常見焊接缺陷及控制

常見焊接缺陷及控制第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

（二）氣孔（三）夾渣（四）未熔合未焊透第2頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

（五）形狀缺陷咬邊焊瘤燒穿和下塌

第3頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

錯邊和角變形焊縫尺寸不合要求（六）其它缺陷電弧擦傷、嚴(yán)重飛濺、母材表面撕裂、磨鑿痕、打磨過量等。第4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一第5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

(2)區(qū)域偏析(3)層狀偏析

2.偏析的控制措施

(1)細(xì)化焊縫晶粒

(2)適當(dāng)降低焊接速度4.1.2夾雜的形成及控制

1.夾雜的形成及控制

(1)夾渣；

(2)反應(yīng)形成新相氧化物；氮化物；硫化物；

(3)異種金屬。

第6頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

2.夾雜的危害

1)影響接頭力學(xué)性能大于臨界尺寸的夾雜物使接頭力學(xué)性能下降;2)以硅酸鹽形式存在的氧化物數(shù)量的增加,總含氧量增加,使焊縫的強(qiáng)度、塑性、韌性明顯下降；

3)氮化物使焊縫的硬度增高，塑性、韌性急劇下降；

4)FeS是形成熱裂紋及層狀撕裂的重要原因之一。

3.夾雜的防止措施

1)合理選用焊接材料,充分脫氧、脫硫;2)選用合適的焊接參數(shù)，以利熔渣浮出；

3)多層焊時，注意清除前一層焊渣；

4)焊條適當(dāng)擺動，以利于熔渣的浮出；

5)保護(hù)熔池，防止空氣侵入。第7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一4.2焊縫中的氣孔4.2.1氣孔的分類及形成機(jī)理

1.析出型氣孔如N2、H2氣孔；

2.反應(yīng)型氣孔如CO、H2O氣孔。

[FeO]+[C]=CO↑+[Fe]3.2.2氣孔形成的影響因素

1.氣體的來源

(1)空氣侵入；

(2)焊接材料吸潮；

(3)工件、焊絲表面的物質(zhì)；

(4)藥皮中高價(jià)氧化物或碳?xì)浠衔锏姆纸?。?頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

2.母材對氣孔的敏感性

(1)氣泡的生核現(xiàn)成表面

(2)氣泡的長大必須滿足

ph>po

Ph-氣泡內(nèi)部壓力:Ph=PH2+PN2+PCO+PH2O+……

Po-阻礙氣泡長大的外界壓力:PO=Pa+PM+PS+PC

Ph>Pa+Pc=1+

現(xiàn)成表面存在的氣泡呈橢圓形，增大了曲率半徑，降低了外界的附加壓力PC

，氣泡容易長大。第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一0

(3)氣泡的上浮

必須滿足VC

(氣泡上浮速度)≥R（熔池結(jié)晶速度）

COSθ=上浮速度

VC=

第10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

3.焊接材料對氣孔的影響

（1）熔渣氧化性的影響

氧化性強(qiáng),易出現(xiàn)CO氣孔；還原性增大，易出現(xiàn)H2氣孔；

（2）焊條藥皮和焊劑的影響

堿性焊條含有CaF2

,焊劑中有一定量的氟石和多量SiO2共存時，有利于消除氫氣孔；（3）保護(hù)氣體的影響

混合氣體的活性氣體有利于降低氫氣孔；

（4）焊絲成分的影響

希望形成充分脫氧的條件，以抑制反應(yīng)性氣體的生成。

4.焊接工藝對氣孔的影響

(1)焊接工藝工藝正常，則電弧穩(wěn)定，保護(hù)效果好；

(2)電源的種類

直流反接，降低電壓；

(3)熔池存在時間

時間增加，則對反應(yīng)性氣體排出有利；對析出性氣體，既要考慮溶入，又要考慮逸出。第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一4.2.3氣孔的防止措施

1.消除氣體來源

加強(qiáng)焊接區(qū)保護(hù)；焊材防潮烘干；適當(dāng)?shù)谋砻媲謇怼?/p>

2.正確選用焊接材料

適當(dāng)調(diào)整熔渣的氧化性；焊接有色金屬時，在Ar中加入CO2或O2要適當(dāng)；

CO2焊時，必須用合金鋼焊絲充分脫氧；有色金屬焊接時，要充分脫氧，如焊純鎳時，用含鋁和鈦的焊絲或焊條；焊純銅時，用硅青銅或磷青銅焊絲。

3.控制焊接工藝條件

焊接時規(guī)范要保持穩(wěn)定；盡量采用直流短弧焊，反接；鋁合金TIG焊時，線能量的選擇要考慮氫的溶入和排除；鋁合金MIG焊時，常采取增大熔池存在時間，以利氣泡逸出。第12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一4.3焊接裂紋4.3.1焊接裂紋的種類和特征第13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一第14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一1.焊接熱裂紋

