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焊接接頭的不完整性稱為焊接缺欠,主要有焊接裂紋、未焊透、夾渣、氣孔和焊縫外觀缺欠等。這些缺欠減少焊縫截面積,降低承載能力,產生應力集中,引起裂紋;降低疲勞強度,易引起焊件破裂導致脆斷。其中危害最大的是焊接裂紋和氣孔。

1焊前準備

構件邊緣必須按規定進行準備,乾淨,無毛刺,無氣割熔渣,無油脂或油漆,除了車間保護底漆。
接頭必須乾燥。
幾種常見焊接缺憾

  幾種常見焊接缺憾

點焊不應該太深,點焊位置應使其在施焊時能夠重新溶合。
焊前,檢驗員必須確保所有焊點處於良好狀態,焊前必須清除壞點焊和炸裂的點焊。

2低溫焊接

無論使用哪種焊接方式,在低溫氣候下焊接(低於+5℃),必須採取如下的防護措施,以避免低溫焊接接頭造成的不良效果(易脆、變硬而易裂,容易在焊接接頭上產生諸如由於快速冷卻和焊縫凝固造成的小眼和熔渣等缺欠):
a) 在不受壞天氣(如風、潮濕和氣流等)干擾的區域施焊;
b) 乾燥焊接接頭以避免潮濕引起材料收縮;
c) 焊接接頭預熱,以減緩焊后焊縫的冷卻速度;
d) 焊后對焊縫加蓋防止焊縫的驟冷。
e) 焊接的最低溫度為-10℃,採取所指的防護措施。
f) 需要時預熱溫度至少為50℃火焰進行緩慢、均勻的預熱。

