焊接缺陷培訓課件

焊接概述1、焊接的概念

通過加熱或加壓(或兩者并用),并且用(或不用)填充材料,使焊件達到原子間結合的連接方法。加熱可使被焊金屬接頭熔化,形成共同的熔池,凝固后連接起來.固態(tài)下焊接時需要加熱或加壓并加熱:熔焊接時需要加熱:

加壓力是使被焊金屬的連接處產生塑性變形,以增加它們的真實接觸面積.加熱是為了增加金屬塑性和原子的擴散能力.2、焊接的特點:焊接與其它連接方法有本質的區(qū)別,不僅在宏觀上建立了永久性的聯(lián)系,在微觀上也建立了組織之間的原子級的內在聯(lián)系.焊接比其它連接方法具有更高的強度,密封性,且質量可靠,生產率高,便于實現(xiàn)自動化.節(jié)省金屬,工藝簡單,可以很方便的采用鍛-焊,鑄-焊等復合工藝,生產大型復雜的機械結構和零件.焊接是一個不均勻加熱的過程,焊后的焊縫易產生焊接應力,易引起變形.3、焊接的種類:(1)熔化焊:根據(jù)焊接的過程可分為三類:將待焊處的母材金屬熔化以形成焊縫的焊接方法.主要有電弧焊,氣焊,電渣焊,等離子弧焊,電子束焊,激光焊等.(2)壓力焊:(3)釬焊:通過加壓和加熱的綜合作用,以實現(xiàn)金屬接合的焊接方法.以熔點低于被焊金屬熔點的焊料填充接頭形成焊縫的焊接方法.主要包括電阻焊,摩擦焊,爆炸焊等.主要包括軟釬焊和硬釬焊.（一）鋼材的焊接性鋼材的焊接性：采用一定焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結構形式的條件下，獲得優(yōu)質焊接接頭的難易程度，即其對焊接加工的適應性。焊接性一般包括兩個方面：工藝焊接性：主要指在給定的焊接工藝條件下，形成完好焊接接頭的能力，特別是接頭對產生裂紋的敏感性，也稱抗裂性；使用焊接性：在給定的焊接工藝條件下，焊接接頭在使用條件下安全運行的能力，包括焊接接頭的力學性能和其它特殊性能（如耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞等）。焊接性是金屬的工藝性能在焊接過程中的反映，了解及評價金屬材料的焊接性，是焊接結構設計、確定焊接方法、制定焊接工藝的重要依據(jù)。鋼材的焊接性（二）鋼的焊接性評定方法鋼是焊接結構中最常用的金屬材料，因而評定鋼的焊接性顯得尤為重要。由于鋼的裂紋傾向與其化學成分有密切關系，因此，可以根據(jù)鋼的化學成分評定其焊接性的好壞。通常將影響最大的碳作為基礎元素，把其它合金元素的質量分數(shù)對焊接性的影響折合成碳的相當質量分數(shù)，碳的質量分數(shù)和其它合金元素的相當質量分數(shù)之和稱為碳當量，它是評定鋼的焊接性的一個參考指標。碳當量（CarbonEquivalent)公式國際焊接學會日本焊接學會英國BS2462

