第二章(缺陷及影響因素)——《材料成型檢測技術(shù)》--修改3

1、一、焊接缺陷的概念一、焊接缺陷的概念 在焊接時(shí)，在構(gòu)件或加工處所產(chǎn)生的不符在焊接時(shí)，在構(gòu)件或加工處所產(chǎn)生的不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的缺欠（如不符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求的合標(biāo)準(zhǔn)要求的缺欠（如不符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求的氣孔、夾雜、裂紋等）稱為焊接缺陷。氣孔、夾雜、裂紋等）稱為焊接缺陷。二、焊接缺陷的分類二、焊接缺陷的分類 不同的焊接方法產(chǎn)生的缺陷類型不同，熔不同的焊接方法產(chǎn)生的缺陷類型不同，熔化焊產(chǎn)生的焊接缺陷主要有以下幾類：化焊產(chǎn)生的焊接缺陷主要有以下幾類： 1、坡口和裝配缺陷、坡口和裝配缺陷 2、焊縫形狀、尺寸和焊縫外部缺陷、焊縫形狀、尺寸和焊縫外部缺陷 3、焊縫內(nèi)部的工藝性缺陷、焊縫內(nèi)部的工藝性缺陷 4、焊接接頭的

2、力學(xué)性能不符合要求、焊接接頭的力學(xué)性能不符合要求 5、焊接接頭和焊縫金屬組織、耐蝕性和其他、焊接接頭和焊縫金屬組織、耐蝕性和其他物理化學(xué)性能不符合要求等物理化學(xué)性能不符合要求等 國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)GB6417中將焊接缺中將焊接缺陷分為六類陷分為六類：1、裂紋、裂紋2、固體夾雜、固體夾雜3、未熔合和未焊透、未熔合和未焊透4、孔穴、孔穴5、形狀缺陷（新標(biāo)準(zhǔn)為：、形狀缺陷（新標(biāo)準(zhǔn)為：“形形狀和尺寸不良狀和尺寸不良”）6、其他缺陷、其他缺陷第二節(jié)第二節(jié) 焊接缺陷的特征及分布焊接缺陷的特征及分布一、裂紋一、裂紋 1、裂紋外觀形貌（、裂紋外觀形貌（裂紋的形態(tài)裂紋的形態(tài)） 2、裂紋產(chǎn)生的溫度范圍、裂紋產(chǎn)生的溫

3、度范圍 熱裂紋熱裂紋固相線附近，主要固相線附近，主要 分布在焊縫或熱影響區(qū)的分布在焊縫或熱影響區(qū)的過熱區(qū)，沿晶斷裂。過熱區(qū)，沿晶斷裂。 冷裂紋冷裂紋Ms點(diǎn)以下，分布在焊縫、點(diǎn)以下，分布在焊縫、HAZ，沿晶、穿晶，沿晶、穿晶斷裂。斷裂。二、氣孔二、氣孔 氣孔是焊接時(shí)，熔池中的氣泡在凝固時(shí)未能逸出而殘留氣孔是焊接時(shí)，熔池中的氣泡在凝固時(shí)未能逸出而殘留在焊縫中形成的孔穴。不同的氣孔有不同的形態(tài)。主要有在焊縫中形成的孔穴。不同的氣孔有不同的形態(tài)。主要有條形、蠕蟲狀、球狀等。條形、蠕蟲狀、球狀等。根據(jù)根據(jù)三、固體夾雜三、固體夾雜 1、夾渣、夾渣 2、夾鎢、夾鎢四、未焊透和未熔合四、未焊透和未熔合 1、未

