焊接缺陷圖譜

焊縫缺陷圖譜于靜泊哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)材料學(xué)院一、焊接基本知識1、焊接的冶金特點什么叫焊接：兩個分離的物體（同種或異種材料）通過原子或分子之間的結(jié)合和擴散造成永久性聯(lián)接的工藝過程叫焊接。熔化焊是金屬材料焊接的主要方法：熔化焊接時，被焊金屬在熱源作用下被加熱，發(fā)生局部熔化，同時熔化了的金屬、熔渣、氣相之間進行著一系列影響焊縫金屬的成分、組織和性能的化學(xué)冶金反應(yīng)，隨著熱源的離開，熔化金屬開始結(jié)晶，由液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)，形成焊縫。熔化焊的冶金特點：1）溫度高以手工電弧焊為例，電弧溫度高達6000℃～8000℃，熔滴溫度約1800℃～2400℃，在如此高溫下，外界氣體會大量分解，溶入液態(tài)金屬中，隨后又在冷卻過程中析出，所以焊縫易形成氣孔缺陷。2）溫度梯度大焊接是局部加熱，熔池溫度在1700℃以上，而其周圍是冷態(tài)金屬，形成很陡的溫度梯度，從而會導(dǎo)致較大的內(nèi)應(yīng)力，引起變形或產(chǎn)生裂紋缺陷。3）熔池小，冷卻速度快熔池的體積，手工焊約2cm3～10cm3，自動焊約9cm3～30cm3，金屬從熔池到凝固只有幾秒鐘，在這樣短的時間里，冶金反應(yīng)是不平衡的，因此焊縫金屬成分不均勻，偏析較大。2、焊縫的結(jié)晶特點

焊接熔池從高溫冷卻到常溫，其間經(jīng)歷過兩次組織變化過程；第一次是液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w金屬的結(jié)晶過程，稱為一次結(jié)晶；第二次是溫度降低到相變溫度時，發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，稱為第二次結(jié)晶。一次結(jié)晶從熔合線上開始，晶體的生長方向指向溶池中心，形成柱狀晶體，當(dāng)柱狀晶生長至相互接觸時，結(jié)晶過程即告結(jié)束。焊縫表面形態(tài)以及熱裂紋、氣孔等缺陷的成因、形態(tài)、位置均與一次結(jié)晶有關(guān)。對低碳鋼及低合金鋼，一次結(jié)晶的組織為奧氏體，繼續(xù)冷卻到低于相變溫度時，奧氏體分解為鐵素體和珠光體，冷卻速度影響著鐵素體和珠光體的比率和大小，進而影響焊縫的強度、硬度和塑性韌性，當(dāng)冷卻速度很大時，有可能產(chǎn)生淬硬組織馬氏體，冷裂紋的形成與淬硬組織有關(guān)。3、焊縫的組成及熱影響區(qū)組織

焊接接頭由焊縫和熱影響區(qū)兩部分組成。二次結(jié)晶不僅僅發(fā)生在焊縫，也發(fā)生在靠近焊縫的基本金屬區(qū)域，該區(qū)域在焊接過程中受到不同程度的加熱，在不同溫度下停留一段時間后又以不同速度冷卻下來，最終獲得各不相同的組織和機械性能，稱為熱影響區(qū)。根據(jù)組織特征可將熱影響區(qū)劃分為熔合區(qū)、過熱區(qū)、相變重結(jié)晶區(qū)和不完全重結(jié)晶區(qū)四個小區(qū)，其中熔合區(qū)和過熱區(qū)組織晶粒粗大，塑性很低，是產(chǎn)生裂紋、局部脆性破壞的發(fā)源地，是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。二、焊接缺陷的分類1．外部缺陷在焊縫的表面，用肉眼或低倍放大鏡就可看到，如咬邊，焊瘤，弧坑，表面氣孔和裂紋等。2．內(nèi)部缺陷位于焊縫內(nèi)部，必須通過各種無損檢測方法或破壞性試驗才能發(fā)現(xiàn)。內(nèi)部缺陷有未焊透，未熔合，夾渣，氣孔，裂紋等，這些缺陷是我們無損檢測人員檢查的主要對象。三、焊縫缺陷的危害性：1）由于缺陷的存在，減少了焊縫的承載截面積，削弱了靜力拉伸強度。2）由于缺陷形成缺口，缺口尖端會發(fā)生應(yīng)力集中和脆化現(xiàn)象，容易產(chǎn)生裂紋并擴展。3）缺陷可能穿透焊縫，發(fā)生泄漏，影響致密性?？v向裂紋示意圖一、焊縫縱向裂紋X光底片