3缺陷分類

1、外觀缺陷:外觀缺陷(表面缺陷)是指不用藉助於儀器,從工件表面可以發現的缺陷。常見的外觀缺陷有咬邊、焊瘤、凹陷及焊接變形等,有時還有表面氣孔和表面裂紋。單面焊的根部未焊透等。
A、咬邊是指沿著焊趾,在母材部分形成的凹陷或溝槽, 它是由於電弧將焊縫邊緣的母材熔化后沒有得到熔敷金屬的充分補充所留下的缺口。產生咬邊的主要原因是電弧熱量太高,即電流太大,運條速度太小所造成的。焊條與工件間角度不正確,擺動不合理,電弧過長,焊接次序不合理等都會造成咬邊。直流焊時電弧的磁偏吹也是產生咬邊的一個原因。某些焊接位置(立、橫、仰)會加劇咬邊。
咬邊減小了母材的有效截面積,降低結構的承載能力,同時還會造成應力集中,發展為裂紋源。
矯正操作姿勢,選用合理的規範,採用良好的運條方式都會有利於消除咬邊。焊角焊縫時,用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬邊。
B、焊瘤焊縫中的液態金屬流到加熱不足未熔化的母材上或從焊縫根部溢出,冷卻后形成的未與母材熔合的金屬瘤即為焊瘤。焊接規範過強、焊條熔化過快、焊條質量欠佳(如偏芯),焊接電源特性不穩定及操作姿勢不當等都容易帶來焊瘤。在橫、立、仰位置更易形成焊瘤。
焊瘤常伴有未熔合、夾渣缺陷,易導致裂紋。同時,焊瘤改變了焊縫的實際尺寸,會帶來應力集中。管子內部的焊瘤減小了它的內徑,可能造成流動物堵塞。
防止焊瘤的措施:使焊縫處於平焊位置,正確選用規範,選用無偏芯焊條,合理操作。
C、凹坑 凹坑指焊縫表面或背面局部的低於母材的部分。
凹坑多是由於收弧時焊條(焊絲)未作短時間停留造成的(此時的凹坑稱為弧坑),仰立、橫焊時,常在焊縫背面根部產生內凹。
凹坑減小了焊縫的有效截面積,弧坑常帶有弧坑裂紋和弧坑縮孔。
防止凹坑的措施:選用有電流衰減系統的焊機,盡量選用平焊位置,選用合適的焊接規範,收弧時讓焊條在熔池內短時間停留或環形擺動,填滿弧坑。
D、未焊滿 未焊滿是指焊縫表面上連續的或斷續的溝槽。填充金屬不足是產生未焊滿的根本原因。規範太弱,焊條過細,運條不當等會導致未焊滿。
未焊滿同樣削弱了焊縫,容易產生應力集中,同時,由於規範太弱使冷卻速度增大,容易帶來氣孔、裂紋等。
防止未焊滿的措施:加大焊接電流,加焊蓋面焊縫。
E、燒穿 燒穿是指焊接過程中,熔深超過工件厚度,熔化金屬自焊縫背面流出,形成穿孔性缺。
焊接電流過大,速度太慢,電弧在焊縫處停留過久,都會產生燒穿缺陷。工件間隙太大,鈍邊太小也容易出現燒穿現象。
燒穿是鍋爐壓力容器產品上不允許存在的缺陷,它完全破壞了焊縫,使接頭喪失其聯接飛及承載能力。
選用較小電流並配合合適的焊接速度,減小裝配間隙,在焊縫背面加設墊板或葯墊,使用脈衝焊,能有效地防止燒穿。
F、其他表面缺陷:
(1)成形不良 指焊縫的外觀幾何尺寸不符合要求。有焊縫超高,表面不光滑,以及焊縫過寬,焊縫向母材過渡不圓滑等。
(2)錯邊指兩個工件在厚度方向上錯開一定位置,它既可視作焊縫表面缺陷,又可視作裝配成形缺陷。
(3)塌陷 單面焊時由於輸入熱量過大,熔化金屬過多而使液態金屬向焊縫背面塌落, 成形后焊縫背面突起,正面下塌。
(4)表面氣孔及弧坑縮孔。
(5)各種焊接變形如角變形、扭曲、波浪變形等都屬於焊接缺陷O角變形也屬於裝配成形缺陷。
2、氣孔和夾渣
A、氣孔 氣孔是指焊接時,熔池中的氣體未在金屬凝固前逸出,殘存於焊縫之中所形成的空穴。其氣體可能是熔池從外界吸收的,也可能是焊接冶金過程中反應生成的。
(1)氣孔的分類氣孔從其形狀上分,有球狀氣孔、條蟲狀氣孔;從數量上可分為單個氣孔和群狀氣孔。群狀氣孔又有均勻分佈氣孔,密集狀氣孔和鏈狀分佈氣孔之分。按氣孔內氣體成分分類,有氫氣孔、氮氣孔、二氧化碳氣孔、一氧化碳氣孔、氧氣孔等。熔焊氣孔多為氫氣孔和一氧化碳氣孔。
(2)氣孔的形成機理常溫固態金屬中氣體的溶解度只有高溫液態金屬中氣體溶解度的幾十分之一至幾百分之一,熔池金屬在凝固過程中,有大量的氣體要從金屬中逸出來。當凝固速度大於氣體逸出速度時,就形成氣孔。
(3)產生氣孔的主要原因母材或填充金屬表面有銹、油污等,焊條及焊劑未烘乾會增加氣孔量,因為銹、油污及焊條葯皮、焊劑中的水分在高溫下分解為氣體,增加了高溫金屬中氣體的含量。焊接線能量過小,熔池冷卻速度大,不利於氣體逸出。焊縫金屬脫氧不足也會增加氧氣孔。
(4)氣孔的危害氣孔減少了焊縫的有效截面積,使焊縫疏鬆,從而降低了接頭的強度,降低塑性,還會引起泄漏。氣孔也是引起應力集中的因素。氫氣孔還可能促成冷裂紋。