碳當量越高，裂紋傾向越大，鋼的焊接性越差。一般認為：Ceq<0.4%時，鋼的淬硬和冷裂傾向不大,焊接性良好Ceq=0.4%～0.6%時，鋼的淬硬和冷裂傾向逐漸增加,焊接性較差,焊接時需要采取一定的預熱、緩冷等工藝措施，以防止產生裂紋；Ceq>0.6%時，鋼的淬硬和冷裂傾向嚴重，焊接性很差，一般不用于生產焊接結構。碳當量公式僅用于對材料焊接性的粗略估算，在實際生產中，應通過直接試驗（焊接性試驗），模擬實際情況下的結構、應力狀況和施焊條件，在試件上焊接，觀察試件的開裂情況，并配合必要的接頭使用性能試驗進行評定(焊接工藝評定)。焊接過程的特點焊接與煉鋼相似，是一個冶煉過程。但這個過程比煉鋼的時間短得多，有它自己的一些特點。一、溫度高以手工電弧焊為例，其電弧溫度高達6000～8000℃，使焊件與電焊條之間發(fā)生強烈熔化和蒸發(fā)(熔滴的平均溫度達1800～2400℃)，外界的氣體(如：N2、02、H2等)大量的分解溶入熔池，其數(shù)量比煉鋼要大很多倍，那么凝固后的金屬，有可能產生氣孔，使機械性能下降。二、溫差大焊接是局部加熱，從冷態(tài)開始至加熱熔化，熔池的溫度可達1700℃以上，其周圍又是冷態(tài)金屬，兩者溫度差巨大，從而使構件產生較大的內應力和變形，嚴重者可能產生裂紋，以至斷裂。三、熔池小，冷卻快由于熔池休積小，手工電弧焊只有8～l0mm3，自動焊大一些，也不過9—30mm3，焊縫金屬從熔化到凝固只有幾秒鐘，平均冷卻速度約在4～100℃/秒，比鑄錠冷卻速高1000倍，在這樣短的時間內，冶金反應是不平衡，也就是說是不完善的。因而，焊縫金屬的成份分布不均勻，偏析較大。四、組織差別大焊接時，溫度高，液體金屬蒸發(fā)，化學元素的燒損，有些元素在焊縫金屬和基本金屬之間相互擴散，近縫區(qū)段所處的溫度又不同，冷卻后焊接接頭的顯微組織差別極大，明顯的影響焊接接頭性能。焊接缺陷的危害性正是由于焊接過程的上述特點，導致該區(qū)域焊接缺陷的產生。焊接缺陷對冶金設備及構件安全運行的危害是巨大的，主要表現(xiàn)在以下三個方面：1）由于缺陷的存在，減少了焊縫的承載截面積，削弱了拉伸強度。2）由于缺陷形成缺口，缺口尖端會發(fā)生應力集中和脆化現(xiàn)像，容易產生裂絞并擴展。3）缺陷可能穿透筒壁，發(fā)生泄漏，影響致密性。焊接缺陷的分類焊接缺陷從宏觀上看，可分為：裂紋未熔合未焊透夾渣氣孔形狀缺陷（又稱焊縫金屬表面缺陷或叫接頭的幾何尺寸缺陷，如咬邊，焊瘤等。）（1）焊接裂紋定義在焊接應力及其它致脆因素共同作用下,焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結合力遭到破壞而形成新界面產生的裂縫。焊接裂紋的一般原因與母材的化學成分、結晶組織、冶煉方法等有關。如鋼的含碳量越高或合金量越高，鋼材的硬度就越高，通常越容易在焊接時產生裂紋。焊接時冷卻速度高容易產生裂紋。所以焊接時應避開風口和避免被雨水淋濕。在焊接中，高碳鋼或合金鋼時，要根據(jù)母材的成分或特性，有的要采取加熱保溫措施后方可施焊。焊條內含硫、磷、碳高時焊縫容易產生裂紋。硫磷是有害元素,含硫高焊縫有熱脆性，含磷高焊縫有冷脆性，焊條含硫磷量都必須在0.0035以下。被焊結構剛性大、構件的焊接順序不當也容易產生裂紋。當順序安排不當時會形成焊接收縮受阻，妨礙焊縫的自由收縮，以致產生較大的收縮應力而產生焊縫裂紋。