单元二焊接缺陷

第一节焊接缺陷的概念及分类第二节焊接缺陷的特征、分布及产生因素第三节焊接缺陷的危害及对质量的影响2/6/20231一、焊接缺陷的概念在焊接接头中的不连续性、不均匀性以及其他不健全等欠缺，统称焊接缺欠。把焊接过程中在焊接接头中产生的不符合标准要求的焊接缺欠称为焊接缺陷。评定焊接接头质量优劣的依据是缺陷的种类、大小、数量、形态、分布及危害程度。若接头中存在着焊接缺陷，一般可通过补焊来修复，或者采取铲除焊道后重新进行焊接，有时直接作为判废的依据。2/6/20232二、焊接缺陷的分类1．按国家标准分根据GB6417.1-2005《金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明》，可将熔焊缺陷分为以下六类。第一类裂纹第二类孔穴第三类固体夹杂第四类未熔合及未焊透第五类形状和尺寸不良第六类其他缺陷以上六类缺陷的具体名称见表2-1。2/6/202332/6/202342．按表观上分分为成型缺陷、接合缺陷和性能缺陷。见表2-22/6/202353．按主要成因分分为构造缺陷、工艺缺陷和冶金缺陷。见表2-34．按影响断裂的机制分可分为平面缺陷（裂纹、未熔合和线状夹渣等）和体积型缺陷（气孔和圆形夹渣等）两大类。2/6/20236对焊接缺陷进行分析的目的：一方面是为了找出缺陷产生的原因，从而在材料、工艺、结构、设备等方面采取有效措施，以防止缺陷的产生；另一方面是为了在焊接结构（件）的制造或使用过程中，能够正确地选择焊接检验的技术手段，及时地发现缺陷，从而定性或定量地评定焊接结构（件）的质量，使焊接检验达到预期的目的。2/6/20237一、焊接缺陷的特征及分布（一）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金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙，称之为焊接裂纹。它具有尖锐的缺口和长宽比大的特征，是焊接结构（件）中最危险的缺陷。1．根据国家标准GB6417.1-2005对焊接裂纹的特征和分布描述见表2-4，其外观形貌如图2-1所示。2/6/202382/6/202392/6/2023102．按裂纹的形成温度来分按裂纹的形成温度不同可分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹三种。（1）热裂纹在固相线附近的高温区形成的裂纹称为热裂纹。热裂纹主要发生在晶界处。由于裂纹形成的温度较高，在与空气接触的开口部位表面有强烈的氧化特征，呈蓝色或天蓝色，这是区别与冷裂纹的主要特征。根据裂纹形成机理不同，热裂纹可分为结晶裂纹、液化裂纹和高温失塑裂纹。它们的特征及其分布见表2-5。2/6/202311（2）冷裂纹焊接接头冷却到Ms温度以下时形成的裂纹称为冷裂纹。其特点是表面光亮，无氧化特征。冷裂纹主要发生在焊接热影响区，对某些合金成分多的高强度钢来说，也可能发生在焊缝金属中。常见的冷裂纹可分为氢致裂纹、淬火裂纹和层状撕裂。其特征分布见表2-6。（3）再热裂纹工件焊接后，若再次被加热（如消除应力热处理、多层焊或使用过程中被加热）到一定的温度而产生的裂纹称为再热裂纹。再热裂纹多发生在含Cr、Mo、V的低合金结构钢，含Nb的奥氏体不锈钢以及析出硬化显著的Ni基耐热合金材料中。常出现在粗晶区中，并沿粗大奥氏体晶粒边界扩展，且多半发生在咬边等应力集中处。可形成沿熔合线的纵向裂纹，亦可形成粗晶区中垂直于熔合线的网状裂纹。其断口有被氧化的颜色。2/6/2023122/6/2023132/6/2023142/6/2023152/6/2023162/6/2023172/6/2023182/6/2023192/6/202320（二）孔穴孔穴分为气孔和缩孔。1．气孔熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴称为气孔。