铝合金焊接缺陷及检验

第18页共19页第八章：焊接缺陷及焊接质量检验学习要求：掌握焊接中各种焊接缺陷，了解焊接缺陷产生的原因及预防措施，掌握各种焊接检验方法。掌握公司焊缝外观检验标准，课时：4课时基本内容前言：随着科学技术的发展，焊接在工业生产中的地位更加重要。从大量结构的事故原因分析结果可以看出，很多是由于焊接质量不好造成的，而焊工的责任心和操作技能直接影响到焊接质量。为提高焊工的素质，保证焊接结构的使用安全、可靠，对焊工进行培训与考核是十分必要的。第一节焊接缺陷焊接缺陷：焊接接头中产生的不符合设计或工艺文件要求的缺陷一、焊接缺陷的分类按焊接缺陷在焊缝中的位置，可分为外部缺陷与内部缺陷两大类。外部缺陷位于焊缝区的外表面，肉眼或用低倍放大镜即可观察到。例如：焊缝尺寸不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑、烧穿、下塌、表面气孔、表面裂纹等。内部缺陷位于焊缝内部，需用破坏性实验或探伤方法来发现。例如：未焊透、未熔合、夹渣、内部气孔、内部裂纹等。二、常见电焊缺陷（1）焊缝尺寸不符合要求主要指焊缝宽窄不一、高低不平、余高不足或过高等。焊缝尺寸过小会降低焊接接头强度；尺寸过大将增加结构的应力和变形，造成应力集中，还增加焊接工作量。焊接坡口角度不当或装配间隙不均匀，焊接电流过大或过小，运条方式或速度及焊角角度不当等均会造成焊缝尺寸不符合要求。（2）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凸陷即为咬边。咬边使母材金属的有效截面减小，减弱了焊接接头的强度，而且在咬边处易引起应力集中，承载后有可能在咬边处产生裂纹，甚至引起结构的破坏。产生咬边的原因操作方式不当，焊接规范选择不正确，如焊接电流过大，电弧过长，焊条角度不当等。咬边超过允许值，应予补焊。（3）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，所形成的金属瘤即为焊瘤。焊瘤不仅影响焊缝外表的美观，而且焊瘤下面常有未焊透缺陷，易造成应力集中。对于管道接头来说，管道内部的焊瘤还会使管内的有效面积减少，严重时使管内产生堵塞。焊瘤常在立焊和仰焊时发生。焊缝间隙过大，焊条角度和运条方法不正确，焊条质量不好，焊接电流过大或焊接速度太慢等均可引起焊瘤的产生。（4）烧穿焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷称为烧穿。烧穿常发生于打底焊道的焊接过程中。发生烧穿，焊接过程难以继续进行，是一种不允许存在的焊接缺陷。造成烧穿的主要原因是焊接电流太大或焊接速度太低；坡口和间隙太大或钝边太薄以及操作不当等。为了防止烧穿，要正确设计焊接坡口尺寸，确保装配质量，选用适当的焊接工艺参数。单面焊可采用加铜垫板或焊剂垫等办法防止熔化金属下塌及烧穿。手工电弧焊焊接薄板时，可采用跳弧焊接法或断续灭弧焊接法。（5）未焊透焊接时接头根部未完全熔透的现象称为未焊透。未焊透常出现在单面焊的根部和双面焊的中部。未焊透不仅使焊接接头的机械性能降低，而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点，承载后会引起裂纹。未焊透产生的原因是焊接电流太小；焊接速度太快；焊条角度不当或电弧发生偏吹；坡口角度或对口间隙太小，焊件散热太快；氧化物和熔渣等阻碍了金属间充分的熔合等。