焊接缺陷圖譜

1、焊焊 縫縫 缺缺 陷陷 圖圖 譜譜 于靜泊哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)材料學(xué)院一、焊接基本知識一、焊接基本知識l1、焊接的冶金特點l 什么叫焊接：什么叫焊接：l 兩個分離的物體（同種或異種材料）通過原子或分子之間的結(jié)合和擴散造成永久性聯(lián)接的工藝過程叫焊接。l 熔化焊熔化焊是金屬材料焊接的主要方法：是金屬材料焊接的主要方法：l 熔化焊接時，被焊金屬在熱源作用下被加熱，發(fā)生局部熔化，同時熔化了的金屬、熔渣、氣相之間進(jìn)行著一系列影響焊縫金屬的成分、組織和性能的化學(xué)冶金反應(yīng)，隨著熱源的離開，熔化金屬開始結(jié)晶，由液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)，形成焊縫。l 熔化焊的冶金特點：熔化焊的冶金特點：l 1）溫度高l 以手工電弧焊為例

2、，電弧溫度高達(dá)60008000，熔滴溫度約18002400，在如此高溫下，外界氣體會大量分解，溶入液態(tài)金屬中，隨后又在冷卻過程中析出，所以焊縫易形成氣孔缺陷。l 2）溫度梯度大l 焊接是局部加熱，熔池溫度在1700以上，而其周圍是冷態(tài)金屬，形成很陡的溫度梯度，從而會導(dǎo)致較大的內(nèi)應(yīng)力，引起變形或產(chǎn)生裂紋缺陷。l 3）熔池小，冷卻速度快l 熔池的體積，手工焊約2cm310 cm3，自動焊約9 cm330 cm3，金屬從熔池到凝固只有幾秒鐘，在這樣短的時間里，冶金反應(yīng)是不平衡的，因此焊縫金屬成分不均勻，偏析較大。l2、焊縫的結(jié)晶特點焊縫的結(jié)晶特點 l 焊接熔池從高溫冷卻到常溫，其間經(jīng)歷過兩次組織變化

3、過程；第一次是液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w金屬的結(jié)晶過程，稱為一次結(jié)晶；第二次是溫度降低到相變溫度時，發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，稱為第二次結(jié)晶。l 一次結(jié)晶從熔合線上開始，晶體的生長方向指向溶池中心，形成柱狀晶體，當(dāng)柱狀晶生長至相互接觸時，結(jié)晶過程即告結(jié)束。焊縫表面形態(tài)以及熱裂紋、氣孔等缺陷的成因、形態(tài)、位置均與一次結(jié)晶有關(guān)。l 對低碳鋼及低合金鋼，一次結(jié)晶的組織為奧氏體，繼續(xù)冷卻到低于相變溫度時，奧氏體分解為鐵素體和珠光體，冷卻速度影響著鐵素體和珠光體的比率和大小，進(jìn)而影響焊縫的強度、硬度和塑性韌性，當(dāng)冷卻速度很大時，有可能產(chǎn)生淬硬組織馬氏體，冷裂紋的形成與淬硬組織有關(guān) 。l 3、焊縫的組成及熱影響區(qū)組織焊縫的組

4、成及熱影響區(qū)組織 l 焊接接頭由焊縫和熱影響區(qū)兩部分組成。l 二次結(jié)晶不僅僅發(fā)生在焊縫，也發(fā)生在靠近焊縫的基本金屬區(qū)域，該區(qū)域在焊接過程中受到不同程度的加熱，在不同溫度下停留一段時間后又以不同速度冷卻下來，最終獲得各不相同的組織和機械性能，稱為熱影響區(qū)。根據(jù)組織特征可將熱影響區(qū)劃分為熔合區(qū)、過熱區(qū)、相變重結(jié)晶區(qū)和不完全重結(jié)晶區(qū)四個小區(qū)，其中熔合區(qū)和過熱區(qū)組織晶粒粗大，塑性很低，是產(chǎn)生裂紋、局部脆性破壞的發(fā)源地，是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。二、焊接缺陷的分類l 1外部缺陷外部缺陷l 在焊縫的表面，用肉眼或低倍放大鏡就可看到，如咬邊，焊瘤，弧坑，表面氣孔和裂紋等。l 2內(nèi)部缺陷內(nèi)部缺陷l 位于焊縫內(nèi)部，