4、熔合、未熔合 分布特征：分布特征： 坡口側(cè)壁坡口側(cè)壁 多層焊層間多層焊層間 焊縫根部焊縫根部 2、未焊透、未焊透五、形狀缺陷五、形狀缺陷 1、咬邊、咬邊 2、焊瘤、焊瘤 3、燒穿和下榻、燒穿和下榻 4、錯(cuò)邊和角變形、錯(cuò)邊和角變形 5、焊縫尺寸、形狀不符合要求、焊縫尺寸、形狀不符合要求六、其他缺陷六、其他缺陷第三節(jié)、產(chǎn)生（焊接）缺陷的影第三節(jié)、產(chǎn)生（焊接）缺陷的影響因素及質(zhì)量控制響因素及質(zhì)量控制對(duì)于熔化焊，產(chǎn)生缺陷的影響因素主要有：對(duì)于熔化焊，產(chǎn)生缺陷的影響因素主要有： 1、宏觀因素：、宏觀因素： 材料材料 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 焊接工藝焊接工藝2、微觀元素：、微觀元素： 冶金方面冶金方面結(jié)晶、冶金反應(yīng)等結(jié)

5、晶、冶金反應(yīng)等 應(yīng)力方面應(yīng)力方面熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力、應(yīng)熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力、應(yīng) 力引起的應(yīng)變或變形等。力引起的應(yīng)變或變形等。一、熱裂紋一、熱裂紋1、結(jié)晶裂紋（、結(jié)晶裂紋（結(jié)晶裂紋的形態(tài)分布結(jié)晶裂紋的形態(tài)分布）機(jī)理：機(jī)理：焊縫金屬凝固后期，低熔共晶液態(tài)薄焊縫金屬凝固后期，低熔共晶液態(tài)薄膜在拉伸應(yīng)力作用下開裂形成裂紋。膜在拉伸應(yīng)力作用下開裂形成裂紋。 （1）材料因素）材料因素 與母材及焊材有關(guān)，材料中與母材及焊材有關(guān)，材料中S、P雜質(zhì)及雜質(zhì)及C、Ni等等含量高；含量高；Mn/S不合適等。不合適等。 （2）結(jié)構(gòu)因素）結(jié)構(gòu)因素 焊縫附近的剛度大焊縫附近的剛度大拘束度大、板厚拘束度大、板厚 接頭形式不合適接頭

6、形式不合適 接頭附近應(yīng)力集中接頭附近應(yīng)力集中 3）工藝因素）工藝因素 焊接線能量焊接線能量過大；過大； 焊接順序焊接順序不合適（不能夠自由收縮，內(nèi)拉不合適（不能夠自由收縮，內(nèi)拉應(yīng)力增大）；應(yīng)力增大）； 焊縫尺寸焊縫尺寸不符合要求（熔深不符合要求（熔深/熔寬過大）；熔寬過大）； 層間溫度層間溫度過高。過高。2、液化裂紋（、液化裂紋（HAZ近縫區(qū)液化裂紋）（近縫區(qū)液化裂紋）（ 液化裂液化裂紋的形態(tài)分布紋的形態(tài)分布 ） 機(jī)理：機(jī)理：焊接時(shí)的高溫作用使晶界上的低熔共晶熔焊接時(shí)的高溫作用使晶界上的低熔共晶熔化，在拉應(yīng)力作用下開裂形成裂紋。主要沿奧氏化，在拉應(yīng)力作用下開裂形成裂紋。主要沿奧氏體晶界開裂。體

7、晶界開裂。 （1）材料因素）材料因素 只與母材有關(guān)，含有較多的只與母材有關(guān)，含有較多的P、S雜質(zhì)及雜質(zhì)及Si、B、Ni、Cr等元素。等元素。 B在在Fe、Ni中溶解度很?。ㄖ腥芙舛群苄。?.003%0.005%），），微量的微量的B就易形成晶界偏析，形成就易形成晶界偏析，形成B化物和低熔共晶?；锖偷腿酃簿А?Si對(duì)于鋁合金，對(duì)于鋁合金，Si是作為雜質(zhì)存在的，易和是作為雜質(zhì)存在的，易和Al形成形成低熔共晶。低熔共晶。 （2）結(jié)構(gòu)因素）結(jié)構(gòu)因素 焊縫附近剛度大（厚板、大拘束構(gòu)件）焊縫附近剛度大（厚板、大拘束構(gòu)件） 應(yīng)力集中應(yīng)力集中 （3）工藝因素）工藝因素 焊接線能量焊接線能量影響最大；影響最大