(5)防止氣孔的措施a.清除焊絲,工作坡口及其附近表面的油污、鐵鏽、水分和雜物。b.採用鹼性焊條、焊劑,並徹底烘乾。c.採用直流反接並用短電弧施焊。d.焊前預熱,減緩冷卻速度。e.用偏強的規範施焊。
B、夾渣 夾渣是指焊后溶渣殘存在焊縫中的現象。
(1)夾渣的分類a.金屬夾渣:指鎢、銅等金屬顆粒殘留在焊縫之中,習慣上稱為夾鎢、夾銅。b.非金屬夾渣:指未熔的焊條葯皮或焊劑、硫化物、氧化物、氮化物殘留於焊縫之中。冶金反應不完全,脫渣性不好。
(2)夾渣的分佈與形狀有單個點狀夾渣,條狀夾渣,鏈狀夾渣和密集夾渣
(3)夾渣產生的原因a.坡口尺寸不合理;b.坡口有污物;c.多層焊時,層間清渣不徹底;d.焊接線能量小;e.焊縫散熱太快,液態金屬凝固過快;f.焊條葯皮,焊劑化學成分不合理,熔點過高;g. 鎢極惰性氣體保護焊時,電源極性不當,電、流密度大, 鎢極熔化脫落於熔池中。h.手工焊時,焊條擺動不良,不利於熔渣上浮。可根據以上原因分別採取對應措施以防止夾渣的產生。
(4)夾渣的危害點狀夾渣的危害與氣孔相似,帶有尖角的夾渣會產生尖端應力集中,尖端還會發展為裂紋源,危害較大。
3、裂紋 焊縫中原子結合遭到破壞,形成新的界面而產生的縫隙稱為裂紋。
A、.裂紋的分類
根據裂紋尺寸大小,分為三類1)宏觀裂紋:肉眼可見的裂紋。(2)微觀裂紋:在顯微鏡下才能發現。(3)超顯微裂紋:在高倍數顯微鏡下才能發現,一般指晶間裂紋和晶內裂紋。
從產生溫度上看,裂紋分為兩類:
(1)熱裂紋:產生於Ac3線附近的裂紋。一般是焊接完畢即出現,又稱結晶裂紋。這種二裂紋主要發生在晶界,裂紋面上有氧化色彩,失去金屬光澤。
(2)冷裂紋:指在焊畢冷至馬氏體轉變溫度M3點以下產生的裂紋,一般是在焊后一段時間(幾小時,幾天甚至更長)才出現,故又稱延遲裂紋。
按裂紋產生的原因分,又可把裂紋分為: (1)再熱裂紋:接頭冷卻后再加熱至500~700℃時產生的裂紋。再熱裂紋產生於沉澱強化的材料(如含Cr、Mo、V、Ti、Nb的金屬)的焊接熱影響區內的粗晶區,一般從熔合線向熱影響區的粗晶區發展,呈晶間開裂特徵。
(3)層狀撕裂主要是由於鋼材在軋制過程中,將硫化物(MnS)、硅酸鹽類等雜質夾在其中,形成各向異性。在焊接應力或外拘束應力的使用下,金屬沿軋制方向的雜物開裂。
(4)應力腐蝕裂紋:在應力和腐蝕介質共同作用下產生的裂紋。除殘餘應力或拘束應力的因素外,應力腐蝕裂紋主要與焊縫組織組成及形態有關。
B、.裂紋的危害裂紋,尤其是冷裂紋,帶來的危害是災難性的。世界上的壓力容器事故除極少數是由於設計不合理,選材不當的原因引起的以外,絕大部分是由於裂紋引起的脆性破壞。
C、.熱裂紋(結晶裂紋)
(1)結晶裂紋的形成機理熱裂紋發生於焊縫金屬凝固末期,敏感溫度區大致在固相線附近的高溫區,最常見的熱裂紋是結晶裂紋,其生成原因是在焊縫金屬凝固過程中,結晶偏析使雜質生成的低熔點共晶物富集於晶界,形成所謂\"液態薄膜\",在特定的敏感溫度區(又稱脆性溫度區)間,其強度極小,由於焊縫凝固收縮而受到拉應力,最終開裂形成裂紋。結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,有時也發生在焊縫內部兩個柱狀晶之間,為橫向裂紋。弧坑裂紋是另一種形態的,常見的熱裂紋。
熱裂紋都是沿晶界開裂,通常發生在雜質較多的碳鋼、低合金鋼、奧氏體不鏽鋼等材料氣焊縫中
(2)影響結晶裂紋的因素
a合金元素和雜質的影響碳元素以及硫、磷等雜質元素的增加,會擴大敏感溫度區,使結晶裂紋的產生機會增多。
b.冷卻速度的影響冷卻速度增大,一是使結晶偏析加重,二是使結晶溫度區間增大,兩者都會增加結晶裂紋的出現機會;
c.結晶應力與拘束應力的影響在脆性溫度區內,金屬的強度極低,焊接應力又使這飛部分金屬受拉,當拉應力達到一定程度時,就會出現結晶裂紋。
(3)防止結晶裂紋的措施a.減小硫、磷等有害元素的含量,用含碳量較低的材料焊接。b.加入一定的合金元素,減小柱狀晶和偏析。如鋁、銳、鐵、鏡等可以細化晶粒。,c.採用熔深較淺的焊縫,改善散熱條件使低熔點物質上浮在焊縫表面而不存在於焊縫中。d.合理選用焊接規範,並採用預熱和后熱,減小冷卻速度。e.採用合理的裝配次序,減小焊接應力。
D、.再熱裂紋
(1)再熱裂紋的特徵
a.再熱裂紋產生於焊接熱影響區的過熱粗晶區。產生於焊后熱處理等再次加熱的過程中。
b.再熱裂紋的產生溫度:碳鋼與合金鋼550~650℃奧氏體不鏽鋼約300℃
c.再熱裂紋為晶界開裂(沿晶開裂)。
d.最易產生於沉澱強化的鋼種中。