(1)結(jié)晶裂紋

(2)高溫液化裂紋(3)多邊化裂紋第15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

2.焊接冷裂紋

(1)延遲裂紋

(2)淬硬脆化裂紋

(3)低塑性脆化裂紋第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

3.其他裂紋

(1)再熱裂紋

(2)層狀裂紋

第17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

(3)應(yīng)力腐蝕裂紋第18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一4.3.2結(jié)晶裂紋的形成與控制

1.結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理

熔池結(jié)晶三階段：液固階段；固液階段；完全凝固階段。固液階段（脆性溫度區(qū)）有可能產(chǎn)生裂紋。Прохоров認(rèn)為：較小時，曲線1

e0＜

pmin,es＞0,不會產(chǎn)生裂紋；

較大時，曲線3

e0＞

pmin，es＜0，產(chǎn)生結(jié)晶裂紋；按曲線2變化時，e0＝

pmin，es＝0，處于臨界狀態(tài)。為防止結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生，應(yīng)滿足如下條件：

＜CST(臨界應(yīng)變增長率）第19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

2.結(jié)晶裂紋的影響因素

(1)冶金因素

1)結(jié)晶溫度區(qū)間

(剖面線區(qū)間為脆性溫度區(qū)間）

結(jié)晶溫度區(qū)間越大，脆性溫度區(qū)也大，裂紋傾向也大。

第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

2)低熔共晶的形態(tài)

當(dāng)液態(tài)第二相β在固態(tài)基體相α的晶粒交界處存在時，其分布受表面張力σαα（σGB）和界面張力σαβ（σLS）的平衡關(guān)系所支配。

σαα=2σαβCOS；COS＝σαα／2σαβ

若

2σαβ=

σαα

,θ=0o,易形成液態(tài)薄膜；

2σαβ≠

σαα

,θ≠0o,不易形成液態(tài)薄膜；

增大低熔共晶物的表面張力，有利于避免結(jié)晶裂紋。

3)一次結(jié)晶的組織

晶粒粗大，柱狀晶的方向越明顯，越易形成液態(tài)薄膜，導(dǎo)致結(jié)晶裂紋。

4)合金元素的種類促進(jìn)結(jié)晶裂紋的有：硫、磷、碳和鎳等；抑制結(jié)晶裂紋的有：錳、硅、鈦、鋯和稀土等。

(2)應(yīng)力因素.液態(tài)薄膜和應(yīng)力是引起結(jié)晶裂紋的根本條件!

第21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一3.結(jié)晶裂紋的防止措施

(1)冶金措施

1)嚴(yán)格控制焊材中的硫、磷和碳的含量；

2)改善焊縫的一次結(jié)晶組織,細(xì)化晶粒(加入Mo、V、Ti、Nb、Zr和稀土等元素；焊接奧氏體不銹鋼時加入Cr、Mo、V等鐵素體形成元素）；

3)限制熔合比(尤其是一些易向焊縫轉(zhuǎn)移某些有害雜質(zhì)的母材)；

4)利用“愈合作用”（如鋁合金焊接）。

(2)應(yīng)力控制

1)選擇合理的接頭形式（使熔深減?。?；

2)確定合理的焊接順序(盡量使焊縫處于較小的剛度下焊接)；

3)確定合理的焊接參數(shù)（適當(dāng)增加焊接電流，使冷速下降；預(yù)熱等）。第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一4.3.3延遲裂紋的形成與控制

延遲裂紋又稱“氫致裂紋”，常出現(xiàn)在中、高碳鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接接頭中。

1.延遲裂紋的形成機(jī)理

延遲裂紋主要決定三大因素：

(1)氫的行為及作用擴(kuò)散氫在延遲裂紋的產(chǎn)生過程中起到至關(guān)重要的作用。

1)氫致延遲開裂機(jī)理

2)氫的擴(kuò)散行為對致裂部位的影響

氫在奧氏體中的溶解度大，擴(kuò)散速度??；氫在鐵素體中的溶解度小，擴(kuò)散速度大。第23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

(2)材料淬硬傾向的影響

1)淬火形成淬硬的馬氏體組織

2)淬硬形成更多的晶格缺陷

(3)接頭應(yīng)力狀態(tài)的影響

1)應(yīng)力的種類

熱應(yīng)力；組織應(yīng)力；結(jié)構(gòu)應(yīng)力。將上述三種應(yīng)力的綜合作用統(tǒng)稱為拘束應(yīng)力。

2)拘束度與拘束應(yīng)力

拘束度R定義為：

單位長度焊縫在根部間隙產(chǎn)生單位長度的彈性位移所需要的力。

σ=Eε

第24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

從上式可以看出：改變拘束距離L和板厚h，可以調(diào)節(jié)拘束度R的大小。

L↓，

h↑時，則R↑。R增大到一定程度就產(chǎn)生裂紋。此值稱為臨界拘束度Rcr。

Rcr越大，接頭的抗裂性越強(qiáng)。Rcr可作為冷裂紋敏感性的判據(jù)，即產(chǎn)生了裂紋的條件是：

R>RcrR反映了不同焊接條件下焊接接頭所承受的拘束應(yīng)力σ。開始出現(xiàn)裂紋時的應(yīng)力稱為臨界拘束應(yīng)力σcr。σcr可作為冷裂紋敏感性的判據(jù)，即產(chǎn)生了裂紋的條件是：

