焊接缺陷及防止措施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。(1)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,電弧過長,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,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。(2)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)范過強(qiáng)、焊條熔化過快、焊條質(zhì)量欠佳(如偏芯),焊接電源特性不穩(wěn)定及操作姿勢不當(dāng)?shù)榷既菀讕砗噶觥Ｔ跈M、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,選用無偏芯焊條,合理操作。(3)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。(4)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。(5)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(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。(6)其他表面缺陷: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。錯(cuò)邊指兩個(gè)工件在厚度方向上錯(cuò)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。表面氣孔及弧坑縮孔。表面氣孔及弧坑縮孔。塌陷單面焊時(shí)由于輸入熱量過大,熔化金屬過多而使液態(tài)金屬向焊縫背面塌落,成形后焊縫背面突起,正面下塌。各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(1)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程中反應(yīng)生成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(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帧０礆饪變?nèi)氣體成分分類,有氫氣孔、氮?dú)饪住⒍趸細(xì)饪?、一氧化碳?xì)饪住⒀鯕饪椎?。熔焊氣孔多為氫氣孔和一氧化碳?xì)饪?。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,熔池金屬在凝固過程中,有大量的氣體要從金屬中逸出來。當(dāng)凝固速度大于氣體逸出速度時(shí),就形成氣孔。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。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。防止氣孔的措施：3、裂紋3、裂紋①清除焊絲,工作坡口及其附近表面的油污、鐵銹、水分和雜物。②采用堿性焊條、焊劑,并徹底烘干。③采用直流反接并用短電弧施焊。④焊前預(yù)熱,減緩冷卻速度。⑤用偏強(qiáng)的規(guī)范施焊。 (2)夾渣夾夾渣是指焊后溶渣殘存在焊縫中的現(xiàn)象，夾渣的分類:①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②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。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。夾渣產(chǎn)生的原因:坡口尺寸不合理；坡口有污物；多層焊時(shí),層間清渣不徹底；焊接線能量小；焊縫散熱太快,液態(tài)金屬凝固過快；焊條藥皮,焊劑化學(xué)成分不合理,熔點(diǎn)過高；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。手工焊時(shí),焊條擺動(dòng)不良,不利于熔渣上浮。可根據(jù)以上原因分別采取對(duì)應(yīng)措施以防止夾渣的產(chǎn)生。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。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。(1)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)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,呈晶間開裂特征。層狀撕裂主要是由于鋼材在軋制過程中,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裂。②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)。(2)裂紋的危害尤其是冷裂紋,帶來的危害是災(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蛞鸬囊酝?絕大部分是由于裂紋引起的脆性破壞。(3)熱裂紋(結(jié)晶裂紋)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),最常見的熱裂紋是結(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(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(shí)也發(fā)生在焊縫內(nèi)部兩個(gè)柱狀晶之間,為橫向裂紋?；】恿鸭y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氣焊縫中(4)影響結(jié)晶裂紋的因素合金元素和雜質(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。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)。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。