焊接時周圍的環(huán)境溫度低，或在風口散熱條件過好造成散熱過快也會引起裂紋。按其方向可分為縱向裂紋、橫向裂紋，輻射狀（星狀）裂紋。按發(fā)生的部位可分為根部裂紋、弧坑裂紋，熔合區(qū)裂紋、焊趾裂紋及熱影響區(qū)裂紋。按產生的溫度可分為熱裂紋（如結晶裂紋、液化裂紋等）、冷裂紋（如氫致裂紋、層狀撕裂等）再熱裂紋層狀撕裂以及應力腐蝕裂紋。焊接裂紋的分類熱裂紋產生原因。焊縫金屬的晶界上存在低熔點共晶體（含硫、磷、銅等雜質）。接頭中存在拉應力。熱裂紋的特征熱裂紋可發(fā)生在焊縫區(qū)或熱影響區(qū),沿焊縫長度方向分布。熱裂紋的微觀特征是沿晶界開裂，所以又稱晶間裂紋。因熱裂紋在高溫下形成，所以有氧化色彩。焊后立即可見。1、熱裂紋（又稱結晶裂紋）防止措施冶金因素方面：選用適宜的焊接材料，嚴格控制有害雜質碳、硫、磷的含量。Fe和FeS易形成低熔點共晶，其熔點為988℃，很容易產生熱裂紋?？s小結晶溫度范圍，改善焊縫組織，細化焊縫晶粒，提高塑性減少偏析。工藝因素方面：確定合理的焊接工藝參數(shù)，嚴格控制焊縫截面形狀，避免突高，扁平圓弧過渡。減緩焊縫的冷卻速度，以減小焊接應力。如采用小線能量，焊前預熱，合理的焊縫布置等。2、冷裂紋冷裂紋的特征多出現(xiàn)在焊道與母材熔合線附近的熱影響區(qū)中，多為穿晶裂紋，而熱裂紋多出現(xiàn)在焊縫。冷裂紋無氧化色彩，有金屬光澤。冷裂紋多發(fā)生在冷卻過程甚至很低的溫度，區(qū)間逐漸產生的，具有延遲性質，主要是延遲裂紋。冷裂紋產生原因（三大因素）焊接接頭(焊縫和熱影響區(qū)及熔合區(qū))的淬火傾向嚴重，產生淬火組織，導致接頭性能脆化。防止冷裂紋的措施選用堿性焊條或焊劑，減少焊縫金屬中氫的含量，提高焊縫金屬塑性。焊條焊劑要烘干,減少焊縫金屬中擴散氫含量。焊縫坡口及附近母材要去油、水、除銹，減少氫的來源。焊接接頭含氫量較高，并聚集在焊接缺陷處形成大量氫分子，造成非常大的局部壓力，使接頭脆化；磷含量過高同樣產生冷裂紋。存在較大的拉應力。因氫的擴散需要時間，所以冷裂紋在焊后需延遲一段時間才出現(xiàn)。由于是氫所誘發(fā)的，也叫氫致裂紋。工件焊前預熱，焊后緩冷（大部分材料的溫度可查表），可降低焊后冷卻速度，避免產生淬硬組織，并可減少焊接殘余應力。采取減小焊接應力的工藝措施，如對稱焊，小線能量的多層多道焊等，焊后進行清除應力的退火處理。焊后立即進行去氫（后熱）處理，加熱到250℃，保溫2～6h，使焊縫金屬中的擴散氫逸出金屬表面。（2）未熔合定義及特征 固體金屬與填充金屬之間（焊道與母材之間），或者填充金屬之間（多道焊時的焊道之間或焊層之間）局部未完全熔化結合，或者在點焊（電阻焊）時母材與母材之間未完全熔合在一起，未熔合常伴有夾渣存在。未熔合產生的一般原因焊接熱輸入太低，電弧指向偏斜，坡口側壁有銹垢及污物，層間清渣不徹底等。預防措施正確選擇焊接工藝參數(shù)，采用合理的焊接電流。認真操作，消除根部未熔合缺陷產生。注意層間修整，避免出現(xiàn)溝槽及運條不當而導致未熔合。正確處理焊接停留時間。（3）未焊透定義及特征焊接時焊接接頭底層未完全熔透的現(xiàn)象。