e.與焊接殘餘應力有關。
(2)再熱裂紋的產生機理
a.再熱裂紋的產生機理有多種解釋,其中模形開裂理論的解釋如下:近縫區金屬在高溫熱循環作用下,強化相碳化物(如碳化鐵、碳化飢、碳化鏡、碳化錯等)沉積在晶內的位錯區上,使晶內強化強度大大高於晶界強化,尤其是當強化相彌散分佈在晶粒內時, 阻礙晶粒內部的局部調整,又會阻礙晶粒的整體變形,這樣,由於應力鬆弛而帶來的塑性變形就主要由晶界金屬來承擔,於是,晶界應力集中,就會產生裂紋,即所謂的模形開裂。
(3)再熱裂紋的防止a.注意冶金元素的強化作用及其對再熱裂紋的影響。b.合理預熱或採用后熱,控制冷卻速度。c.降低殘餘應力避免應力集中。d.回火處理時盡量避開再熱裂紋的敏感溫度區或縮短在此溫度區內的停留時間。
E、.冷裂紋.
(1)冷裂紋的特徵a.產生於較低溫度,且產生於焊后一段時間以後,故又稱延遲裂紋。b.主要產生於熱影響區,也有發生在焊縫區的。c.冷裂紋可能是沿晶開裂,穿晶開裂或兩者混合出現。d.冷裂紋引起的構件破壞是典型的脆斷。
(2)冷裂紋產生機理a.瘁硬組織(馬氏體)減小了金屬的塑性儲備。b.接頭的殘餘應力使焊縫受拉。c.接頭內有一定的含氫量。
含氫量和拉應力是冷裂紋(這裡指氫致裂紋)產生的兩個重要因素。一般來說,金屬內部原子的排列並非完全有序的,而是有許多微觀缺陷。在拉應力的作用下,氫向高應力區(缺陷部位)擴散聚集。當氫聚集到一定濃度時,就會破壞金屬中原子的結合鍵,金屬內就出現一些微觀裂紋。應力不斷作用,氫不斷地聚集,微觀裂紋不斷地擴展,直致發展為宏觀裂紋,最後斷裂。決定冷裂紋的產生與否,有一個臨界的含氫量和一個臨界的應力值o當接頭內氫的濃度小於臨界含氫量,或所受應力小於臨界應力時,將不會產生冷裂紋(即延遲時間無限長)。在所有的裂紋中,冷裂紋的危害性最大。
(3)防止冷裂紋的措施a.採用低氫型鹼性焊條,嚴格烘乾,在100~150℃下保存,隨取隨用。b.提高預熱溫度,採用后熱措施,並保證層間溫度不小於預熱溫度,選擇合理的焊接規範,避免焊縫中出現洋硬組織c.選用合理的焊接順序,減少焊接變形和焊接應力d.焊后及時進行消氫熱處理。
4、未焊透 未焊透指母材金屬未熔化,焊縫金屬沒有進人,接頭根部的現象。
A、產生未焊透的原因(1)焊接電流小,熔深淺。(2)坡口和間隙尺寸不合理,鈍邊太大。(3)磁偏吹影響。(4)焊條偏芯度太大(5)層間及焊根清理不良。
B、.未焊透的危害 未焊透的危害之一是減少了焊縫的有效截面積,使接頭強度下降。其次,未焊透焊透引起的應力集中所造成的危害,比強度下降的危害大得多。未焊透嚴重降低焊縫的疲勞強度。未焊透可能成為裂紋源,是造成焊縫破壞的重要原因。未焊透引起的應力集中所造成的危害,比強度下降的危害大得多。未焊透嚴重降低焊縫的疲勞強度。未焊透可能成為裂紋源,是造成焊縫破壞的重要原因。
C、未焊透的防止 使用較大電流來焊接是防止未焊透的基本方法。另外,焊角焊縫時,1用交流代替直流以防止磁偏吹,合理設計坡口並加強清理,用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的產生。
5、未熔合 未熔合是指焊縫金屬與母材金屬,或焊縫金屬之間未熔化結合在一起的缺陷。按其所在部位,未熔合可分為坡口未熔合,層間未熔合根部未熔合三種。
A、.產生未熔合缺陷的原因(1)焊接電流過小;(2)焊接速度過快;(3)焊條角度不對;(4)產生了弧偏吹現象;旺,(5)焊接處於下坡焊位置,母材未熔化時已被鐵水覆蓋;(6)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合等。
B、未熔合的危害 未熔合是一種面積型缺陷,坡口未熔合和根部未熔合對承載截面積的減小都非常明顯,應力集中也比較嚴重,其危害性僅次於裂紋。
C、.未熔合的防止 採用較大的焊接電流,正確地進行施焊操作,注意坡口部位的清潔。
6、其他缺陷
(1)焊縫化學成分或組織成分不符合要求: 焊材與母材匹配不當,或焊接過程中元素燒損等原因,容易使焊縫金屬的化學成份發生變化,或造成焊縫組織不符合要求。這可能帶來焊縫的力學性能的下降,還會影響接頭的耐蝕性能。
(2)過熱和過燒: 若焊接規範使用不當,熱影響區長時間在高溫下停留,會使晶粒變得粗大,即出現過熱組織。若溫度進一步升高,停留時間加長,可能使晶界發生氧化或局部熔化,出現過燒組織。過熱可通過熱處理來消除,而過燒是不可逆轉的缺陷。
(3)白點:在焊縫金屬的拉斷面上出現的象魚目狀的白色斑,即為自點F白點是由於氫聚集而造成的,危害極大。

