第六章-焊接缺陷的產(chǎn)生、檢驗(yàn)和預(yù)防(1)課件

1、Chapter 6 焊接缺陷及其檢驗(yàn)第一篇 連接成形理論基礎(chǔ)1返 回本章講授目的掌握常見焊接缺陷的類型、產(chǎn)生原因和預(yù)防措施掌握常見焊接變形及預(yù)防措施21、Introduction2010年6月29日深圳東部華僑城太空迷航事故，除了設(shè)計(jì)方面問題，5號(hào)座艙側(cè)導(dǎo)柱焊縫存在虛焊缺陷，受力后完全斷裂 31999年1月4日，重慶市綦江縣城跨越綦河兩岸的人行彩虹橋（長(zhǎng)虹臥波，綦城一景 ）整體垮塌 ，人遇難。 連接時(shí)兩管的橫切面完全抵?jǐn)n，使鋼管之間的焊接面減到了最低限度 ，只在表層焊接，而且沒有加強(qiáng)塊 452010年12月，鄂爾多斯國(guó)際那達(dá)慕大會(huì)主會(huì)場(chǎng)（即賽馬場(chǎng)）事故，其主體結(jié)構(gòu)投資據(jù)稱達(dá)10多個(gè)億。據(jù)專家的

2、初步勘察界定，鋼結(jié)構(gòu)的焊縫和質(zhì)量缺陷、個(gè)別桿件連接不夠規(guī)范是造成這次事故的重要原因。天氣的驟冷，也影響了主體鋼架，這些也是造成坍塌事故的重要原因。 6 北佛羅里達(dá)海岸海軍確認(rèn)在2010年11月20號(hào)剛剛服役的伯克級(jí)驅(qū)逐艦“格拉維利”(Gravely)號(hào)(DDG 107)天線桅桿在2011年2月13日進(jìn)行日常業(yè)務(wù)時(shí)突然折斷，事件中無人員受傷。 7美國(guó)第4代核動(dòng)力攻擊型潛艇SSN-21“海狼”級(jí)攻擊型核潛艇，可執(zhí)行反潛、攻艦、對(duì)岸攻擊、布雷和為航母編隊(duì)護(hù)航等多項(xiàng)任務(wù)。概念設(shè)計(jì)完成后，美海軍計(jì)劃建造30艘，經(jīng)費(fèi)高達(dá)360億美元，成為美海軍有史以來耗資最大的一項(xiàng)潛艇發(fā)展計(jì)劃，被稱為“海軍現(xiàn)代化計(jì)劃之基

3、石”。 “海狼”號(hào)在建造過程中發(fā)生了嚴(yán)重焊接質(zhì)量事故，使造價(jià)猛增至25億美元。8 2009年5月28日，美國(guó)國(guó)防新聞報(bào)道，諾斯羅普-格魯曼的紐波特-紐斯造船廠的一個(gè)質(zhì)量檢驗(yàn)官玩忽職守，沒有檢驗(yàn)就確認(rèn)焊縫合格，致使8艘“弗吉尼亞”級(jí)核潛艇和“布什”號(hào)航空母艦的一萬多條焊縫需要重新檢驗(yàn)，其中兩艘核潛艇和“布什”號(hào)已經(jīng)服役。后來，質(zhì)量重檢擴(kuò)大到9艘核潛艇和4艘航空母艦。9 2007年秋，焊接填料用錯(cuò)，造成一大批潛艇、航母、水面艦艇的焊縫需要重新檢驗(yàn)，但最新一代兩棲攻擊艦“圣安東尼奧”號(hào)是諾斯羅普-格魯曼質(zhì)量問題的集中體現(xiàn)。 102、焊接缺陷的類型焊接缺欠（welding imperfection）：