凡是造成焊条金属和基本金属不能充分熔合的因素，都会引起来焊透的产生。防止未焊透的措施包括：①正确选择坡口形式和装配间隙，并清除掉坡口两侧和焊层间的污物及熔渣；②选用适当的焊接电流和焊接速度；③运条时，应随时注意调整焊条的角度，特别是遇到磁偏吹和焊条偏心时，更要注意调整焊条角度，以使焊缝金属和母材金属得到充分熔合；④对导热快、散热面积大的焊件，应采取焊前预热或焊接过程中加热的措施。（6）未熔合未熔合指焊接时，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；或指点焊时母材与母材之间未完全熔化结合的部分。未熔合的危害大致与未焊透相同。产生未熔合的原因有：焊接线能量太低；电弧发生偏吹；坡口侧壁有锈垢和污物；焊层间清渣不彻底等。（7）凹坑、塌陷及未焊满凹坑指：在焊缝表面或焊缝背面形成的低于母材表面的局部低洼部分塌陷：单面熔化焊时，由于焊接工艺不当，造成焊缝金属过量透过背面，使焊缝正面塌陷，背面凸起的现象。未焊满：由于填充金属不足，在焊缝表面形成的连续或断续的沟槽，这种现象。上述缺陷削弱了焊缝的有效截面，容易造成应力集中，并使焊缝的强度严重减弱。塌陷常在立焊和仰焊时产生，特别是管道的焊接，往往由于熔化金属下坠出现这种缺陷。氩弧焊应注意在收弧的过程中，使焊条在熔池处作短时间的停留，或作环形运条，以避免在收弧处出现凹坑。(8)、夹钨形成原因和防止措施形成原因⑴在焊接过程中焊接操作不当而使钨极接触工件熔入焊缝金属中，

⑵钨极直径小而焊接电流大，⑶焊丝触及了钨极尖端，⑷钨极烧损严重，钨极夹过热。⑸保护气体保护不良，钨极氧化严重。防止措施：⑴采用高频高压引弧，防止接触引弧法引弧⑵根据实际所需焊接电流，选择钨极直径。⑶加强操作技能培训，勿使填丝与钨极相碰⑷钨极端部出现裂纹烧损严重后应立即修磨钨极，更换钨极夹。⑸钨极伸出长度要合适，加大气体流量和增加滞后停气时间防止钨极氧化（9）气孔①气孔的形成及危害焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出，而残留下来形成的空穴称为气孔。气孔可分为密集气孔、针状气孔等。焊缝中形成气孔的气体主要是氢气。焊接区的氢可来自于各个方面,弧柱气氛中水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分都是主要来源,这些水分在电弧高温作用下形成气泡于熔池中,来不及浮出便形成气孔。气孔对焊缝的性能有较大影响，它不仅使焊缝的有效工作截面减小，使焊缝机械性能下降，而且破坏了焊缝的致密性，容易造成泄漏。气孔的边缘有可能发生应力集中，致使焊缝的塑性降低。因此在重要的焊件中，对气孔应严格地控制。②气孔产生的原因。①氩气纯度低，杂质太多或氩气管路内有水分以及氩气管路漏气。②焊丝或母材坡口附近焊前未清理干净，或清理后又被污物，水分等污染。③氩弧焊时氩气保护不良，电弧不稳，电弧过长，钨极伸出长度过长。④焊接参数选择不当，焊接速度过快或过慢。⑤周围环境潮湿，风速较大防止措施：①保证保护气体纯度。②焊丝和母材坡口处要清理干净。③正确选择焊接参数。④焊前采用预热。⑤工作环境不要潮湿，有防风装置。（10）裂纹在焊接应力及其他致脆因素共同作业下，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的缝隙称为焊接裂纹。铝及铝合金焊接裂纹属热裂纹。