8、； 熔池形狀熔池形狀倒草帽形易在熔合線的凹陷處產(chǎn)生。倒草帽形易在熔合線的凹陷處產(chǎn)生。3、多邊化裂紋、多邊化裂紋 多發(fā)生在多發(fā)生在純金屬或單相奧氏體合金純金屬或單相奧氏體合金的焊縫，個(gè)別的焊縫，個(gè)別情況下出現(xiàn)在情況下出現(xiàn)在HAZ固相線稍下的高溫區(qū)，大多呈沿柱固相線稍下的高溫區(qū)，大多呈沿柱狀晶晶界，裂紋附近有再結(jié)晶晶粒，斷口上呈現(xiàn)位移狀晶晶界，裂紋附近有再結(jié)晶晶粒，斷口上呈現(xiàn)位移的滑移線。的滑移線。機(jī)理：機(jī)理：由于晶格缺陷的遷移和聚集，形成由于晶格缺陷的遷移和聚集，形成“二次邊二次邊界界”，即所謂的，即所謂的“多邊化邊界多邊化邊界”。邊界上聚集了大量。邊界上聚集了大量的晶格缺陷，組織的性能差，高溫

9、時(shí)的強(qiáng)度和塑性差，的晶格缺陷，組織的性能差，高溫時(shí)的強(qiáng)度和塑性差，即使微小的拉應(yīng)力就會(huì)產(chǎn)生開裂，形成裂紋。即使微小的拉應(yīng)力就會(huì)產(chǎn)生開裂，形成裂紋。 （1）材料因素）材料因素 母材合金成分母材合金成分Cr-Ni單相合金單相合金中提高多邊化中提高多邊化所需的激活能的元素：所需的激活能的元素：Mo、W、Ti、Ta等；高溫等；高溫相相也能夠阻礙位錯(cuò)移動(dòng)。也能夠阻礙位錯(cuò)移動(dòng)。 （2）結(jié)構(gòu)因素）結(jié)構(gòu)因素 應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力增加原子的活動(dòng)性，加速多邊應(yīng)力增加原子的活動(dòng)性，加速多邊化過程。應(yīng)力、應(yīng)力集中等都會(huì)增大裂紋傾向?；^程。應(yīng)力、應(yīng)力集中等都會(huì)增大裂紋傾向。 （3）工藝因素）工藝因素 溫度越高，多邊化

10、過程所需的時(shí)間越短，加速溫度越高，多邊化過程所需的時(shí)間越短，加速形成多邊化裂紋。形成多邊化裂紋。 4、再熱裂紋、再熱裂紋 焊后在進(jìn)行消應(yīng)力處理或在一定溫度（焊后在進(jìn)行消應(yīng)力處理或在一定溫度（550650）下長時(shí)間工作時(shí)，在）下長時(shí)間工作時(shí)，在HAZ粗晶區(qū)部位產(chǎn)生的粗晶區(qū)部位產(chǎn)生的裂紋，稱為再熱裂紋或消除應(yīng)力處理裂紋。裂紋，稱為再熱裂紋或消除應(yīng)力處理裂紋。機(jī)理機(jī)理：在重新加熱時(shí)，粗晶區(qū)的雜質(zhì)在晶界析出使晶：在重新加熱時(shí)，粗晶區(qū)的雜質(zhì)在晶界析出使晶界脆化，塑性下降，裂紋敏感性增加界脆化，塑性下降，裂紋敏感性增加(晶界弱化學(xué)晶界弱化學(xué)說）。另外，鋼中的說）。另外，鋼中的Cr、Mo、V、Ti、Nb等元

