焊接缺陷與焊接質量檢驗

1、焊接缺陷與焊接質量檢驗一般常見的焊接缺陷可分為四類： （1）焊縫尺寸不符合要求：如焊縫超高、超寬、過窄、高低差過大、焊縫過渡到母材不圓滑等。 （2）焊接表面缺陷：如咬邊、焊瘤、內凹、滿溢、未焊透、表面氣孔、表面裂紋等。 （3）焊縫內部缺陷：如氣孔、夾渣、裂紋、未熔合、夾鎢、雙面焊的未焊透等。 （4）焊接接頭性能不符合要求：因過熱、過燒等原因導致焊接接頭的機械性能、抗腐蝕性能降低等。 焊接缺陷對焊接構件的危害，主要有以下幾方面： （1）引起應力集中。焊接接頭中應力的分布是十分復雜的。凡是結構截面有突然變化的部位，應力的分布就特別不均勻，在某些點的應力值可能比平均應力值大許多倍，這種現(xiàn)象稱為應力集

2、中。造成應力集中的原因很多，而焊縫中存在工藝缺陷是其中一個很重要的因素。焊縫內存在的裂紋、未焊透及其他帶尖缺口的缺陷，使焊縫截面不連續(xù)，產生突變部位，在外力作用下將產生很大的應力集中。當應力超過缺陷前端部位金屬材料的斷裂強度時，材料就會開裂破壞。 （2）縮短使用壽命。對于承受低周疲勞載荷的構件，如果焊縫中的缺陷尺寸超過一定界限，循環(huán)一定周次后，缺陷會不斷擴展，長大，直至引起構件發(fā)生斷裂。 （3）造成脆裂，危及安全。脆性斷裂是一種低應力斷裂，是結構件在沒有塑性變形情況下，產生的快速突發(fā)性斷裂，其危害性很大。焊接質量對產品的脆斷有很大的影響。一、焊接缺陷 （一）焊接變形 工件焊后一般都會產生變形，

3、如果變形量超過允許值，就會影響使用。焊接變形的幾個例子如圖2-19所示。產生的主要原因是焊件不均勻地局部加熱和冷卻。因為焊接時，焊件僅在局部區(qū)域被加熱到高溫，離焊縫愈近，溫度愈高，膨脹也愈大。但是，加熱區(qū)域的金屬因受到周圍溫度較低的金屬阻止，卻不能自由膨脹；而冷卻時又由于周圍金屬的牽制不能自由地收縮。結果這部分加熱的金屬存在拉應力，而其它部分的金屬則存在與之平衡的壓應力。當這些應力超過金屬的屈服極限時，將產生焊接變形；當超過金屬的強度極限時，則會出現(xiàn)裂縫。 （二）焊縫的外部缺陷 1.焊縫增強過高 如圖2-20所示,當焊接坡口的角度開得太小或焊接電流過小時，均會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。焊件焊縫的危險平面已

4、從M-M平面過渡到熔合區(qū)的N-N平面，由于應力集中易發(fā)生破壞，因此，為提高壓力容器的疲勞壽命，要求將焊縫的增強高鏟平。 2.焊縫過凹 如圖2-21所示，因焊縫工作截面的減小而使接頭處的強度降低。 3.焊縫咬邊 在工件上沿焊縫邊緣所形成的凹陷叫咬邊，如圖2-22所示。它不僅減少了接頭工作截面，而且在咬邊處造成嚴重的應力集中。 4.焊瘤 熔化金屬流到溶池邊緣未溶化的工件上，堆積形成焊瘤，它與工件沒有熔合，見圖2-23。焊瘤對靜載強度無影響，但會引起應力集中，使動載強度降低。 5.燒穿 如圖2-24所示。燒穿是指部分熔化金屬從焊縫反面漏出，甚至燒穿成洞，它使接頭強度下降。 以上五種缺陷存在于焊縫的外

5、表，肉眼就能發(fā)現(xiàn)，并可及時補焊。如果操作熟練，一般是可以避免的。 （三）焊縫的內部缺陷 1.未焊透 未焊透是指工件與焊縫金屬或焊縫層間局部未熔合的一種缺陷。未焊透減弱了焊縫工作截面，造成嚴重的應力集中，大大降低接頭強度，它往往成為焊縫開裂的根源。 2.夾渣 焊縫中夾有非金屬熔渣，即稱夾渣。夾渣減少了焊縫工作截面，造成應力集中，會降低焊縫強度和沖擊韌性。 3.氣孔 焊縫金屬在高溫時，吸收了過多的氣體（如H2）或由于溶池內部冶金反應產生的氣體（如CO），在溶池冷卻凝固時來不及排出，而在焊縫內部或表面形成孔穴，即為氣孔。氣孔的存在減少了焊縫有效工作截面，降低接頭的機械強度。若有穿透性或連續(xù)性氣孔存在

6、，會嚴重影響焊件的密封性。 4.裂紋 焊接過程中或焊接以后，在焊接接頭區(qū)域內所出現(xiàn)的金屬局部破裂叫裂紋。裂紋可能產生在焊縫上，也可能產生在焊縫兩側的熱影響區(qū)。有時產生在金屬表面，有時產生在金屬內部。通常按照裂紋產生的機理不同，可分為熱裂紋和冷裂紋兩類。 （1）熱裂紋 熱裂紋是在焊縫金屬中由液態(tài)到固態(tài)的結晶過程中產生的，大多產生在焊縫金屬中。其產生原因主要是焊縫中存在低熔點物質（如FeS，熔點1193 ），它削弱了晶粒間的聯(lián)系，當受到較大的焊接應力作用時，就容易在晶粒之間引起破裂。焊件及焊條內含S、Cu等雜質多時，就容易產生熱裂紋。 熱裂紋有沿晶界分布的特征。當裂紋貫穿表面與外界相通時，則具有明