5、必須通過各種無損檢測方法或破壞性試驗才能發(fā)現(xiàn)。內(nèi)部缺陷有未焊透，未熔合，夾渣，氣孔，裂紋等，這些缺陷是我們無損檢測人員檢查的主要對象。三、焊縫缺陷的危害性：焊縫缺陷的危害性：l 1）由于缺陷的存在，減少了焊縫的承載截面積，削弱了靜力拉伸強度。l 2）由于缺陷形成缺口，缺口尖端會發(fā)生應(yīng)力集中和脆化現(xiàn)象，容易產(chǎn)生裂紋并擴展。l 3）缺陷可能穿透焊縫，發(fā)生泄漏，影響致密性。l 縱向裂紋示意圖一、焊縫縱向裂紋縱向裂紋X X光底片光底片 焊縫縱向裂紋2 焊縫縱向裂紋3 焊縫縱向裂紋1 焊縫縱向裂紋3 焊縫縱向裂紋4 焊縫縱向裂紋5 焊縫縱向裂紋6 焊縫縱向裂紋7 焊縫縱向裂紋8 焊縫縱向裂紋9 焊縫縱向

6、裂紋10焊縫縱向裂紋11 焊縫縱向裂紋12 焊縫縱向裂紋13 焊縫縱向裂紋14 焊縫縱向裂紋15 焊縫縱向裂紋16焊縫縱向裂紋17 焊縫縱向裂紋18 焊縫縱向裂紋19 焊縫縱向裂紋20 l縱向裂紋的表面特征是沿焊縫長度方向出現(xiàn)的黑線，它既可以是連續(xù)線條，也可以是間斷線條?？v向裂紋影像產(chǎn)生的原因是沿焊縫長度破裂而導(dǎo)致的不連續(xù)黑線。 二、焊縫橫向裂紋橫向裂紋X X光底片光底片焊縫橫向裂紋1 焊縫橫向裂紋2 焊縫橫向裂紋3 焊縫橫向裂紋4 l焊縫橫向裂紋的表征是橫在焊接影像上的一根細(xì)小黑線（直線或曲線），它產(chǎn)生的原因是由焊縫上的金屬破裂引起的。當(dāng)焊接應(yīng)力為拉應(yīng)力并與氫的析集和淬火脆化同時發(fā)生時，極易

7、產(chǎn)生冷裂紋。三、熱影響區(qū)縱向裂紋縱向裂紋X X光底片光底片熱影響區(qū)縱裂1 熱影響區(qū)縱裂2 熱影響區(qū)撕裂呈線性黑色鋸齒狀，平行于熔合線，穿晶擴展，表面無明顯氧化色彩，屬脆性斷口的延遲裂紋。四、母材裂紋裂紋X X光底片光底片母材裂紋1 母材裂紋2 五、裂紋l裂紋的分類方法：裂紋的分類方法：l按延伸方向可分為縱向裂紋、橫向裂紋、輻射狀裂紋；l按發(fā)生部位可分為焊縫裂紋、熱影響區(qū)裂紋、熔合區(qū)裂紋、焊趾裂紋、弧坑裂紋、母材裂紋；l按發(fā)生條件和時機可分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋。1、熱裂紋產(chǎn)生的機理熱裂紋產(chǎn)生的機理 l 發(fā)生于焊縫金屬凝固末期，敏感溫度區(qū)間大致在固相線附近的高溫區(qū)，最常見的熱裂紋區(qū)是結(jié)晶裂紋

8、，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)生成的低熔點共晶物富集于晶界，形成所謂“液態(tài)薄膜”，由于焊縫凝固收縮而受到拉應(yīng)力，最終開裂形成裂紋。l 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。有時也發(fā)生在焊縫內(nèi)部兩個柱狀晶體之間，為橫向裂紋。l 孤坑裂紋是另一種形態(tài)的常見的熱裂紋。l 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焊縫中。2、冷裂紋產(chǎn)生的機理冷裂紋產(chǎn)生的機理l 1）焊接拉應(yīng)力的作用：l 金屬在焊后冷卻至馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（大致在300-200）以下時被冷卻過程中的過度熱應(yīng)力拉開，l 常發(fā)生在熱影響區(qū)熔合線附近的過熱區(qū)中。l 2）氫的