未焊透缺陷有時為表面缺陷（單面焊縫），有時為內部缺陷(雙面焊縫)。未焊透主要影響和削弱截面積引起應力集中，消弱焊接連接的強度可達60%-80%。沒有熔透的缺陷在施工中經(jīng)常有發(fā)生，重要結構均不允許存在未焊透。防止未焊透產生的措施正確選用和加工坡口尺寸。選擇合適的焊接電流和焊接速度，運條擺動要適當，隨時注意調整焊條角度。認真清除坡口邊緣兩側污物，封底焊清根要徹底。未焊透產生的一般原因坡口角度或間隙過小，鈍邊過大、坡口邊緣不齊或裝配不良。焊接工藝參數(shù)選用不當。焊件坡口表面清理不凈、有較厚的油和銹蝕,背面清根不徹底。（4）夾渣定義及特征 焊接時的冶金反應產物，例如非金屬雜質（氧化物、硫化物等）以及熔渣，由于焊接時未能逸出，或者多道焊接時清渣不干凈，以至殘留在焊縫金屬內，稱為夾渣或夾雜物。視其形態(tài)可分為點狀和條狀，其外形通常是不規(guī)則的，其位置可能在焊縫與母材交界處，也可能存在于焊縫內。預防措施清除焊道上的雜質、污物，尤其是焊接坡口要保持清潔干燥，控制鐵水與熔渣分離。按焊接工藝數(shù)據(jù)要求，選用合適的焊接電流和焊接速度，運條擺動要適當。多層焊時,加強焊接過程的層道清理，仔細觀察坡口兩側熔化情況,每一層都要認真清理焊渣。使用合適規(guī)格的焊條、選用適宜的坡口形式及尺寸。夾渣與夾雜的一般原因坡口角度或焊接電流太小。焊件邊緣有氧割或碳弧氣刨熔渣，邊緣清理不凈，有殘留氧化物鐵皮和碳化物等。酸性焊條時,由于電流小或運條不當形成糊渣。堿性焊條時,由于電弧過長或極性不正確也會造成夾渣。（5）氣孔定義焊接時，熔池中的氣體在金屬凝固時未能逸出而形成的空穴。氣孔分類焊縫氣孔有三種：氫氣孔、一氧化碳氣孔、氮氣孔。氫氣孔：高溫時，氫在液體中的溶解度很大，大量的氫溶入焊縫熔池中，而焊縫熔池在熱源離開后快速冷卻，氫的溶解度急速下降，析出氫氣，產生氫氣孔。一氧化碳氣孔：當熔池氧化嚴重時，熔池存在較多的FeO，在熔池溫度下降時，將發(fā)生如下反應：FeO+C=Fe+CO↑此時，若熔池已開始結晶，則CO將來不及逸出，便產生CO氣孔。熔池氧化愈嚴重，含碳量愈高，越易產生CO氣孔。氮氣孔：熔池保護不好時，空氣中的氮溶入熔池而產生。氣孔產生的一般原因和預防措施焊接部位不潔凈容易產生氣孔。因此，焊接部位要求在焊接前清除油污、鐵銹等臟物；使用低氫焊條焊接時要求更為嚴格。焊條和焊劑一定要嚴格按照規(guī)定的溫度進行烘焙和保溫。要求采取適宜的焊接規(guī)范，不要采用過大的焊接電流。注意控制母材及焊材的化學成分。焊接速度過快，焊接時操作不當，電弧拉得過長，使得有較多氣體溶入金屬溶液內。氣體保護焊時應調節(jié)氣體流量至適當值。（6）咬邊定義及特征 在母材與焊縫熔合線附近因為熔化過強會造成熔敷金屬與母材金屬的過渡區(qū)形成凹陷（沿焊趾的母材部位產生的溝槽和凹陷），沿焊縫邊緣低于母材表面的凹槽狀缺陷?？煞譃橥庖н吅蛢纫н?。咬邊不僅減少了焊接接頭的有效工作截面，而且在咬邊處造成嚴重的應力集中。咬邊缺陷多見于橫、立、仰焊。產生咬邊的原因：1、電流過大2、