GB6417.1-2005将气孔分为7种（1）球形气孔形状近似球形的单个气孔称为球形气孔。（2）均布气孔大量气孔比较均匀的分布在整个焊缝金属中，如图2-7所示。（3）局部密集气孔在焊缝金属局部区域中存在的密集气孔群，如图2-8所示。2/6/2023212/6/202322（4）链状气孔与焊缝轴线平行的一串气孔，如图2-9所示。（5）条形气孔长度与焊缝轴线平行的非球形长气孔，如图2-10所示。（6）虫形气孔因气体逸出而在焊缝金属中产生的一种管状气孔穴，其形状和位置由凝固方式和气体的来源所决定。通常这种气孔成串聚集并呈人字形状。有些虫形气孔可能暴露在焊缝表面上，如图2-11所示。（7）表面气孔裸露在焊缝表面的气孔称为表面气孔。2/6/2023232/6/2023242．缩孔因熔化金属在凝固过程中收缩而产生的、残留在熔池中心部位的孔穴称为缩孔。GB6417.1-2005将缩孔分为4种。（1）结晶缩孔结晶缩孔是焊后冷却过程中，在焊缝中心形成的长条形收缩孔穴，其中可能有残留气体。这种通常在垂直于焊缝表面的方向上出现，如图2-12所示。（2）微缩孔微缩孔是在显微镜下才能观察到的缩孔。（3）枝晶间微缩孔它是在显微镜下观察到的枝晶微缩孔。（4）弧坑缩孔弧坑缩孔是指焊道末端弧坑中的凹陷。这种凹陷在后续焊道焊接之前或在施焊后续焊道时未被消除，如图2-13所示。2/6/2023252/6/202326（三）固体夹杂在焊缝金属中残留的固体杂物称为固体夹杂，它包括以下几类。1．夹渣焊后残留在焊缝中的熔渣称为夹渣。其形状比较复杂，一般呈线状、长条状、颗粒状及其它形式。主要发生在坡口边缘和每层焊道之间圆滑过渡的部位，在焊道形状发生突变或存在深沟的部位也容易产生夹渣，如图2-14所示。在横焊、立焊或仰焊时产生的夹渣比平焊多。2．焊剂夹渣残留在焊缝金属中的焊剂渣，一般呈线状、长条状、颗粒状及其它形式。2/6/2023273．氧化物夹杂这类夹杂是由于凝固时残留在焊缝金属中的金属氧化物所造成的。4．皱褶在某些情况下，特别是铝合金焊接时，因焊接熔池保护不善和紊流的双重影响而产生大量的氧化膜所引起的。5．金属夹杂来自外部的金属颗粒残留在焊缝金属中所引起的夹杂即金属夹杂。这种金属颗粒可能是钨（称之为夹钨）、铜或其他金属。2/6/202328（四）未熔合及未焊透1．未熔合在焊缝金属和母材之间或焊道金属与焊道金属之间未完全熔化结合的部分称为未熔合。常出现在坡口的侧壁、多层焊的层间及焊缝的根部。这种缺陷有时间隙很大，与熔渣难以区别。有时虽然结合紧密但未焊合，往往从其末端产生裂纹。未熔合有以下几种形式：侧壁未熔合、层间未熔合和焊根未熔合，如图2-15所示。2．未焊透焊接时，母材金属之间未被电弧熔合而留下的空隙称为未焊透。出现在单面焊的坡口根部、双面焊的坡口钝边之间，如图2-16所示。未焊透会造成较大的应力集中，往往从其末端产生裂纹。2/6/2023292/6/202330（五）形状和尺寸不良形状和尺寸不良是指焊缝的外表面形状或接头的几何形状不良或与原设计的几何形状出现了偏差。在旧标准中此类缺陷称之为形状缺陷。1．咬边由于焊接参数选择不当，或操作工艺不正确，沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷称为咬边，如图2-17所示。2/6/2023312/6/2023322．焊瘤焊接过程中，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。焊瘤存在于焊缝表面，在其下面往往伴随着未熔合、未焊透等缺陷。由于焊缝填充金属的堆积，使焊缝的几何形状发生变化而造成应力集中如图2-18所示。2/6/2023332/6/2023343．烧穿和下塌焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷叫烧穿。