4缺陷預防

尺寸缺欠
焊縫尺寸不符合施工圖樣或技術要求。
主要原因:施工者操作不當
危害:尺寸小了,承載截面小;  尺寸大了,削弱了某些承受動載荷結構的疲勞強度。
弧坑
由於收弧和斷弧不當在焊道末端形成的低洼部分。
原因:焊絲或者焊條停留時間短,填充金屬不夠。
危害:⒈減少焊縫的截面積;
⒉弧坑處反應不充分容易產生偏析或雜質集聚,因此在弧坑處往往有氣孔、灰渣、裂紋等。
焊瘤
熔化金屬流淌到焊縫以外未熔化的母材上所形成的局部未熔合。
原因:焊接參數選擇不當; 坡口清理不幹凈,電弧熱損失在氧化皮上,使母材未熔化。
危害:表面是焊瘤下面往往是未熔合,未焊透; 焊縫幾何尺寸變化,應力集中,管內焊瘤減小管中介質的流通截面積。
夾渣
焊接熔渣殘留在焊縫中。易產生在坡口邊緣和每層焊道之間非圓滑過渡的部位,焊道形狀突變,存在深溝的部位也易產生夾渣。
原因:⒈熔池溫度低(電流小),液態金屬黏度大,焊接速度大,凝固時熔渣來不及浮出;
⒉運條不當,熔渣和鐵水分不清;
⒊坡口形狀不規則,坡口太窄,不利於熔渣上浮;
⒋多層焊時熔渣清理不幹凈。
危害:較氣孔嚴重,因其幾何形狀不規則尖角、稜角對機體有割裂作用,應力集中是裂紋的起源。
未熔合
熔焊時焊道與母材之間或焊道與焊道之間未能完全熔化結合的部分。
原因:⒈電流小、速度快、熱量不足;
⒉坡口或焊道有氧化皮、熔渣等,一部分熱量損失在熔化雜物上,剩餘熱量不足以熔化坡口或焊道金屬。
⒊焊條或焊絲的擺動角度偏離正常位置,熔化金屬流動而覆蓋到電弧作用較弱的未熔化部分,容易產生未熔合。
危害:因為間隙很小,可視為片狀缺欠,類似於裂紋。易造成應力集中,是危險性較大的缺欠。

焊接裂紋

危害最大的一種焊接缺欠
在焊接應力及其它致脆因素共同作用下,材料的原子結合遭到破壞,形成新界面而產生的縫隙稱為裂紋。它具有尖銳的缺口和長寬比大的特徵,易引起較高的應力集中,而且有延伸和擴展的趨勢,所以是最危險的缺欠。

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