焊縫縱向裂紋2焊縫縱向裂紋3焊縫縱向裂紋1焊縫縱向裂紋3焊縫縱向裂紋4焊縫縱向裂紋5焊縫縱向裂紋6焊縫縱向裂紋7焊縫縱向裂紋8焊縫縱向裂紋9焊縫縱向裂紋10焊縫縱向裂紋11焊縫縱向裂紋12焊縫縱向裂紋13焊縫縱向裂紋14焊縫縱向裂紋15焊縫縱向裂紋16焊縫縱向裂紋17焊縫縱向裂紋18焊縫縱向裂紋19焊縫縱向裂紋20縱向裂紋的表面特征是沿焊縫長度方向出現(xiàn)的黑線，它既可以是連續(xù)線條，也可以是間斷線條。縱向裂紋影像產(chǎn)生的原因是沿焊縫長度破裂而導(dǎo)致的不連續(xù)黑線。

二、焊縫橫向裂紋X光底片焊縫橫向裂紋1焊縫橫向裂紋2焊縫橫向裂紋3焊縫橫向裂紋4焊縫橫向裂紋的表征是橫在焊接影像上的一根細小黑線（直線或曲線），它產(chǎn)生的原因是由焊縫上的金屬破裂引起的。當(dāng)焊接應(yīng)力為拉應(yīng)力并與氫的析集和淬火脆化同時發(fā)生時，極易產(chǎn)生冷裂紋。三、熱影響區(qū)縱向裂紋X光底片熱影響區(qū)縱裂1熱影響區(qū)縱裂2熱影響區(qū)撕裂呈線性黑色鋸齒狀，平行于熔合線，穿晶擴展，表面無明顯氧化色彩，屬脆性斷口的延遲裂紋。四、母材裂紋X光底片母材裂紋1母材裂紋2五、裂紋裂紋的分類方法：按延伸方向可分為縱向裂紋、橫向裂紋、輻射狀裂紋；按發(fā)生部位可分為焊縫裂紋、熱影響區(qū)裂紋、熔合區(qū)裂紋、焊趾裂紋、弧坑裂紋、母材裂紋；按發(fā)生條件和時機可分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋。1、熱裂紋產(chǎn)生的機理

發(fā)生于焊縫金屬凝固末期，敏感溫度區(qū)間大致在固相線附近的高溫區(qū)，最常見的熱裂紋區(qū)是結(jié)晶裂紋，其生成原因是在焊縫金屬凝固過程中，結(jié)晶偏析使雜質(zhì)生成的低熔點共晶物富集于晶界，形成所謂“液態(tài)薄膜”，由于焊縫凝固收縮而受到拉應(yīng)力，最終開裂形成裂紋。結(jié)晶裂紋最常見的情況是沿焊縫中心長度方向開裂，為縱向裂紋。有時也發(fā)生在焊縫內(nèi)部兩個柱狀晶體之間，為橫向裂紋。孤坑裂紋是另一種形態(tài)的常見的熱裂紋。熱裂紋都是沿晶界開裂，通常發(fā)生在雜質(zhì)較多的碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼等材料焊縫中。2、冷裂紋產(chǎn)生的機理1）焊接拉應(yīng)力的作用：金屬在焊后冷卻至馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（大致在300℃-200℃）以下時被冷卻過程中的過度熱應(yīng)力拉開，常發(fā)生在熱影響區(qū)熔合線附近的過熱區(qū)中。2）氫的聚集作用：在焊接高溫作用下，氫以原子狀態(tài)進入熔池中，隨著熔池溫度的不斷降低，氫在金屬中的溶解度急劇下降；在金屬發(fā)生相變時其溶解度將發(fā)生突變。焊接時冷卻速度很快，氫來不及逸出而殘留在焊縫中，過飽和的氫就向熱影響區(qū)擴散，聚集在熔合線附近，氫原子結(jié)合成氫分子，以氣體狀態(tài)進入到金屬的細微孔隙中，并造成很大的壓力，使局部產(chǎn)生很大的應(yīng)力而形成冷裂紋。氫的擴散在不同材料中速度不同，因此這類冷裂紋產(chǎn)生的時間也不同，有時在焊接后立即出現(xiàn)，有時在焊后幾天，幾周甚至更長的時間才出現(xiàn)，這就是冷裂紋的延遲性，具有更大的危險性。3、再熱裂紋產(chǎn)生的機理