烧穿容易发生在第一道焊道及薄板对接焊缝或管子对接焊缝中。在烧穿的周围常有气孔、夹渣、焊瘤及未焊透等缺陷，如图2-19a）所示。穿过单层焊缝根部，或在多层焊接接头中穿过前道熔敷金属塌落的过量焊缝金属称为下塌如图2-19b）所示2/6/2023352/6/2023364．错边和角变形由于两个焊件没有对正而造成板的中心线平行偏差称为错边，如图2-20a）所示。当两个焊件没有对正而造成它们的表面不平行或不成预定的角度称为角变形如图2-20b）、c）所示。2/6/2023372/6/2023385．焊缝尺寸、形状不合要求焊缝的尺寸缺陷是指焊缝的几何尺寸不符合标准的规定，如图2-21所示。焊缝形状缺陷是指焊缝外观质量粗糙、鱼鳞波高低、宽窄发生突变，焊缝与母材非圆滑过渡等，如图2-22所示。2/6/2023392/6/2023402/6/202341（六）其他缺陷1．电弧擦伤在焊缝坡口外部引弧时产生于母材金属表面上的局部损伤，如图2-23所示。如果在坡口外随意引弧，有可能形成弧坑而产生裂纹，又很容易被忽视、漏检，导致事故发生。2．飞溅熔焊过程中，熔化的金属颗粒和熔渣向周围飞散的现象称为飞溅。不同药皮成分的焊条具有不同的飞溅损失，图2-24为飞溅较严重的情形。2/6/2023422/6/202343当焊接结构（件）中的焊接缺陷被检测出来后，除对它进行评定并做出处理外，还有一项更为重要的工作，即对该缺陷产生的原因进行分析。找出产生该缺陷的真正原因，从而“对症下药”，以减少或防止此类缺陷的产生。产生焊接缺陷的过程是十分复杂的，既有冶金的原因，又有应力和变形的作用。产生焊接缺陷的原因也是多方面的，对于不同的缺陷而言，影响因素也不相同。归纳起来有材料因素、结构因素和工艺因素三方面，表2-7对钢材熔焊产生的焊接缺陷进行了较为全面的分析。二、焊接缺陷的产生原因2/6/2023442/6/2023452/6/2023462/6/2023472/6/2023482/6/2023492/6/2023502/6/2023512/6/2023522.3焊接缺陷的危害及对质量的影响想一想：焊接缺陷怎样影响焊接结构件的质量？提示：前已述及，焊接缺陷的存在一方面降低了接头的有效承载面积，另一方面在缺陷的周围存在有严重的应力集中。由此可知，焊接缺陷会使接头的静载强度、疲劳强度降低，脆性破坏倾向增大。2/6/202353近年来焊接结构的生产朝着大型化、高温、高压、耐蚀、低温等方向发展。与此同时，所用钢材的强度和厚度不断提高。这就给焊接质量控制提出了新的研究课题，其中防止和控制焊接缺陷是提高焊接产品质量的关键。据统计，在世界上各种焊接结构的失效事故中，除少数是属于设计不合理、选材不当和操作上的问题之外，绝大多数是由焊接缺陷，特别是焊接裂纹所引起的。一、焊接缺陷的危害2/6/2023541944年10月美国俄亥俄州煤气公司液化天然气球形贮罐发生连锁式爆炸，造成大火，死亡133人，损失680万美元。据英国1965年统计，压力容器在役期间发生破坏的台数共计132台，其中由于存在焊接裂纹而导致破坏的就有118台，约占破坏总数的89.3%。据日本神奈川县1978年的调查，1958~1978年日本共生产各种球罐210台，经检查有152台出现裂纹，约占球罐总数的73%。1968年4月，日本德山县1台2226m3的球形贮罐在水压试验时发生脆断，整个球罐断塌。2/6/2023551979年发生了3次球罐断裂事故，破坏球罐8台。尤为严重的是1979年12月18日吉林液化石油气罐站发生的球罐爆炸事故，大火持续了23h，烧毁全部建筑和设备，死伤多人，造成巨大损失。焊接结构发生破坏的主要原因之一是焊接接头存在着缺陷。若有的缺陷被漏检，可能导致结构在负载时发生破坏事故。所以，在焊接产品的制造过程中应采取措施，防止产生焊接缺陷；在焊接产品的使用过程中应定期检验，以及时发现缺陷，采取补救措施。

2/6/202356焊接缺陷对质量的影响，