漏，影响致密性。共五十五页焊接缺陷(quxin)的分类焊接缺陷(quxin)从宏观上看，可分为：裂纹未熔合未焊透夹渣气孔形状缺陷（又称焊缝金属表面缺陷或叫接头的几何尺寸缺陷，如咬边，焊瘤等。）共五十五页共五十五页共五十五页1.裂纹（焊接裂纹）：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的新界面而产生缝隙，称为焊接裂纹。它具有尖锐的缺口和大的长宽比特征。裂纹是焊接缺陷中危害性最大的一种，焊接结构

9、的破坏大部分是由于裂纹造成。裂纹是一种面积型缺陷，具有三维尺寸(ch cun)的缺陷称为体积型缺陷，具有二维尺寸(ch cun)（第三维尺寸(ch cun)极小）的缺陷称为面积型缺陷，它的出现将显著减少承载截面积，更严重的是裂纹端部形成尖锐缺口，应力高度集中，很容易扩展导致破坏。共五十五页焊接缺陷(quxin)的分类冷裂纹：焊接接头冷却到较低温度时(对于钢来说在MS温度，即奥氏体开始转变为马氏体的温度以下(yxi)产生的焊接裂纹。最主要、最常见的冷裂纹为延迟裂纹（即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹-因为氢是最活跃的诱发因素，而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间）。 冷裂纹主要产生在热影

10、响区和焊缝的根部，基本上与焊缝轴线垂直。共五十五页共五十五页冷裂纹产生原因：焊接接头存在淬硬组织，性能脆化；扩散氢含量较高，使接头性能脆化，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；存在较大的焊接拉应力。 冷裂纹的预防措施：用碱性焊条，减少焊缝金属中氢含量、提高焊缝金属塑性；减少氢来源，焊材要烘干，接头要清洁（无油、锈、水）；避免产生淬硬组织，焊前预热、焊后缓冷； 降低焊接应力，采用合理(hl)的工艺规范，焊后热处理等； 焊后立即进行消氢处理（即加热到250左右，保温，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面）。 共五十五页热裂纹：焊接过程中，焊缝和热影响(yngxing)区金属冷却到固

11、相线附近的高温区产生的裂纹。热裂纹产生的部位：焊接热裂纹通常产生于焊缝金属内，也可能在焊接熔合线邻近的热影响区组织内(母材金属)，发生在弧坑中的热裂纹往往是星状的。 共五十五页热裂纹产生(chnshng)的原因：焊缝中低熔点共晶组成元素S、P、Si等发生偏析、富集，导致大量低熔点的共晶物聚集于晶界上,在冷却结晶过程中,焊缝收缩而产生拉力,使焊缝在高温时沿晶界开裂，从而产生热裂纹。热裂纹的预防措施冶金方面：控制焊缝化学成分，严格控制会形成低熔点共晶的杂质元素含量；改变焊缝组织状态，细化晶粒。工艺方面：控制焊缝形状，从焊接构件设计和焊接工艺上设法尽量减少在脆性温度区间的拉伸应变；合理选用焊接材料（

12、一般选用具有较强脱硫能力的碱性焊条和焊剂）；制定合理的焊接工艺规范，选择合理的焊接方向和焊接顺序；使用引弧板，尽量减少焊接热作用。共五十五页2. 未 熔 合是指熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未完全熔化结合的部分。点焊时母材与母材之间未完全熔化结合的部分。未熔合可分为坡口未熔合、焊道之间未熔合（包括层间未熔合）、焊缝根部未熔合。按其间成分不同(b tn)，可分为白色未熔合（纯气隙、不含夹渣）、黑色未熔合（含夹渣的）。共五十五页产生原因：a.电流太小或焊速过快（线能量不够）；b.电流太大，使焊条大半根发红而熔化太快，母材还未到熔化温度便覆盖上去。c.坡口有油污、锈蚀；d.焊件散热速度太快

13、，或起焊处温度低；e.操作不当或磁偏吹，焊条偏弧等。未熔合：是一种类似于裂纹的极其危险的缺陷(quxin)。未熔合本身就是一种虚焊， 在交变载荷工作状态下， 应力集中，极易开裂，是最危险缺陷(quxin)之一。 共五十五页3. 未 焊 透焊接时接头根部未完全熔透的现象，也就是焊件的间隙或钝边未被熔化(rnghu)而留下的间隙，或是母材金属之间没有熔化(rnghu)，焊缝熔敷金属没有进入接头的根部造成的缺陷。未焊透可分为双面焊未焊透和单面焊未焊透两种 1. 单V坡口未焊透 2X坡口未焊透 3无坡口未焊透共五十五页共五十五页产生未焊透缺陷的主要原因焊接电流过小，焊接速度过快；坡口角度太小；根部钝边

14、太厚；间隙太小；焊条角度不当；电弧太长或偏吹（偏弧）等。未焊透的危害性未焊透也是一种比较危险的缺陷，其危害性取决于缺陷的形状、深度和长度。它除降低(jingd)焊缝的强度外，也容易在未焊透区域延伸成裂纹，导致材料断裂，尤其连续未焊透更是一种危险缺陷。共五十五页 4夹 渣夹渣是指焊缝金属中残留有外来固体物质所形成的缺陷，以及焊后残留在焊缝中的金属颗粒。夹渣是焊接过程中比较容易产生的缺陷，通常尤以残留在焊缝金属中的熔剂形成的夹渣最为常见。 熔剂夹渣：是指焊条药皮或焊剂不溶物而产生的夹渣物。金属夹渣：是指焊缝金属中残留的金属颗粒。 如：钨金属。夹渣在焊缝中的形状有：单个点状夹渣、条状(tio zhu