(5)防止結(jié)晶裂紋的措施①減小硫、磷等有害元素的含量,用含碳量較低的材料焊接。②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。③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。④合理選用焊接規(guī)范,并采用預(yù)熱和后熱,減小冷卻速度。⑤采用合理的裝配次序,減小焊接應(yīng)力。(6)再熱裂紋再熱裂紋的特征：①再熱裂紋產(chǎn)生于焊接熱影響區(qū)的過熱粗晶區(qū)。產(chǎn)生于焊后熱處理等再次加熱的過程中。②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℃.③再熱裂紋為晶界開裂(沿晶開裂)。④最易產(chǎn)生于沉淀強(qiáng)化的鋼種中。⑤與焊接殘余應(yīng)力有關(guān)。(7)再熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)理再熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)理有多種解釋,其中模形開裂理論的解釋如下:近縫區(qū)金屬在高溫?zé)嵫h(huán)作用下,強(qiáng)化相碳化物(如碳化鐵、碳化饑、碳化鏡、碳化錯(cuò)等)沉積在晶內(nèi)的位錯(cuò)區(qū)上,使晶內(nèi)強(qiáng)化強(qiáng)度大大高于晶界強(qiáng)化,尤其是當(dāng)強(qiáng)化相彌散分布在晶粒內(nèi)時(shí),阻礙晶粒內(nèi)部的局部調(diào)整,又會(huì)阻礙晶粒的整體變形,這樣,由于應(yīng)力松弛而帶來的塑性變形就主要由晶界金屬來承擔(dān),于是,晶界應(yīng)力集中,就會(huì)產(chǎn)生裂紋,即所謂的模形開裂。(8)再熱裂紋的防止①注意冶金元素的強(qiáng)化作用及其對(duì)再熱裂紋的影響。②合理預(yù)熱或采用后熱,控制冷卻速度。③降低殘余應(yīng)力避免應(yīng)力集中。④回火處理時(shí)盡量避開再熱裂紋的敏感溫度區(qū)或縮短在此溫度區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間。(9)冷裂紋.冷裂紋的特征:產(chǎn)生于較低溫度,且產(chǎn)生于焊后一段時(shí)間以后,故又稱延遲裂紋。主要產(chǎn)生于熱影響區(qū),也有發(fā)生在焊縫區(qū)的。冷裂紋可能是沿晶開裂,穿晶開裂或兩者混合出現(xiàn)。冷裂紋引起的構(gòu)件破壞是典型的脆斷。冷裂紋產(chǎn)生機(jī)理:淬硬組織(馬氏體)減小了金屬的塑性儲(chǔ)備；接頭的殘余應(yīng)力使焊縫受拉；接頭內(nèi)有一定的含氫量。含氫量和拉應(yīng)力是冷裂紋(這里指氫致裂紋)產(chǎn)生的兩個(gè)重要因素。一般來說,金屬內(nèi)部原子的排列并非完全有序的,而是有許多微觀缺陷。在拉應(yīng)力的作用下,氫向高應(yīng)力區(qū)(缺陷部位)擴(kuò)散聚集。當(dāng)氫聚集到一定濃度時(shí),就會(huì)破壞金屬中原子的結(jié)合鍵,金屬內(nèi)就出現(xiàn)一些微觀裂紋。應(yīng)力不斷作用,氫不斷地聚集,微觀裂紋不斷地?cái)U(kuò)展,直致發(fā)展為宏觀裂紋,最后斷裂。決定冷裂紋的產(chǎn)生與否,有一個(gè)臨界的含氫量和一個(gè)臨界的應(yīng)力值，當(dāng)接頭內(nèi)氫的濃度小于臨界含氫量,或所受應(yīng)力小于臨界應(yīng)力時(shí),將不會(huì)產(chǎn)生冷裂紋(即延遲時(shí)間無限長)。在所有的裂紋中,冷裂紋的危害性最大。(10)防止冷裂紋的措施①采用低氫型堿性焊條,嚴(yán)格烘干,在100~150℃下保存,隨取隨用。②提高預(yù)熱溫度,采用后熱措施,并保證層間溫度不小于預(yù)熱溫度,選擇合理的焊接規(guī)范,避免焊縫中出現(xiàn)淬硬組織。③選用合理的焊接順序,減少焊接變形和焊接應(yīng)力。④焊后及時(shí)進(jìn)行消氫熱處理。(11)未焊透未焊透指母材金屬未熔化,焊縫金屬?zèng)]有進(jìn)人,接頭根部的現(xiàn)象。①產(chǎn)生未焊透的原因:焊接電流小,熔深淺；坡口和間隙尺寸不合理,鈍邊太大；磁偏吹影響；焊條偏芯度太大；層間及焊根清理不良。②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(qiáng)度下降。其次,未焊透焊透引起的應(yīng)力集中所造成的危害,比強(qiáng)度下降的危害大得多。未焊透嚴(yán)重降低焊縫的疲勞強(qiáng)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(yīng)力集中所造成的危害,比強(qiáng)度下降的危害大得多。未焊透嚴(yán)重降低焊縫的疲勞強(qiáng)度。未焊透可能成為裂紋源,是造成焊縫破壞的重要原因。③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(shí),用交流代替直流以防止磁偏吹,合理設(shè)計(jì)坡口并加強(qiáng)清理,用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的產(chǎn)生。(12)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(jié)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。①產(chǎn)生未熔合缺陷的原因:(a)焊接電流過小；(b)焊接速度過快；(c)焊條角度不對(duì)；(d)產(chǎn)生了弧偏吹現(xiàn)象；(e)焊接處于下坡焊位置,母材未熔化時(shí)已被鐵水復(fù)蓋；(f)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。②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(duì)承載截面積的減小都非常明顯,應(yīng)力集中也比較嚴(yán)重,其危害性僅次于裂紋。③未熔合的防止采用較大的焊接電流,正確地進(jìn)行施焊操作,注意坡口部位的清潔。(13)其他缺陷(a)焊縫化學(xué)成分或組織成分不符合要求:焊材與母