是指某些含鉬、釩、鉻、鈮、鈦等沉淀強化元素的低合金高強鋼和耐熱鋼，焊接冷卻后又重新加熱（通常是消除應(yīng)力熱處理）的過程中，在焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)產(chǎn)生的裂紋。產(chǎn)生裂紋的原因是再加熱時焊接殘余應(yīng)力松弛，導(dǎo)致較大的附加變形，與此同時熱影響區(qū)的粗晶部位會析出合金碳化物組成的沉淀硬化相，如果粗晶部位的蠕變塑性不足以適應(yīng)應(yīng)力松弛所產(chǎn)生的附加變形，則沿晶界發(fā)生裂紋。再熱裂紋的敏感溫度區(qū)間為550℃-650℃。產(chǎn)生裂紋的三大因素：拘束應(yīng)力、淬硬組織和擴散氫。延遲裂紋發(fā)生的部位：熱影響區(qū)，少數(shù)在焊縫上，縱向和橫向都有發(fā)生。常出現(xiàn)在低合金高強鋼和中、高碳鋼的焊接接頭。焊趾裂紋、熱影響區(qū)裂紋、焊道下裂紋、根部裂紋等都是延遲裂紋常見的形態(tài)。裂紋微觀形態(tài)：穿晶開裂，也有沿晶開裂。裂紋是危害性最大的一種焊接缺陷：裂紋是一種面積型缺陷[具有三維尺寸的缺陷稱為體積型缺陷，具有二維尺寸（第三維尺寸極?。┑娜毕莘Q為面積性缺陷]，它的出現(xiàn)將顯著減少承載面積，更嚴重的是裂紋端部形成尖銳缺口，應(yīng)力高度集中，很容易擴展導(dǎo)致破壞。防止裂紋的措施

1）焊前預(yù)熱，焊后緩慢冷卻，使熱影響區(qū)的奧氏體分解能在足夠高溫度區(qū)間內(nèi)進行，避免淬硬組織的產(chǎn)生，同時也有減少焊接應(yīng)力的作用。2）焊接后即時進行低溫退火，去氫處理，消除焊接時產(chǎn)生的應(yīng)力，并使氫及時擴散到外界去。3）選用低氫型焊條和堿性焊劑等；焊材按規(guī)定烘干，并嚴格清理坡口。4）加強焊接時的保護和被焊處表面的清理，避免氫的侵入。5）選用合理的焊接規(guī)范（例如：焊接速度過大或過小均易產(chǎn)生淬硬組織），采用合理的對口組裝焊接順序，以改善焊件的應(yīng)力狀態(tài)。未熔合示意圖焊縫未熔合X光底片未熔合1未熔合2未熔合3未熔合4未熔合5未熔合6未熔合7未熔合8坡口咬邊（未熔）示意圖