11、素在等元素在消應(yīng)力過程中形成消應(yīng)力過程中形成C化物析出，造成晶內(nèi)的二次硬化，化物析出，造成晶內(nèi)的二次硬化，同時(shí)使晶界相對(duì)弱化，應(yīng)力松弛過程中產(chǎn)生的塑性變同時(shí)使晶界相對(duì)弱化，應(yīng)力松弛過程中產(chǎn)生的塑性變形集中在晶界，形成再熱裂紋。形集中在晶界，形成再熱裂紋。 （ 1）材料因素：）材料因素： 多發(fā)生在低合金高強(qiáng)鋼、珠光體耐熱鋼、奧氏體多發(fā)生在低合金高強(qiáng)鋼、珠光體耐熱鋼、奧氏體不銹鋼、鎳基合金等強(qiáng)度高、含有較多不銹鋼、鎳基合金等強(qiáng)度高、含有較多C及及 Cr、Mo、V、Ti、Nb等元素的合金中。等元素的合金中。 （2）結(jié)構(gòu)因素）結(jié)構(gòu)因素 設(shè)計(jì)不合理設(shè)計(jì)不合理應(yīng)力集中應(yīng)力集中 坡口形式坡口形式拘束度拘束度

12、 （3）工藝因素）工藝因素 焊接時(shí)熱輸入增加使焊接時(shí)熱輸入增加使HAZ寬且晶粒粗大；焊縫尺寬且晶粒粗大；焊縫尺寸及焊接缺陷；焊接順序及后熱時(shí)沒有避開敏感溫度寸及焊接缺陷；焊接順序及后熱時(shí)沒有避開敏感溫度區(qū)（區(qū)（550650）等。）等。二、冷裂紋（二、冷裂紋（冷裂紋產(chǎn)生的部位冷裂紋產(chǎn)生的部位） 延遲裂紋延遲裂紋H致裂紋致裂紋主要有主要有 淬硬脆化裂紋淬硬脆化裂紋淬火裂紋淬火裂紋 低塑性脆化裂紋低塑性脆化裂紋如鑄鐵焊接裂紋如鑄鐵焊接裂紋 1、H致裂紋致裂紋 焊縫中的焊縫中的H分兩種：殘余分兩種：殘余H和擴(kuò)散和擴(kuò)散H，其中擴(kuò)散，其中擴(kuò)散H對(duì)裂對(duì)裂紋的產(chǎn)生起決定性的作用。紋的產(chǎn)生起決定性的作用。 （1

13、）材料因素）材料因素 鋼中的鋼中的C、合金元素多；焊材中的、合金元素多；焊材中的H含量較高。含量較高。 （2）結(jié)構(gòu)因素）結(jié)構(gòu)因素 應(yīng)力應(yīng)力結(jié)構(gòu)拘束度大（設(shè)計(jì)不合理）、板厚結(jié)構(gòu)拘束度大（設(shè)計(jì)不合理）、板厚 應(yīng)力集中應(yīng)力集中焊縫處于應(yīng)力集中區(qū)、坡口形式不焊縫處于應(yīng)力集中區(qū)、坡口形式不 合適等合適等 （3）工藝因素）工藝因素 線能量小線能量小 冷卻速度快冷卻速度快 焊材選擇及其處理不當(dāng)焊材選擇及其處理不當(dāng) 焊后處理不當(dāng)?shù)群负筇幚聿划?dāng)?shù)?2、淬火裂紋、淬火裂紋 焊后立即產(chǎn)生，無延遲現(xiàn)象焊后立即產(chǎn)生，無延遲現(xiàn)象 （1）材料因素）材料因素 主要與材料的淬硬傾向有關(guān)（鋼中的含主要與材料的淬硬傾向有關(guān)（鋼中的

