焊接缺陷及措施分析

1、外觀缺陷：

外觀缺陷(表面缺陷)是指不用借助于儀器，從工件表面可以發(fā)現(xiàn)的缺陷。常見(jiàn)的外觀缺陷有咬邊、焊瘤、凹陷及焊接變形等，有時(shí)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，它是由于電弧將焊縫邊緣的母材熔化后沒(méi)有得到熔敷金屬的充分補(bǔ)充所留下的缺口。產(chǎn)生咬邊的主要原因是電弧熱量太高，即電流太大，運(yùn)條速度太小所造成的。焊條與工件間角度不正確，擺動(dòng)不合理，電弧過(guò)長(zhǎng)，焊接次序不合理等都會(huì)造成咬邊。直流焊時(shí)電弧的磁偏吹也是產(chǎn)生咬邊的一個(gè)原因。某些焊接位置(立、橫、仰)會(huì)加劇咬邊。

咬邊減小了母材的有效截面積，降低結(jié)構(gòu)的承載能力，同時(shí)還會(huì)造成應(yīng)力集中，發(fā)展為裂紋源。

矯正操作姿勢(shì)，選用合理的規(guī)范，采用良好的運(yùn)條方式都會(huì)有利于消除咬邊。焊角焊縫時(shí)，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(tài)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(guī)范過(guò)強(qiáng)、焊條熔化過(guò)快、焊條質(zhì)量欠佳(如偏芯)，焊接電源特性不穩(wěn)定及操作姿勢(shì)不當(dāng)?shù)榷既菀讕��?lái)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(dǎo)致裂紋。同時(shí)，焊瘤改變了焊縫的實(shí)際尺寸，會(huì)帶來(lái)應(yīng)力集中。管子內(nèi)部的焊瘤減小了它的內(nèi)徑，可能造成流動(dòng)物堵塞。

防止焊瘤的措施：使焊縫處于平焊位置，正確選用規(guī)范，選用無(wú)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于母材的部分。

凹坑多是由于收弧時(shí)焊條(焊絲)未作短時(shí)間停留造成的(此時(shí)的凹坑稱為弧坑)，仰立、橫焊時(shí)，常在焊縫背面根部產(chǎn)生內(nèi)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(tǒng)的焊機(jī)，盡量選用平焊位置，選用合適的焊接規(guī)范，收弧時(shí)讓焊條在熔池內(nèi)短時(shí)間停留或環(huán)形擺動(dòng)，填滿弧坑。

D、未焊滿

未焊滿是指焊縫表面上連續(xù)的或斷續(xù)的溝槽。填充金屬不足是產(chǎn)生未焊滿的根本原因。規(guī)范太弱，焊條過(guò)細(xì)，運(yùn)條不當(dāng)?shù)葧?huì)導(dǎo)致未焊滿。

未焊滿同樣削弱了焊縫，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，同時(shí)，由于規(guī)范太弱使冷卻速度增大，容易帶來(lái)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(guò)程中，熔深超過(guò)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(guò)大，速度太慢，電弧在焊縫處停留過(guò)久，都會(huì)產(chǎn)生燒穿缺陷。工件間隙太大，鈍邊太小也容易出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象。

燒穿是鍋爐壓力容器產(chǎn)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(lián)接飛及承載能力。

選用較小電流并配合合適的焊接速度，減小裝配間隙，在焊縫背面加設(shè)墊板或藥墊，使用脈沖焊，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(guò)寬，焊縫向母材過(guò)渡不圓滑等。

(2)錯(cuò)邊

指兩個(gè)工件在厚度方向上錯(cuò)開(kāi)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(shí)由于輸入熱量過(guò)大，熔化金屬過(guò)多而使液態(tài)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、波浪變形等都屬于焊接缺陷O角變形也屬于裝配成形缺陷。

2、氣孔和夾渣

A、氣孔

氣孔是指焊接時(shí)，熔池中的氣體未在金屬凝固前逸出，殘存于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(guò)程中反應(yīng)生成的。