4、在焊接接頭中因焊接產(chǎn)生的金屬不連續(xù)、不致密或連接不良的現(xiàn)象。 焊接缺陷（welding defect）：超過規(guī)定限值的缺欠11焊接缺陷分類（1）形狀尺寸缺陷 焊接變形，尺寸偏差（錯(cuò)邊、角度偏差、焊縫尺寸過大或過小等），外形不良（包括焊縫高低不平、波紋粗劣、寬窄不齊等），飛濺和電弧擦傷。 （2）結(jié)構(gòu)缺陷 焊縫表面氣孔和內(nèi)部氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、焊瘤、凹坑、咬邊和焊接裂紋。 （3）性能缺陷 接頭力學(xué)性能（抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)、沖擊韌性及冷彎角度）、化學(xué)成分等性能不符合技術(shù)要求。12GB/T 6417.1-2005金屬熔化焊接頭缺欠分類及說明中規(guī)定根據(jù)焊接缺陷的性質(zhì)和特征可以分為六大類： （1）裂

5、紋（cracks）；（2）孔穴（cavities）；（3）固體夾雜（solid inclusions）；（4）未熔合及未焊透（incomplete fusion or penetration）；（5）形狀和尺寸不良（imperfect shape）；（6）其它缺陷（miscellaneous defects）13（1）裂紋 一種在固態(tài)下由局部斷裂產(chǎn)生的缺欠，可能源于冷卻或應(yīng)力效果。微觀裂紋：顯微鏡下才能觀察到的裂紋 縱向裂紋：基本與焊縫軸線平行的裂紋橫向裂紋：基本與焊縫軸線相垂直的裂紋放射狀裂紋：有裂紋公共點(diǎn)的小裂紋弧坑裂紋：焊縫弧坑處的裂紋間斷裂紋群：在任意方向間斷分布的裂紋枝狀裂紋：源于同

6、一裂紋并連在一起的裂紋群14（2）孔穴氣孔：殘留氣體形成的孔穴縮孔：凝固收縮形成的孔穴球形氣孔均布?xì)饪拙植棵芗瘹饪祖湢顨饪紫x形氣孔條形氣孔表面氣孔結(jié)晶縮孔弧坑縮孔末端弧坑縮孔微型縮孔微型結(jié)晶縮孔微型穿晶縮孔15打磨去除此部分打磨去除此部分氣孔砂眼縮孔氣孔弧坑氣孔打磨去除，重新焊接打磨去除，重新焊接16（3）固體夾雜指在焊縫金屬中殘留的固體雜物。夾渣：殘留在焊縫金屬中的熔渣焊劑夾渣氧化物夾雜金屬夾雜17單個(gè)夾渣（Isolated Slag Inclusion)線狀?yuàn)A渣（Wagon Track - Slag Line）18（4）未熔合：焊縫金屬和母材或焊縫金屬各焊層之間未結(jié)合的部分，包括側(cè)壁、焊道

7、間及根部未熔合。未焊透：實(shí)際熔深與公稱熔深之間的差異。釘尖：電子束或激光焊時(shí)產(chǎn)生的極不均勻的鋸齒狀熔透19內(nèi)部未熔合(Interrun Fusion)側(cè)壁未熔合（Lack of Sidewall Fusion)20（5）形狀不良：焊縫的外表面形狀或接頭的幾何形狀不良。咬邊：母材或前一焊道在焊趾處因焊接而產(chǎn)生的不規(guī)則缺口焊縫超高：對(duì)接焊縫表面上焊縫金屬過高凸度過大：角焊縫表面上焊縫金屬過高下塌：過多的焊縫金屬伸出焊縫根部，焊縫形面不良焊瘤：覆蓋在母材表面，但未與其熔合的過多焊縫金屬21形狀不良錯(cuò)邊：要求平行對(duì)齊的焊件表面未達(dá)到要求角度偏差下垂：重力致焊縫金屬塌落燒穿：熔池塌落導(dǎo)致焊縫內(nèi)孔洞未焊滿