14、含C及合金及合金元素增加）。高碳鋼、馬氏體鋼及異種鋼焊接時(shí)易出元素增加）。高碳鋼、馬氏體鋼及異種鋼焊接時(shí)易出現(xiàn)?，F(xiàn)。 （2）結(jié)構(gòu)因素）結(jié)構(gòu)因素 和和H致裂紋相同致裂紋相同 （3）工藝因素）工藝因素 焊材焊材選擇不合適選擇不合適 預(yù)熱預(yù)熱溫度不夠溫度不夠 后熱后熱未及時(shí)后熱或后熱溫度低未及時(shí)后熱或后熱溫度低3、低塑性脆化裂紋、低塑性脆化裂紋 （1）材料因素）材料因素 低塑性材料低塑性材料鑄鐵、堆焊硬質(zhì)合金、高鉻合金等鑄鐵、堆焊硬質(zhì)合金、高鉻合金等 （2）結(jié)構(gòu)因素）結(jié)構(gòu)因素 拘束度大拘束度大 不均勻的受熱不均勻的受熱熱應(yīng)力熱應(yīng)力 （3）工藝因素）工藝因素 工藝不合適工藝不合適如鑄鐵冷焊時(shí)應(yīng)采取小電

15、流、分散如鑄鐵冷焊時(shí)應(yīng)采取小電流、分散和短段焊、焊后錘擊、加退火焊道等工藝。和短段焊、焊后錘擊、加退火焊道等工藝。 三、層狀撕裂（三、層狀撕裂（層狀撕裂類型層狀撕裂類型） 沿軋制方向出現(xiàn)的一種階梯狀裂紋（臺(tái)沿軋制方向出現(xiàn)的一種階梯狀裂紋（臺(tái)階狀）。階狀）。 1、材料因素、材料因素 與非金屬雜質(zhì)含量及其分布形態(tài)有關(guān)。與非金屬雜質(zhì)含量及其分布形態(tài)有關(guān)。 2、結(jié)構(gòu)因素、結(jié)構(gòu)因素 Z向拘束力向拘束力厚板厚板 焊后殘余應(yīng)力焊后殘余應(yīng)力 應(yīng)力集中應(yīng)力集中T形接頭、角接頭和十字接頭等形接頭、角接頭和十字接頭等 3、工藝因素、工藝因素 線能量過大線能量過大過熱、粗晶過熱、粗晶 預(yù)熱及預(yù)熱溫度預(yù)熱及預(yù)熱溫度 控

16、制層間溫度控制層間溫度四、氣孔四、氣孔 氣孔可分為：表面氣孔和內(nèi)部氣孔及氣孔可分為：表面氣孔和內(nèi)部氣孔及CO、H和和N氣孔等。氣孔等。 形成氣孔的氣體分兩類：形成氣孔的氣體分兩類： 高溫時(shí)溶解到熔池金屬中，凝固和相變時(shí)時(shí)，高溫時(shí)溶解到熔池金屬中，凝固和相變時(shí)時(shí)，氣體溶解度突然下降，來不及逸出而殘留在焊縫中氣體溶解度突然下降，來不及逸出而殘留在焊縫中（H和和N）。）。 冶金反應(yīng)產(chǎn)生的不溶入金屬的氣體（冶金反應(yīng)產(chǎn)生的不溶入金屬的氣體（CO）。）。 影響因素也是材料、工藝及結(jié)構(gòu)有關(guān)。影響因素也是材料、工藝及結(jié)構(gòu)有關(guān)。 材料的氧化性材料的氧化性 焊件和焊材的清潔焊件和焊材的清潔 熔池存在時(shí)間熔池存在時(shí)

17、間 電弧的穩(wěn)定性電弧的穩(wěn)定性 電弧長度電弧長度 焊絲的干伸長度或?qū)щ娮斓焦ぜ木嚯x焊絲的干伸長度或?qū)щ娮斓焦ぜ木嚯x 保護(hù)氣氛保護(hù)氣氛 五、夾雜（渣）五、夾雜（渣）(圖圖) 夾雜主要有：氧化物、氮化物和硫化物夾雜主要有：氧化物、氮化物和硫化物 夾渣主要是焊接熔渣等雜物夾渣主要是焊接熔渣等雜物 影響因素：材料、工藝等影響因素：材料、工藝等 母材和焊材中的夾雜物含量高母材和焊材中的夾雜物含量高 焊縫脫氧、脫硫不充分焊縫脫氧、脫硫不充分 保護(hù)不好保護(hù)不好 熔渣的粘度高熔渣的粘度高 Mn/S達(dá)不到要求（?。┻_(dá)不到要求（?。?焊接速度快焊接速度快 焊接線能量焊接線能量六、未熔合和未焊透六、未熔合和未焊透