坡口咬邊（未熔）X光底片坡口咬邊（未熔）1坡口咬邊（未熔）2坡口咬邊（未熔）影像的表面特征是較黑的細長起伏寬度不一的黑線{線內(nèi)常含有熔渣}，可以是一根黑線，也可以是多根黑線，它產(chǎn)生的原因是長條形空腔出現(xiàn)在焊縫坡口的兩側(cè)。未熔合影像的表面特征為一根或多根長條形的平行黑線，未熔合線較直，有時較黑的密集斑點會沿未熔合線散布。它產(chǎn)生的原因是由焊接金屬與母材金屬之間長條形的間隙而引起的。六、未熔合1、定義：熔焊時，焊縫金屬與母材金屬、或焊縫金屬之間未熔化結(jié)合在一起的部分，對口點焊時，母材與母材之間未完全熔化結(jié)合的部分。2、分類：按其所在部位，未熔合可分為坡口未熔合、根部未熔合、層間未熔合三種。3、未熔合產(chǎn)生的原因：焊接電流過?。缓附铀俣冗^快；焊接角度不對；產(chǎn)生了弧偏吹現(xiàn)象；焊接處于下坡焊位置，母材未熔化時已被鐵水覆蓋；母材表面有污物或氧化物影響熔敷金屬與母材間的熔化結(jié)合等。4、未熔合的危害：

未熔合也是一種面積型缺陷，坡口未熔合和根部未熔合對承載截面積的減小非常明顯，應(yīng)力集中也比較嚴重，其危害性僅次于裂紋。5、防止措施：正確選用坡口和電流，坡口清理干凈，正確操作防止焊偏等。未焊透示意圖未焊透X光底片未焊透1未焊透2未焊透3未焊透4未焊透影像表面特征為焊縫中心部分呈規(guī)則性的邊緣整齊的直線，成連續(xù)的或間斷的黑色條紋，產(chǎn)生的原因是焊縫坡口鈍邊的根部未完全溶化。1、定義：母材根部鈍邊金屬之間沒有熔化，焊縫金屬沒有進入接頭的根部或根部未完全熔透的現(xiàn)象叫未焊透。2、未焊透類型：可分為雙面焊未焊透和單面焊未焊透兩種。3、未焊透型狀：可分為雙邊未焊透與單邊未焊透兩種。七、未焊透4、未焊透產(chǎn)生的原因：焊接電流過小或運條速度過快，焊接速度過快；坡口角度太??；根部鈍邊太厚；組對間隙太??；焊條角度不當(dāng)；電孤太長及電弧偏吹等。5、未焊透的危害：1）未焊透也是一種比較危險的缺陷，其危害性取決于缺陷的形狀、深度和長度。2）未焊透缺陷不僅降低了焊接接頭的機械性能，而且在未焊透處的缺口和端部形成應(yīng)力集中點，承載后往往會引起裂紋，是一種危險性缺陷，在受壓焊縫中，這類缺陷一般是不允許存在的。4、防止措施：合理選用坡口型式，裝配間隙和采用正確的焊接工藝等。夾鎢示意圖焊縫夾鎢X光底片夾鎢1夾鎢2夾鎢3夾鎢4夾鎢5夾鎢6夾鎢7夾鎢8夾鎢影像的表面特征為焊縫中出現(xiàn)一些不規(guī)則的白色斑點，它們是由焊接過程中殘留的小塊鎢渣引起的。夾渣示意圖焊縫夾渣X光底片夾渣1夾渣2夾渣3夾渣4夾渣5夾渣6夾渣7夾渣在焊縫中呈現(xiàn)的形態(tài)是點狀或條狀的寬度不一、黑度不一的影像，它們產(chǎn)生的原因是焊接過程中焊藥熔渣或其它低密度雜質(zhì)清理不干凈而留存在焊縫中。1、夾渣：焊縫金屬中殘留有外來固體物質(zhì)所形成的缺陷。夾渣：是指焊后殘留在焊縫中的熔渣。夾雜物：是指由于焊接冶金反應(yīng)產(chǎn)生的，焊后殘留在焊縫金屬中的非金屬雜質(zhì)（如氧化物，硫化物等）。八、夾渣2、夾渣的形狀：條狀和點狀，外形不規(guī)則。3、夾渣的分類：1）按形態(tài)，夾渣可分為點狀夾渣、塊狀夾渣、條狀夾渣；2）按殘留固體物質(zhì)種類，夾渣可分為非金屬夾渣和金屬夾渣。3）非金屬夾渣的主要成分是硅酸鹽，也有一些是氧化物和硫化物，它們主要來自焊條藥皮和焊劑熔渣。金屬夾渣最常見的是鎢夾渣（偶見鋼質(zhì)夾珠），它是由鎢極氬弧焊中的鎢極燒損，熔入焊縫中形成。4、產(chǎn)生非金屬夾渣的主要原因：焊接電流過小，焊接速度太快；熔池金屬凝固過快熔渣來不及浮起；運條不正確；鐵水與熔渣分離不好；邊緣和層間清渣不徹底；基本金屬和焊接材料化學(xué)成分不當(dāng)，含硫，磷量較多等。5、產(chǎn)生金屬夾渣的主要原因：焊接電流過大或鎢極直徑太小，氬氣保護不良引起鎢極燒損，鎢極觸及熔池或焊絲而剝落。6、夾渣的危害：夾渣是一種體積性缺陷，容易被射線照相檢出。夾渣會減少焊縫受力載面。夾渣的棱角容易引起應(yīng)力集中，成為交變載荷下的疲勞源。7、防止措施：正確選用焊接電流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必須把坡口清理干凈，多層焊時必須層層清除干凈焊渣，并合理選擇運條角度和焊接速度等。密集氣孔示意圖