9、聚集作用：l 在焊接高溫作用下，氫以原子狀態(tài)進(jìn)入熔池中，隨著熔池溫度的不斷降低，氫在金屬中的溶解度急劇下降；在金屬發(fā)生相變時其溶解度將發(fā)生突變。焊接時冷卻速度很快，氫來不及逸出而殘留在焊縫中，過飽和的氫就向熱影響區(qū)擴散，聚集在熔合線附近，氫原子結(jié)合成氫分子，以氣體狀態(tài)進(jìn)入到金屬的細(xì)微孔隙中，并造成很大的壓力，使局部產(chǎn)生很大的應(yīng)力而形成冷裂紋。l 氫的擴散在不同材料中速度不同，因此這類冷裂紋產(chǎn)生的時間也不同，有時在焊接后立即出現(xiàn)，有時在焊后幾天，幾周甚至更長的時間才出現(xiàn)，這就是冷裂紋的延遲性，具有更大的危險性。3、再熱裂紋產(chǎn)生的機理再熱裂紋產(chǎn)生的機理 l 是指某些含鉬、釩、鉻、鈮、鈦等沉淀強化元

10、素的低合金高強鋼和耐熱鋼，焊接冷卻后又重新加熱（通常是消除應(yīng)力熱處理）的過程中，在焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)產(chǎn)生的裂紋。產(chǎn)生裂紋的原因是再加熱時焊接殘余應(yīng)力松弛，導(dǎo)致較大的附加變形，與此同時熱影響區(qū)的粗晶部位會析出合金碳化物組成的沉淀硬化相，如果粗晶部位的蠕變塑性不足以適應(yīng)應(yīng)力松弛所產(chǎn)生的附加變形，則沿晶界發(fā)生裂紋。再熱裂紋的敏感溫度區(qū)間為550-650。l 產(chǎn)生裂紋的三大因素：產(chǎn)生裂紋的三大因素：l 拘束應(yīng)力、淬硬組織和擴散氫。l 延遲裂紋發(fā)生的部位：延遲裂紋發(fā)生的部位：l 熱影響區(qū)，少數(shù)在焊縫上，縱向和橫向都有發(fā)生。常出現(xiàn)在低合金高強鋼和中、高碳鋼的焊接接頭。焊趾裂紋、熱影響區(qū)裂紋、焊道下裂紋、

11、根部裂紋等都是延遲裂紋常見的形態(tài)。l 裂紋微觀形態(tài)裂紋微觀形態(tài)：l 穿晶開裂，也有沿晶開裂。l 裂紋是危害性最大的一種裂紋是危害性最大的一種焊接缺陷焊接缺陷：l 裂紋是一種面積型缺陷具有三維尺寸的缺陷稱為體積型缺陷，具有二維尺寸（第三維尺寸極?。┑娜毕莘Q為面積性缺陷，它的出現(xiàn)將顯著減少承載面積，更嚴(yán)重的是裂紋端部形成尖銳缺口，應(yīng)力高度集中，很容易擴展導(dǎo)致破壞。防止裂紋的措施防止裂紋的措施 l 1）焊前預(yù)熱，焊后緩慢冷卻，使熱影響區(qū)的奧氏體分解能在足夠高溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行，避免淬硬組織的產(chǎn)生，同時也有減少焊接應(yīng)力的作用。 l 2）焊接后即時進(jìn)行低溫退火，去氫處理，消除焊接時產(chǎn)生的應(yīng)力，并使氫及時擴散

12、到外界去。l 3）選用低氫型焊條和堿性焊劑等；焊材按規(guī)定烘干，并嚴(yán)格清理坡口。l 4）加強焊接時的保護(hù)和被焊處表面的清理，避免氫的侵入。l 5）選用合理的焊接規(guī)范（例如：焊接速度過大或過小均易產(chǎn)生淬硬組織），采用合理的對口組裝焊接順序，以改善焊件的應(yīng)力狀態(tài)。未熔合示意圖未熔合示意圖l焊縫未熔合焊縫未熔合X光底片光底片未熔合1 未熔合2 未熔合3 未熔合4 未熔合5 未熔合6 未熔合7 未熔合8 坡口咬邊（未熔）示意圖坡口咬邊（未熔）示意圖 l坡口咬邊（未熔）坡口咬邊（未熔）X光底片光底片坡口咬邊（未熔）1 坡口咬邊（未熔）2 l坡口咬邊（未熔）影像的表面特征是較黑的細(xì)長起伏寬度不一的黑線線內(nèi)常