18、 未熔合：未熔合：主要與材料和焊接工藝有關(guān)主要與材料和焊接工藝有關(guān) 表面氧化膜表面氧化膜 熱物理性能熱物理性能 線能量線能量 電弧穩(wěn)定性（磁偏吹等）電弧穩(wěn)定性（磁偏吹等） 未焊透：未焊透：主要與結(jié)構(gòu)、焊接工藝有關(guān)主要與結(jié)構(gòu)、焊接工藝有關(guān) 坡口不合適（角度、鈍邊、間隙等）坡口不合適（角度、鈍邊、間隙等） 電流小、電壓大電流小、電壓大 焊接速度焊接速度 焊工操作不當(dāng)焊工操作不當(dāng) 七、形狀缺陷七、形狀缺陷 1、咬邊、咬邊 主要與工藝有關(guān)主要與工藝有關(guān) 電流過大電流過大 立焊、仰焊立焊、仰焊 運(yùn)條方式及角度等運(yùn)條方式及角度等 2、焊瘤、焊瘤 主要與結(jié)構(gòu)、工藝有關(guān)主要與結(jié)構(gòu)、工藝有關(guān) 坡口角度小坡口角度

19、小 電流小、電壓大電流小、電壓大 焊速慢焊速慢 電弧不穩(wěn)定電弧不穩(wěn)定 操作不當(dāng)?shù)炔僮鞑划?dāng)?shù)?、燒穿和下榻、燒穿和下榻 主要與材料、結(jié)構(gòu)、工藝有關(guān)主要與材料、結(jié)構(gòu)、工藝有關(guān) 材料的高溫強(qiáng)度低材料的高溫強(qiáng)度低 薄板及管子薄板及管子 坡口間隙大、鈍邊小坡口間隙大、鈍邊小 焊接電流大焊接電流大 焊速慢焊速慢 無墊板或墊板的托力不夠無墊板或墊板的托力不夠 操作不當(dāng)?shù)炔僮鞑划?dāng)?shù)?4、錯(cuò)邊、錯(cuò)邊 主要與結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)主要與結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理 裝配不正確裝配不正確 焊接夾具焊接夾具 操作不當(dāng)?shù)炔僮鞑划?dāng)?shù)?5、角變形、角變形 主要與結(jié)構(gòu)、工藝有關(guān)主要與結(jié)構(gòu)、工藝有關(guān) 坡口形狀（填充金屬

20、量及受熱面積情坡口形狀（填充金屬量及受熱面積情況等）況等） 坡口角度坡口角度 板厚（填充金屬量或焊縫層數(shù)）板厚（填充金屬量或焊縫層數(shù)） 焊接順序焊接順序 線能量線能量 控制措施（反變形等）控制措施（反變形等） 焊接夾具等焊接夾具等6、焊縫尺寸、形狀不符合要求、焊縫尺寸、形狀不符合要求 與材料、結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)與材料、結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān) 熔渣的粘度熔渣的粘度 熔渣的表面張力熔渣的表面張力 坡口形狀和尺寸坡口形狀和尺寸 裝配間隙裝配間隙 焊接規(guī)范不合適（電流、電壓、速度）焊接規(guī)范不合適（電流、電壓、速度） 操作（運(yùn)條角度和方式等）操作（運(yùn)條角度和方式等）7、其他缺陷、其他缺陷 電弧擦傷電弧擦傷 飛濺飛濺 一、釬焊接頭缺陷一、釬焊接頭缺陷 1、致密性缺陷、致密性缺陷 夾渣、夾