一、焊縫密集氣孔X光底片密集氣孔1密集氣孔2密集氣孔3密集氣孔4密集氣孔5密集氣孔6密集氣孔7密集氣孔8二、焊縫鏈狀氣孔X光底片鏈狀氣孔1鏈狀氣孔2鏈狀氣孔3鏈狀氣孔4密集氣孔或鏈狀氣孔的表征為出現(xiàn)在簇中的圓形或長條形的黑色斑點，它產(chǎn)生的原因是焊縫中滯留氣體的聚集。分散氣孔示意圖三、焊縫分散氣孔X光底片

分散氣孔1分散氣孔2分散氣孔3分散氣孔4分散氣孔表征為黑色圓形輪廓的非常清晰的陰影，它產(chǎn)生的原因是氣體滯留在焊縫里，使焊縫產(chǎn)生空洞。四、焊縫蟲狀氣孔X光底片蟲狀大氣孔1蟲狀大氣孔2蟲狀大氣孔3蟲狀大氣孔41、氣孔：溶入焊縫金屬的氣體引起的空洞。2、氣孔分類：按形狀，氣孔可分為球形氣孔、條形氣孔、針形氣孔。按分布狀態(tài)，氣孔可分為單個氣孔、密集氣孔、鏈狀氣孔、蟲狀氣孔等。3、氣孔生成機理：生成氣孔的氣體主要來自電孤周圍的空氣、母材和焊材表面的雜質(zhì)，如油污、銹、水分以及焊條藥皮和焊劑的分解燃燒。熔化了的金屬在高溫下可以吸收大量氣體，冷卻時，氣體在金屬中的熔解度下降，氣體便析出并聚集生成氣泡上浮，如果受到焊縫金屬結(jié)晶的阻礙無法逸出，就會留在金屬內(nèi)生成氣孔。九、氣孔4、氣孔發(fā)生的部位：

在焊縫中隨機分布，任何部位都有可能出現(xiàn)。5、氣孔產(chǎn)生的原因：

焊材未按規(guī)定溫度烘干，焊條藥皮變質(zhì)脫落，焊蕊銹蝕，焊絲清理不干凈，手工焊時電流過大，電弧過長：埋弧焊時電壓過高或網(wǎng)路電壓波動太大：氣體保護焊時保護氣體純度低等，均易產(chǎn)生氣孔。6、氣孔對焊縫的危害：氣孔是一種體積型缺陷。它對焊縫強度的影響主要是減少了受力