7、顯的氫化傾向。 （2）冷裂紋 冷裂紋是在焊后冷卻過程中產生的，大多產生在基體金屬或基體金屬與焊縫交界的熔合線上。其產生的主要原因是由于熱影響區(qū)或焊縫內形成了淬火組織，在高應力作用下，引起晶粒內部的破裂，焊接含碳量較高或合金元素較多的易淬火鋼材時，最易產生冷裂紋。焊縫中熔入過多的氫，也會引起冷裂紋。 裂紋是最危險的一種缺陷，它除了減少承載截面之外，還會產生嚴重的應力集中，在使用中裂紋會逐漸擴大，最后可能導致構件的破壞。所以焊接結構中一般不允許存在這種缺陷，一經發(fā)現(xiàn)須鏟去重焊。 二、焊接的檢驗 對焊接接頭進行必要的檢驗是保證焊接質量的重要措施。因此，工件焊完后應根據產品技術要求對焊縫進行相應的檢驗

8、，凡不符合技術要求所允許的缺陷，需及時進行返修。焊接質量的檢驗包括外觀檢查、無損探傷和機械性能試驗三個方面。這三者是互相補充的，而以無損探傷為主。 （一）外觀檢查 外觀檢查一般以肉眼觀察為主，有時用520倍的放大鏡進行觀察。通過外觀檢查，可發(fā)現(xiàn)焊縫表面缺陷，如咬邊、焊瘤、表面裂紋、氣孔、夾渣及焊穿等。焊縫的外形尺寸還可采用焊口檢測器或樣板進行測量。 （二）無損探傷 隱藏在焊縫內部的夾渣、氣孔、裂紋等缺陷的檢驗。目前使用最普遍的是采用X射線檢驗，還有超聲波探傷和磁力探傷。 X射線檢驗是利用X射線對焊縫照相,根據底片影像來判斷內部有無缺陷、缺陷多少和類型。再根據產品技術要求評定焊縫是否合格。 超聲

9、波探傷的基本原理如圖2-25所示。 超聲波束由探頭發(fā)出，傳到金屬中，當超聲波束傳到金屬與空氣界面時，它就折射而通過焊縫。如果焊縫中有缺陷，超聲波束就反射到探頭而被接受，這時熒光屏上就出現(xiàn)了反射波。根據這些反射波與正常波比較、鑒別，就可以確定缺陷的大小及位置。超聲波探傷比X光照相簡便得多，因而得到廣泛應用。但超聲波探傷往往只能憑操作經驗作出判斷，而且不能留下檢驗根據。 對于離焊縫表面不深的內部缺陷和表面極微小的裂紋，還可采用磁力探傷。 （三）水壓試驗和氣壓試驗 對于要求密封性的受壓容器，須進行水壓試驗和（或）進行氣壓試驗，以檢查焊縫的密封性和承壓能力。其方法是向容器內注入1.251.5 倍工作壓

10、力的清水或等于工作壓力的氣體（多數用空氣），停留一定的時間，然后觀察容器內的壓力下降情況，并在外部觀察有無滲漏現(xiàn)象，根據這些可評定焊縫是否合格。 （四）焊接試板的機械性能試驗 無損探傷可以發(fā)現(xiàn)焊縫內在的缺陷，但不能說明焊縫熱影響區(qū)的金屬的機械性能如何，因此有時對焊接接頭要作拉力、沖擊、彎曲等試驗。這些試驗由試驗板完成。所用試驗板最好與圓筒縱縫一起焊成，以保證施工條件一致。然后將試板進行機械性能試驗。實際生產中，一般只對新鋼種的焊接接頭進行這方面的試驗。焊接缺陷與檢驗（一）焊接缺陷 在焊接生產過程中，由于設計、工藝、操作中的各種因素的影響，往往會產生各種焊接缺陷。焊接缺陷不僅會影響焊縫的美觀，還

11、有可能減小焊縫的有效承載面積，造成應力集中引起斷裂，直接影響焊接結構使用的可靠性。表3-6列出了常見的焊接缺陷及其產生的原因。 表3-6 常見焊接缺陷缺陷名稱 示意圖 特征 產生原因 氣 孔 焊接時，熔池中的過飽和H、N以及冶金反應產生的CO，在熔池凝固時未能逸出，在焊縫中形成的空穴 焊接材料不清潔；弧長太長，保護效果差；焊接規(guī)范不恰當，冷速太快；焊前清理不當 裂 紋 熱裂紋：沿晶開裂，具有氧化色澤，多在焊縫上，焊后立即開裂 冷裂紋：穿晶開裂，具有金屬光澤，多在熱影響區(qū)，有延時性，可發(fā)生在焊后任何時刻 熱裂紋：母材硫、磷含量高；焊縫冷速太快，焊接應力大；焊接材料選擇不當冷裂紋：母材淬硬傾向大；焊縫含氫量高；焊接殘余應力較大 夾 渣 焊后殘留在焊縫中的非金屬夾雜物 焊道間的熔渣未清理干