(1)氣孔的分類氣孔從其形狀上分，有球狀氣孔、條蟲(chóng)狀氣孔;從數(shù)量上可分為單個(gè)氣孔和群狀氣孔。群狀氣孔又有均勻分布?xì)饪�，密集狀氣孔和鏈狀分布�(xì)饪字�分。按氣孔�?nèi)氣體成分分類，有氫氣孔、氮?dú)饪�、二氧化碳�(xì)饪住⒁谎趸�碳�(xì)饪�、氧氣孔等。熔焊氣孔多為氫氣孔和一氧化碳�(xì)饪住?/p>

(2)氣孔的形成機(jī)理常溫固態(tài)金屬中氣體的溶解度只有高溫液態(tài)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(guò)程中，有大量的氣體要從金屬中逸出來(lái)。當(dāng)凝固速度大于氣體逸出速度時(shí)，就形成氣孔。

(3)產(chǎn)生氣孔的主要原因母材或填充金屬表面有銹、油污等，焊條及焊劑未烘干會(huì)增加氣孔量，因?yàn)殇P、油污及焊條藥皮、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(guò)小，熔池冷卻速度大，不利于氣體逸出。焊縫金屬脫氧不足也會(huì)增加氧氣孔。

(4)氣孔的危害氣孔減少了焊縫的有效截面積，使焊縫疏松，從而降低了接頭的強(qiáng)度，降低塑性，還會(huì)引起泄漏。氣孔也是引起應(yīng)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、鐵銹、水分和雜物。B、采用堿性焊條、焊劑，并徹底烘干。C、采用直流反接并用短電弧施焊。D、焊前預(yù)熱，減緩冷卻速度。E、用偏強(qiáng)的規(guī)范施焊。

B、夾渣

夾渣是指焊后溶渣殘存在焊縫中的現(xiàn)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(xí)慣上稱為夾鎢、夾銅。B、非金屬夾渣：指未熔的焊條藥皮或焊劑、硫化物、氧化物、氮化物殘留于焊縫之中。冶金反應(yīng)不完全，脫渣性不好。

(2)夾渣的分布與形狀有單個(gè)點(diǎn)狀?yuàn)A渣，條狀?yuàn)A渣，鏈狀?yuàn)A渣和密集夾渣

(3)夾渣產(chǎn)生的原因

A、坡口尺寸不合理;B、坡口有污物;C、多層焊時(shí)，層間清渣不徹底;D、焊接線能量小;E、焊縫散熱太快，液態(tài)金屬凝固過(guò)快;F、焊條藥皮，焊劑化學(xué)成分不合理，熔點(diǎn)過(guò)高;G、鎢極惰性氣體保護(hù)焊時(shí)，電源極性不當(dāng)，電、流密度大，鎢極熔化脫落于熔池中。H、手工焊時(shí)，焊條擺動(dòng)不良，不利于熔渣上浮�？筛鶕�(jù)以上原因分別采取對(duì)應(yīng)措施以防止夾渣的產(chǎn)生。

(4)夾渣的危害點(diǎn)狀?yuàn)A渣的危害與氣孔相似，帶有尖角的夾渣會(huì)產(chǎn)生尖端應(yīng)力集中，尖端還會(huì)發(fā)展為裂紋源，危害較大。

3、裂紋

焊縫中原子結(jié)合遭到破壞，形成新的界面而產(chǎn)生的縫隙稱為裂紋。

A、裂紋的分類

根據(jù)裂紋尺寸大小，分為三類：(1)宏觀裂紋：肉眼可見(jiàn)的裂紋。(2)微觀裂紋：在顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn)。(3)超顯微裂紋：在高倍數(shù)顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn)，一般指晶間裂紋和晶內(nèi)裂紋。

從產(chǎn)生溫度上看，裂紋分為兩類：

(1)熱裂紋：產(chǎn)生于AC3線附近的裂紋。一般是焊接完畢即出現(xiàn)，又稱結(jié)晶裂紋。這種二裂紋主要發(fā)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(zhuǎn)變溫度M3點(diǎn)以下產(chǎn)生的裂紋，一般是在焊后一段時(shí)間(幾小時(shí)，幾天甚至更長(zhǎng))才出現(xiàn)，故又稱延遲裂紋。