8、焊腳不對(duì)稱焊縫寬度不齊表面不規(guī)則22形狀不良還有根部收縮根部氣孔焊接接頭不良變形過大焊縫尺寸不正確23咬邊不良外觀24焊縫不均勻焊縫超高25焊接變形3、焊接變形和焊接應(yīng)力26造成焊件的尺寸、形狀變化；矯正變形會(huì)使性能降低，成本增加；焊接應(yīng)力會(huì)降低承載能力；引起焊接裂紋；應(yīng)力衰減會(huì)產(chǎn)生變形。（1）焊接變形和殘余應(yīng)力的不利影響27（2）焊接變形和殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因 在焊接過程中，對(duì)焊件進(jìn)行局部的不均勻加熱，會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形。 焊接過程的加熱和冷卻受到周圍冷金屬的拘束，不能自由膨脹和收縮。當(dāng)拘束很大時(shí)（如大平板對(duì)接），則會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，無殘余變形。當(dāng)拘束較?。ㄈ缧“鍖?duì)接焊）時(shí)，既產(chǎn)生殘余應(yīng)力，又產(chǎn)

9、生殘余變形。28（3）焊接變形的基本形式 收縮變形：工件整體尺寸的減小，包括縱向和橫向收縮角變形：當(dāng)焊縫截面上下不對(duì)稱或受熱不均勻時(shí)，焊縫因橫向收縮上下不均勻，導(dǎo)致角變形。彎曲變形：由于焊縫縱向收縮不對(duì)稱，引起工件向一側(cè)彎曲，形成彎曲變形。扭曲變形：對(duì)多焊縫和長(zhǎng)焊縫，因焊縫在橫截面上的分布不對(duì)稱或焊接順序和方向不合理等，工件易出現(xiàn)扭曲變形。波浪變形：焊接薄板結(jié)構(gòu)時(shí)，焊接應(yīng)力使薄板失去穩(wěn)定性，引起不規(guī)則的波浪變形。2930 焊縫不要有密集交叉截面，長(zhǎng)度也要盡可能小，以減小焊接局部加熱，從而減少焊接應(yīng)力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面（4）減少焊接應(yīng)力與變形的措施31 焊縫的位置應(yīng)盡量對(duì)稱于結(jié)構(gòu)中性軸焊縫對(duì)稱布置

10、32 采取合理的焊接順序，使焊縫能夠自由收縮，以減少應(yīng)力（圖a）。而圖b因先焊焊縫1導(dǎo)致對(duì)焊縫2的拘束度增加，而增大殘余應(yīng)力。先短后長(zhǎng)。工藝方面33 采用反變形方法焊前組裝時(shí)，按測(cè)定和經(jīng)驗(yàn)估計(jì)的焊接變形方向和大小，在組裝時(shí)使工件反向變形，以抵消焊接變形。同樣，也可采用預(yù)留收縮余量來抵消尺寸收縮。34 采用焊前剛性固定組裝焊接，限制產(chǎn)生焊接變形，但這樣會(huì)產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力。采用定位焊組裝也可防止焊接變形。35 預(yù)熱與緩冷：減小焊縫區(qū)與其他部分的溫差，使工件較均勻地冷卻，減少焊接應(yīng)力和變形。 焊后進(jìn)行消除應(yīng)力的退火可消除殘余應(yīng)力。36 采用分段倒退焊、多層多道焊也能減少焊接變形 當(dāng)焊縫還處在較高溫

11、度時(shí)，錘擊焊縫使金屬伸長(zhǎng)，也能減少焊接殘余應(yīng)力，消除變形。37嚴(yán)重的焊接變形應(yīng)消 除，常采用機(jī)械矯正法，通常 只適于塑性好的低碳鋼和普通低合金鋼。38火焰矯正法是利用火焰加熱的熱變形方法，一 般也僅適用于塑性好，且無淬硬傾向的材料。 用于塑性好，沒有淬硬傾向的鋼 。394、焊接質(zhì)量檢驗(yàn)焊前檢查 母材與焊材、設(shè)備與工裝、坡口制備、焊工水平、技術(shù)文件等；施焊過程中的檢查 焊接及相關(guān)工藝執(zhí)行情況、設(shè)備運(yùn)行情況、結(jié)構(gòu)與焊縫尺寸等；焊后檢驗(yàn) 是保證合格產(chǎn)品出廠的重要措施 外觀檢查； 內(nèi)部探傷：射線探傷、射線探傷、超聲波探傷等； 近表面缺陷探傷：磁粉探傷、滲透探傷等； 滲漏檢測(cè)：水壓試驗(yàn)、氣壓試驗(yàn)等； 力