13、含有熔渣，可以是一根黑線，也可以是多根黑線，它產(chǎn)生的原因是長條形空腔出現(xiàn)在焊縫坡口的兩側(cè)。l未熔合影像的表面特征為一根或多根長條形的平行黑線，未熔合線較直，有時較黑的密集斑點會沿未熔合線散布。它產(chǎn)生的原因是由焊接金屬與母材金屬之間長條形的間隙而引起的。 六、未熔合l1、定義：熔焊時，焊縫金屬與母材金屬、或焊縫金屬之間未熔化結(jié)合在一起的部分，對口點焊時，母材與母材之間未完全熔化結(jié)合的部分 。l2、分類：按其所在部位，未熔合可分為坡口未熔合、根部未熔合、層間未熔合三種。l3、未熔合產(chǎn)生的原因：未熔合產(chǎn)生的原因：l焊接電流過小；焊接速度過快；焊接角度不對；產(chǎn)生了弧偏吹現(xiàn)象；焊接處于下坡焊位置，母材未

14、熔化時已被鐵水覆蓋；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。l4、未熔合的危害：、未熔合的危害： l未熔合也是一種面積型缺陷，坡口未熔合和根部未熔合對承載截面積的減小非常明顯，應(yīng)力集中也比較嚴(yán)重，其危害性僅次于裂紋。l5、防止措施：防止措施：l正確選用坡口和電流，坡口清理干凈，正確操作防止焊偏等。未焊透示意圖未焊透示意圖l未焊透未焊透X光底片光底片未焊透1 未焊透2 未焊透3 未焊透4 l未焊透影像表面特征為焊縫中心部分呈規(guī)l則性的邊緣整齊的直線，成連續(xù)的或間斷l(xiāng)的黑色條紋，產(chǎn)生的原因是焊縫坡口鈍邊l的根部未完全溶化。l1、定義：l母材根部鈍邊金屬之間沒有熔化，焊縫金屬沒有進(jìn)入

15、接頭的根部或根部未完全熔透的現(xiàn)象叫未焊透。l2、未焊透類型：未焊透類型：l可分為雙面焊未焊透和單面焊未焊透兩種。l3、未焊透型狀：未焊透型狀：l可分為雙邊未焊透與單邊未焊透兩種。可分為雙邊未焊透與單邊未焊透兩種。七、未焊透l 4、未焊透產(chǎn)生的原因：未焊透產(chǎn)生的原因：l 焊接電流過小或運條速度過快，焊接速度過快；坡口角度太??；根部鈍邊太厚；組對間隙太?。缓笚l角度不當(dāng)；電孤太長及電弧偏吹等。l 5、未焊透的危害：、未焊透的危害：l 1）未焊透也是一種比較危險的缺陷，其危害性取決于缺陷的形狀、深度和長度。l 2）未焊透缺陷不僅降低了焊接接頭的機械性能，而且在未焊透處的缺口和端部形成應(yīng)力集中點，承載后

16、往往會引起裂紋，是一種危險性缺陷，在受壓焊縫中，這類缺陷一般是不允許存在的。l4、防止措施：防止措施：l合理選用坡口型式，裝配間隙和采用正確的焊接工藝等。 夾鎢示意圖夾鎢示意圖l焊縫夾鎢焊縫夾鎢X光底片光底片夾鎢1 夾鎢2 夾鎢3 夾鎢4 夾鎢5 夾鎢6夾鎢7 夾鎢8 l夾鎢影像的表面特征為焊縫中出現(xiàn)一些不l規(guī)則的白色斑點，它們是由焊接過程中殘l留的小塊鎢渣引起的。夾渣示意圖夾渣示意圖l焊縫夾渣焊縫夾渣X光底片光底片夾渣1 夾渣2 夾渣3 夾渣4 夾渣5 夾渣6 夾渣7l 夾渣在焊縫中呈現(xiàn)的形態(tài)是點狀或條狀的寬度不一、黑度不一的影像，它們產(chǎn)生的原因是焊接過程中焊藥熔渣或其它低密度雜質(zhì)清理不干凈

17、而留存在焊縫中 。l 1、夾渣：l 焊縫金屬中殘留有外來固體物質(zhì)所形成的缺陷。l 夾渣：是指焊后殘留在焊縫中的熔渣。l 夾雜物：是指由于焊接冶金反應(yīng)產(chǎn)生的，焊后殘留在焊縫金屬中的非金屬雜質(zhì)（如氧化物，硫化物等）。八、夾渣l2、夾渣的形狀：夾渣的形狀：l條狀和點狀，外形不規(guī)則。l3、夾渣的分類：夾渣的分類：l1）按形態(tài)，夾渣可分為點狀夾渣、塊狀夾渣、條狀夾渣；l2）按殘留固體物質(zhì)種類，夾渣可分為非金屬夾渣和金屬夾渣。l3）非金屬夾渣的主要成分是硅酸鹽，也有一些是氧化物和硫化物，它們主要來自焊條藥皮和焊劑熔渣。金屬夾渣最常見的是鎢夾渣（偶見鋼質(zhì)夾珠），它是由鎢極氬弧焊中的鎢極燒損，熔入焊縫中形成。