裂纹时最危险的焊接缺陷，严重地影响着焊接结构的使用性能和安全可靠性，而且是许多焊接结构破坏事故的主要原因。①焊丝选用不当，当焊缝中的（Mg）含量小于3%或时Fe、Si杂质含量超出规定时，裂纹倾向就增大，当焊接温度偏高时，引起热影响区液化裂纹。②焊接顺序选择不当。③焊接结束或是中断时，如果热源撤离过快，或时弧坑未填好，常常容易出现弧坑裂纹。④焊缝过于集中或是受热区温度过高，变形应力过大。⑤溶剂、焊丝保护气体含杂质过多。⑥结构设计不合理，焊缝过于集中，造成焊接接头拘束应力过大；防止措施：①正确选择焊丝，控制焊缝成分与母材成分良好匹配。②选择合理的焊接顺序。③焊接结束或中断时，收弧电流应调小，哀减时间稍长，并在收弧处填加焊丝。，或是在焊缝终端处装收弧板，在收弧板上收弧。④控制好受热区的温度以及变形，必要时应采取预热措施。⑤注意减小焊接结构的刚性，焊缝应尽量避免应力集中处。焊接缺陷检验焊接检验的重要性焊接检验时保证产品质量优良，防止报废出厂的重要措施。在新产生试制过程中，通过检验可以发现试制过程中发生质量问题，找出原因，消除缺陷。使新产品或新工艺得到运用，质量得到保证。一、非破坏性检验非破坏性检验是指在不损坏被检查材料或成品的性能、完整性的条件下进行检测缺陷的方法。它包括外观检验、致密性检验和无损探伤检验。1、外观检验焊接接头的外观检验是一种简便而又应用广泛的检验方法。一般用肉眼或用5～10倍放大镜检查。主要检查焊缝表面有无裂纹、气孔、咬边、焊瘤、烧穿和凹坑等缺陷，检查焊缝成形是否良好、余高是否符合图样要求、焊缝向母材过渡是否圆滑等。2、致密性检验这种检验方法主要用来检验不受压或受压较低的容器、管道焊缝的穿透性缺陷。常用的致密性检查方法有：水压试验、气压试验。（1）水压试验水压试验常被用来检查壳体强度及焊缝致密性。具体作法如下：①选择合格的压力表，精度不低于1.5级；②将容器内灌满水，试验时应彻底排尽容器内的空气，并堵塞好容器上的一切孔和眼，加压水泵，将容器内的压力提高到工作压力的1.25～1.5倍。③在升压过程中，应按规定逐级上升，中间应作短暂停压，不得一次升到试验压力，在该压力下维持一定时间。此后再将压力缓慢降至工作压力，加压后对焊缝仔细检查，当发现焊缝有水珠、细水流或有潮湿现象时，表明该焊缝不致密，应把它标注出来，待容器卸载后作返修处理，直至产品水压试验合格为止。④水压试验也可以做破坏试验，检查产品的承载能力。（2）气压试验气压试验是比水压试验更为灵敏和迅速的试验，同时试验后的产品不需作排水处理。但是，气压试验的危险性比水压试验大。试验时，先将气压加压到产品技术条件的规定值，然后关闭进气阀，停止加压，用测量仪移动到焊缝周围，检查焊缝是否漏气，（也可以涂肥皂水检测）或检查工作压力表数值是否下降。若测量仪发出报警则表明该焊接接头不致密，待卸压后进行返修、补焊，直至再检验合格后方能出厂。3、无损探伤检验无损探伤检查主要用于发现焊缝表面的细微缺陷以及存在于焊缝内部的缺陷。例如夹渣、气孔、裂纹、未熔合等。这类检验方法已在重要的焊接结构中被广泛应用。常见的探伤方法有：着色检验、超声波检验、射线检验。（1）着色检验它也是用来发现焊件表面缺陷的一种方法，但对焊件表面光洁度要求较高，检验时，将焊件用清洗剂擦洗干净，然后喷上着色剂；流动性和渗透性良好的着色剂便渗入到焊缝表面的细微裂纹中，随后将焊件表面用清洗剂擦净并涂以显像剂，浸入裂纹的着色剂遇到显像剂，便会显现出缺陷的位置、形状和大小。