σ>σcr

2.延遲裂紋的防止措施

第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

(1)冶金措施

1)改進(jìn)母材的化學(xué)成分，采用低碳多種微量元素的強(qiáng)化方式;精煉降低雜質(zhì)；

2)嚴(yán)格控制氫的來源，工件表面清理；焊條、焊劑烘干；

3)適當(dāng)提高焊縫韌性，在焊縫金屬中適當(dāng)加入鈦、鈮、鉬、釩、硼、碲及稀土等微量元素,提高焊縫的韌性；用奧氏體不銹鋼焊條焊接易淬硬鋼；

4)選用低氫的焊接材料；

(2)工藝措施

1)適當(dāng)預(yù)熱；

2)嚴(yán)格控制焊接熱輸入，除預(yù)熱外可適當(dāng)增大熱輸入；

3)焊后低溫?zé)崽幚?，使氫逸出，降低殘余?yīng)力，改善組織；

4)采用多層焊，使前層的氫逸出，并使前層熱影響區(qū)淬硬層軟化；

5)合理安排焊縫及焊接次序。

第26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一4.3.4其他裂紋的形成與控制

1.再熱裂紋

(1)再熱裂紋的形成機(jī)理

再熱裂紋的產(chǎn)生是由晶界優(yōu)先滑動導(dǎo)致微裂(形核)而發(fā)生和擴(kuò)展的。在焊后熱處理時，殘余應(yīng)力松弛過程中，粗晶區(qū)應(yīng)力集中部位的晶界滑動變形量超過了該部位的塑性變形能力，就會產(chǎn)生再熱裂紋。即

e＞ecr

晶內(nèi)沉淀強(qiáng)化理論再熱使晶內(nèi)析出碳、氮化物，使晶內(nèi)強(qiáng)化。晶界雜質(zhì)析集弱化理論再熱使P、S、Sb、Sn、As等雜質(zhì)向晶界析集。

蠕變斷裂理論（楔形開裂模型）點(diǎn)陣空位在應(yīng)力和溫度作用下，能發(fā)生運(yùn)動，聚集到一定數(shù)量，在應(yīng)力作用下，晶界的接合面會遭到破壞，直至擴(kuò)大而形成裂紋。

(2)再熱裂紋的防止措施

優(yōu)先選用含沉淀強(qiáng)化元素少的鋼種；嚴(yán)格限制母材和焊縫中的雜質(zhì)含量；避免過大的熱輸入使晶粒粗化；預(yù)熱和后熱；增大焊縫的塑性和韌性；盡量降低殘余應(yīng)力。

第27頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一2.層狀撕裂

(1)層狀撕裂的形成機(jī)理

平行于軋制方向夾雜物的存在；母材的性能（塑性、韌性）；

Z向拘束應(yīng)力。

(2)層狀撕裂的防止措施選用抗層狀撕裂的鋼材；減小Z向應(yīng)力和應(yīng)力集中（右上圖）。第28頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

3.應(yīng)力腐蝕裂紋

(1)應(yīng)力腐蝕裂紋的形成機(jī)理

活化通路應(yīng)力腐蝕理論

腐蝕電池是一個大陰極和小陽極時，陽極的溶解表現(xiàn)為集中性腐蝕損傷。只要在腐蝕過程中，陽極始終保持處于裂紋的最前沿，裂尖處于活化狀態(tài)而不鈍化，其他部位（裂紋端口兩側(cè)）發(fā)生鈍化，使裂紋一直向前發(fā)展至斷裂。應(yīng)變產(chǎn)生活性通道應(yīng)力腐蝕理論鈍化膜在應(yīng)力作用下發(fā)生破裂，裂隙處暴露出的金屬成為活化陽極，發(fā)生溶解。在腐蝕過程中，鈍化膜破裂的同時又發(fā)生破裂鈍化膜的修復(fù)，在連續(xù)發(fā)生應(yīng)變的條件下修復(fù)的鈍化膜又遭破壞，以致繼續(xù)腐蝕。氫脆型應(yīng)力腐蝕理論

腐蝕電池是一個由小陰極和大陽極組成，大陽極發(fā)生溶解，表現(xiàn)為均勻性腐蝕。小陰極區(qū)如果發(fā)生析氫，將發(fā)生陰極區(qū)金屬的集中性滲氫，在持續(xù)