按裂紋產(chǎn)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(shí)產(chǎn)生的裂紋。再熱裂紋產(chǎn)生于沉淀強(qiáng)化的材料(如含CR、MO、V、TI、NB的金屬)的焊接熱影響區(qū)內(nèi)的粗晶區(qū)，一般從熔合線向熱影響區(qū)的粗晶區(qū)發(fā)展，呈晶間開(kāi)裂特征。

(2)層狀撕裂主要是由于鋼材在軋制過(guò)程中，將硫化物(MNS)、硅酸鹽類等雜質(zhì)夾在其中，形成各向異性。在焊接應(yīng)力或外拘束應(yīng)力的使用下，金屬沿軋制方向的雜物開(kāi)裂。

(3)應(yīng)力腐蝕裂紋：在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下產(chǎn)生的裂紋。除殘余應(yīng)力或拘束應(yīng)力的因素外，應(yīng)力腐蝕裂紋主要與焊縫組織組成及形態(tài)有關(guān)。

B、裂紋的危害裂紋，尤其是冷裂紋，帶來(lái)的危害是災(zāi)難性的。世界上的壓力容器事故除極少數(shù)是由于設(shè)計(jì)不合理，選材不當(dāng)?shù)脑�因引起的以外，絕大部分是由于裂紋引起的脆性破壞。

C、熱裂紋(結(jié)晶裂紋)

(1)結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理熱裂紋發(fā)生于焊縫金屬凝固末期，敏感溫度區(qū)大致在固相線附近的高溫區(qū)，最常見(jiàn)的熱裂紋是結(jié)晶裂紋，其生成原因是在焊縫金屬凝固過(guò)程中，結(jié)晶偏析使雜質(zhì)生成的低熔點(diǎn)共晶物富集于晶界，形成所謂”液態(tài)薄膜”，在特定的敏感溫度區(qū)(又稱脆性溫度區(qū))間，其強(qiáng)度極小，由于焊縫凝固收縮而受到拉應(yīng)力，最終開(kāi)裂形成裂紋。結(jié)晶裂紋最常見(jiàn)的情況是沿焊縫中心長(zhǎng)度方向開(kāi)裂，為縱向裂紋，有時(shí)也發(fā)生在焊縫內(nèi)部?jī)蓚�(gè)柱狀晶之間，為橫向裂紋�；】恿鸭y是另一種形態(tài)的，常見(jiàn)的熱裂紋。

熱裂紋都是沿晶界開(kāi)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氣焊縫中

(2)影響結(jié)晶裂紋的因素

A、合金元素和雜質(zhì)的影響碳元素以及硫、磷等雜質(zhì)元素的增加，會(huì)擴(kuò)大敏感溫度區(qū)，使結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生機(jī)會(huì)增多。

B、冷卻速度的影響冷卻速度增大，一是使結(jié)晶偏析加重，二是使結(jié)晶溫度區(qū)間增大，兩者都會(huì)增加結(jié)晶裂紋的出現(xiàn)機(jī)會(huì);

C、結(jié)晶應(yīng)力與拘束應(yīng)力的影響在脆性溫度區(qū)內(nèi)，金屬的強(qiáng)度極低，焊接應(yīng)力又使這飛部分金屬受拉，當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶裂紋。

(3)防止結(jié)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(xì)化晶粒。，C、采用熔深較淺的焊縫，改善散熱條件使低熔點(diǎn)物質(zhì)上浮在焊縫表面而不存在于焊縫中。D、合理選用焊接規(guī)范，并采用預(yù)熱和后熱，減小冷卻速度。E、采用合理的裝配次序，減小焊接應(yīng)力。

D、再熱裂紋

(1)再熱裂紋的特征

A、再熱裂紋產(chǎn)生于焊接熱影響區(qū)的過(guò)熱粗晶區(qū)。產(chǎn)生于焊后熱處理等再次加熱的過(guò)程中。

B、再熱裂紋的產(chǎn)生溫度：碳鋼與合金鋼550～650℃奧氏體不銹鋼約300℃

C、再熱裂紋為晶界開(kāi)裂(沿晶開(kāi)裂)。

D、最易產(chǎn)生于沉淀強(qiáng)化的鋼種中。

E、與焊接殘余應(yīng)力有關(guān)。