15、n)夹渣、链状夹渣和密集夹渣等 。 共五十五页按形态：夹渣可分为(fn wi)点状夹渣、块状夹渣、条状夹渣等。 单个点状夹渣 条状夹渣共五十五页产生非金属夹渣的主要原因(yunyn)：焊接电流太小，焊接速度太快：熔池金属凝固过快；运条不正确；铁水与熔渣分离不好；层间清渣不彻底等。产生金属夹渣的主要原因：焊接电流过大或钨极直径太小，氩气保护不良引起钨极烧损，钨极触及熔池或焊丝而剥落。夹渣的危害性：夹渣是一种体积型缺陷，容易被射线照相检出。夹渣会减少焊缝受力截面。夹渣的棱角容易引起应力集中，成为交变载荷下的疲劳源。共五十五页 5. 气 孔气孔是指焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出，而残留下来所形

16、成的空穴(kn xu)。气孔可分为条虫状气孔、针孔、柱孔，按分布可分为密集气孔，链孔等。 气孔产生部位和形状气孔分内气孔和外气孔两种：小的很小，在显微镜下才能看到，大的可达6mm以上。气孔是由于气体熔解于液态金属内，在冷却中金属熔解度降低，部分气体企图进入大气，但遇到金属结晶的阻力，使它不能顺利的逸出而残留于金属内，形成了内气孔，或逸在表面形成外气孔。 共五十五页气孔在焊缝中的分布；有的是单个气孔，有的是成群状或链状气孔等等(dn dn)。如焊缝中的单个球形气孔。大量气孔在焊缝金属中比较均匀地分布。焊缝中局部密集气孔。 单个球状气孔 均布气孔 密集气孔共五十五页与焊缝轴线平行的链状气孔(qkn

17、g)。长度方向与焊缝轴线近似平行的非球形的长气孔。 共五十五页由于气体上浮引起的管状孔穴、虫形孔穴的位置和形状是由固化的形式和气体的来源决定的，通常它们是成群或单个出现并且成人字形(z xn)分布。 共五十五页共五十五页共五十五页共五十五页产生气孔的主要原因：基本金属或填充材料表面有锈、油等未清干净。焊条及熔剂没有充分烘干。电弧能量过小或焊速度过快。焊缝金属脱氧不足。气孔的危害焊缝中由于气孔的残留，必然减少焊缝金属的有效截面(jimin)，从而使焊接接头的强度降低。特别是密集气孔会使焊缝不致密，降低接头塑性和引起构件的焊缝处泄漏。气孔与裂纹和未焊透比较，它的危害性要差一些，所以标准中允许限量存

18、在。但是，要力求焊缝无气孔或尽量减少气孔数量。共五十五页焊接(hnji)缺陷的危害性丶分类及辨认6形状缺陷表面缺陷，属于外观检查的范围。射线照相标准一般均规定：焊缝经表面检验合格后才能进行射线照相。但是，有时(yush)一些未经外观检验或外观检验不合格的焊缝也进行了射线照相；有些构件的某些焊缝难以进行外观检查的，如带垫板管件、液化石油气钢瓶环焊缝、无人孔的小容器合缝、锅炉联箱最后组装的环焊缝等等这些焊缝的内凹和内咬边，都需要无损探伤才能综合评定。形状缺陷是指焊缝金属表面成形不良或其他原因造成的缺陷，包括咬边、烧穿，根部内凹，收缩沟、弧坑、焊瘤，未焊满，搭接不良等。共五十五页共五十五页咬 边共五

19、十五页 焊接(hnji)接头质量检验的内容和方法焊接(hnji)质量检验的方法 共五十五页承压类特种设备常用(chn yn)焊接方法焊接接头焊接缺陷焊接应力与变形承压类特种设备常用钢材的焊接共五十五页 焊接时，焊件各部分冷热不均，受热部位(bwi)产生拉应力，未受热部位(bwi)则产生压应力。当应力达到一定程度，焊件出现变形。 对焊焊缝(hn fn)的应力分布 边缘焊的变形焊接应力与变形产生的原因： 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。焊接变形和焊接应力共五十五页 平板焊接过程(guchng)中的应力与变形形成原理示意图焊接(hnji)变形和焊接(hnji)应力共五十

20、五页焊件焊后的变形形式(xngsh)主要有：尺寸收缩、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形等。焊接变形(bin xng)和焊接应力共五十五页 焊接变形与应力的危害 工件焊接后产生变形和应力对结构的制造和使用会产生不利影响。产生焊接变形，可能使焊接结构尺寸不合要求，组装困难，间隙大小不一致等，从而影响焊件质量。焊接残余应力会增加工件工作时的内应力，降低承载能力；还会引起裂纹，甚至(shnzh)造成脆断，应力的存在会诱发应力腐蚀裂纹。残余应力是一种不稳定状态，在一定条件下会衰减而产生一定的变形，使构件尺寸不稳定，所以减少和防止焊接变形和应力是十分必要的。焊接变形(bin xng)和焊接应力共五十五页焊接(hnji)应力的防止采取合理的装配和焊接顺序，使焊缝能够自由地收缩，以减少(jinsho)应力。而图b因先焊焊缝1导致对焊缝2的拘束度增加，而增大残余应力。采用小能量，多层焊，也可减少焊缝应力。焊前预热可以减少工件温差，也能减少残余应力。共五十五页热处理法：焊后进行消除应力的退火可消除残余应力。机械法：当焊缝还处在较高温度时，锤击(chu j)