12、學(xué)性能測(cè)試； 金相組織分析； 化學(xué)成分分析。40常用的焊接檢驗(yàn)方法射線檢測(cè)（RT）超聲波檢測(cè)（UT）滲透檢測(cè)（PT）磁粉檢測(cè)（MT）渦流檢測(cè)（ET）光譜試驗(yàn)硬度試驗(yàn)金相及機(jī)械性能試驗(yàn)無損檢測(cè)方法:在不損壞試件的前提下,以物理或化學(xué)方法為手段.借助先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備器材,對(duì)試件的內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu)，性質(zhì)，狀態(tài)進(jìn)行檢查和測(cè)試的方法。41射線檢測(cè)檢測(cè)原理:指用X射線或射線穿透試件,以膠片作為記錄信息的器材的無損檢測(cè)方法。被射線曝光的的帶有潛影的膠片經(jīng)過暗室處理后變?yōu)閹в锌梢娪跋蟮牡灼渚€源試件膠片42底片顯示缺陷演示 根部未熔 夾雜43 外部咬邊 根部凹陷44工業(yè)探傷射線種類:X射線:利用X射線裝置(X

13、光機(jī))發(fā)出,在陰極(鎢絲)和陽極(金屬靶)間加很高的直流電壓, 陰極釋放的電子被電場(chǎng)加速后撞擊在陽極靶上,使原子處于激發(fā)態(tài)而釋放能量發(fā)射光子,即發(fā)射標(biāo)識(shí)X射線 。射線:由放射裝置發(fā)出。是放射性同位素經(jīng)過衰變或衰變后,從激發(fā)態(tài)向穩(wěn)定態(tài)過渡的過程中從原子核內(nèi)發(fā)出的。45超聲波檢測(cè)檢測(cè)原理:超聲波探傷儀產(chǎn)生電振蕩并加于換能器(探頭)上,激勵(lì)探頭發(fā)射超聲波,同時(shí)將探頭送回的電信號(hào)進(jìn)行放大,通過一定方式顯示出來,從而得到被探工件內(nèi)部有無缺陷及缺陷位置和大小等信息。工件探頭46射線檢測(cè)與超聲波檢測(cè)比較：射線檢測(cè)可得到缺陷直觀圖象，而超聲波檢測(cè)不能，定性困難定量精度不高。射線檢測(cè)對(duì)體積性缺陷（氣孔夾雜類）檢

14、出率高，而超聲波檢測(cè)對(duì)面積性缺陷（裂紋未熔類）檢出率高。射線檢測(cè)適宜厚度較薄的工件，而超聲波檢測(cè)適宜于較厚工件。射線檢測(cè)適宜于對(duì)接焊縫，超聲波檢測(cè)適宜于各種工件射線檢測(cè)對(duì)缺陷在厚度方向上很難定位，超聲波檢測(cè)則相反。4748檢測(cè)原理：工件表面被施涂滲透液后，在毛細(xì)管作用下，經(jīng)過一定時(shí)間的滲透，滲透液可以滲進(jìn)表面開口缺陷中，經(jīng)過去除表面多余的滲透液和干燥后，再在工件表面施加吸附介質(zhì)顯象劑，在毛細(xì)管作用下，滲透劑回滲到顯象劑中，缺陷處的痕跡即被顯示，從而探測(cè)出缺陷的形貌及分布狀態(tài)。滲透檢測(cè)按照滲透液所含染料成分分為：熒光滲透探傷法、著色滲透探傷法、熒光著色滲透探傷法49磁粉檢測(cè)檢測(cè)原理：鐵磁性材料和工件被磁化后，由于不連續(xù)性的存在，使工件表面和近表面的磁力線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合適光照下目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、形狀和大小。熒光磁粉發(fā)現(xiàn)的鐵路車軸裂紋5051思考題1. 拼焊如題圖1所示的鋼板，是否合理？若不合理，請(qǐng)修改。同時(shí)，給出適當(dāng)?shù)暮附禹樞颍⒄f明理由。圖1圖2522. 在焊接工藝方面，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的前提下