18、l4、產(chǎn)生非金屬夾渣的主要原因：產(chǎn)生非金屬夾渣的主要原因：l焊接電流過小，焊接速度太快；熔池金屬凝固過快熔渣來不及浮起；運條不正確；鐵水與熔渣分離不好；邊緣和層間清渣不徹底；基本金屬和焊接材料化學(xué)成分不當(dāng)，含硫，磷量較多等。l5、產(chǎn)生金屬夾渣的主要原因：產(chǎn)生金屬夾渣的主要原因：l焊接電流過大或鎢極直徑太小，氬氣保護(hù)不良引起鎢極燒損，鎢極觸及熔池或焊絲而剝落。l6、夾渣的危害：夾渣的危害：l夾渣是一種體積性缺陷，容易被射線照相檢出。夾渣會減少焊縫受力載面。夾渣的棱角容易引起應(yīng)力集中，成為交變載荷下的疲勞源。l7、防止措施：防止措施：l正確選用焊接電流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必須把坡口清理

19、干凈，多層焊時必須層層清除干凈焊渣，并合理選擇運條角度和焊接速度等。密集氣孔示意圖密集氣孔示意圖 一、焊縫密集氣孔焊縫密集氣孔X光底片光底片密集氣孔1 密集氣孔2 密集氣孔3 密集氣孔4 密集氣孔5 密集氣孔6 密集氣孔7 密集氣孔8 二、焊縫鏈狀氣孔二、焊縫鏈狀氣孔X光底片光底片鏈狀氣孔1 鏈狀氣孔2 鏈狀氣孔3 鏈狀氣孔4l密集氣孔或鏈狀氣孔的表征為出現(xiàn)在簇中l(wèi)的圓形或長條形的黑色斑點，它產(chǎn)生的原l因是焊縫中滯留氣體的聚集。分散氣孔示意圖分散氣孔示意圖l三、焊縫分散氣孔焊縫分散氣孔X光底片光底片 分散氣孔1 分散氣孔2 分散氣孔3 分散氣孔4 分散氣孔表征為黑色圓形輪廓的非常清晰的陰影，它

20、產(chǎn)生的原因是氣體滯留在焊縫里，使焊縫產(chǎn)生空洞。四、焊縫蟲狀氣孔焊縫蟲狀氣孔X光底片光底片蟲狀大氣孔1 蟲狀大氣孔2 蟲狀大氣孔3 蟲狀大氣孔4 l 1、氣孔：氣孔：l 溶入焊縫金屬的氣體引起的空洞。l 2、氣孔分類：、氣孔分類：l 按形狀，氣孔可分為球形氣孔、條形氣孔、針形氣孔。l 按分布狀態(tài)，氣孔可分為單個氣孔、密集氣孔、鏈狀氣孔、蟲狀氣孔等。l 3、氣孔生成機理：、氣孔生成機理：l 生成氣孔的氣體主要來自電孤周圍的空氣、母材和焊材表面的雜質(zhì)，如油污、銹、水分以及焊條藥皮和焊劑的分解燃燒。熔化了的金屬在高溫下可以吸收大量氣體，冷卻時，氣體在金屬中的熔解度下降，氣體便析出并聚集生成氣泡上浮，如果受到焊縫金屬結(jié)晶的阻礙無法逸出，就會留在金屬內(nèi)生成氣孔。九、氣孔l4、氣孔發(fā)生的部位：氣孔發(fā)生的部位： l在焊縫中隨機分布，任何部位都有可能出現(xiàn)。l5、氣孔產(chǎn)生的原因：氣孔產(chǎn)生的原因： l焊材未按規(guī)定溫度烘干，焊條藥皮變質(zhì)脫落，焊蕊銹蝕，焊絲清理不干凈，手工焊時電流過大，電弧過長：埋弧焊時電壓過高或網(wǎng)路電壓波動太大：氣體保護(hù)焊時保護(hù)氣體純度低等，均易產(chǎn)生氣孔。 l6、氣孔對焊縫的危害：、氣孔對焊縫的危害：l氣孔是一種體積型缺陷。它對焊縫強度的影響主要是減少了受力載面，深氣孔（針孔）有時會破壞焊縫的致密性，降低了機械性能，特別是存在鏈狀氣孔時，對彎曲和沖擊韌