（2）超声波检验它是用来检测大厚度焊件焊缝内部缺陷的。适用于检测厚度一般为8～120mm的任何部位的气孔、夹杂、裂纹等缺陷，但它对缺陷的辨别能力差，且没有直观性。检测时要求工件表面平滑光洁，并涂上一层机油为媒介。检验时，超声波由工件表面传入，并在工件内部传播，当在其传播方向上遇到内部缺陷、工件表面、工件底面时就会引起反射，由探头将超声波变成电信号，由缺陷脉冲与始脉冲及底脉冲间的距离，可知缺陷的深度，并由缺陷脉冲讯号的高度可确定缺陷的大小。（3）射线检验它是用来检测焊缝内部缺陷的准确而又可靠的方法之一。常用的射线有Х射线，射线它适用于2～65厚度的焊件内部的气孔、夹杂物、未焊透、未溶合、裂缝等缺陷。X射线都能直观、准确地反映缺陷的位置、形状、大小及分布情况。未焊透在胶片上是一条断续或连续的黑直线,在照片上的位置多偏离焊缝中心，呈断续的线状，宽度不一致，黑度不均匀。气孔在胶片上的特征是分布不一致，有稠密的、也有稀疏的圆形或椭圆形黑点，其黑度一般是中心处较大而均匀地向边缘减小。夹渣在胶片上多呈现为不同形状的点或条状。点状夹渣呈单独的黑点，外观不规则，带有棱角，黑度较均匀。条状夹渣呈宽而短的粗线条状。长条状夹渣的线条较宽，但宽度不一致。裂纹在胶片上一般呈略带曲折的黑色细条纹，有时也呈现直线细纹；轮廓较为分明，两端较为尖细，中部稍宽，有分枝的现象较少见，两端黑度逐渐变浅，最后消失。射线探伤标准中，把焊缝质量划分为4等级，其中Ⅰ级焊缝的质量最好Ⅳ级最差。射线检验能从底片上直接判断出缺陷种类，而超声波检验较难判断缺陷的种类。4、破坏性检验力学性能试验：包括拉伸试验、弯曲试验（正弯、面弯、背完）、硬度试验、冲击试验、金相试验（宏观、微观）。⑴拉伸试验可以测定焊接接头的拉伸强度、屈服强度和塑性（拉伸率和端面收缩率）和焊缝断口处缺陷。⑵弯曲试验：检验焊接接头的塑性。⑶冲击试验：检验焊缝金属和焊接接头的冲击韧性和缺口敏感性。⑷硬度试验：检验焊缝和热影响区的硬度，间接估算出材料的强度。⑸金相试验：主要观察冶金过程产生的金相组织变化和微观缺陷。第三节焊缝缺陷的返修经焊接质量检验，发现有超过标准允许的缺陷应该返修，一般技术熟练，真正实施严格的焊接质量控制和焊接工艺保证条件的检验，只可能在极个别的条件下才会出现焊接缺陷。一、焊接缺陷的确定焊接缺陷返修前，应尽可能准确地确定焊接缺陷的种类，部位和尺寸，这对于保证一次返修合格是至关重要，对于内部缺陷，有些需要用综合无损探伤的方法，如射线和超声波探伤的综合使用，才能比较准确的确定焊接缺陷的种类，部位和尺寸）二、焊接缺陷返修方案的制定压力容器焊接缺陷返修前应该制定返修方案，返修方案还应经过焊接工程师批准。返修方案的实施应以焊接工艺评定为基础，评定合格，方可返修。返修方案应立足于保证一次返修合格的基础上去制定。焊缝返修时同一部位的返修次数不宜超过2次。三、焊接缺陷的清除焊接缺陷的去年高出可采用机械清除。不能用电弧清除的方法。机械清除可以用角向砂轮片，车削或是风动铣刀清除。清除的过程不会使焊接接头受热而产生组织和性能的变化。清除焊接缺陷要注意开沟、槽，和最适宜的坡口宽度和长度，注意开沟槽时要考虑补焊过程中收的应力和变形。四、补焊焊接缺陷清除后，要清除油污和氧化膜，应按经评定合格的焊接工艺规程进行补焊。补焊时应尽量使用较小的线能量，补焊过程中适当采用预热措施。尽可能多层焊接。焊后尽可能采取防止产生焊接缺陷。第四节公司焊缝外观成型检验标准一、焊缝外观尺寸检验1