焊接缺陷和檢驗(yàn)

1、關(guān)于焊接缺陷與檢驗(yàn)第一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月常見的焊接缺陷及質(zhì)量檢驗(yàn)一、常見的焊接缺陷 （一）裂紋第二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 （二）氣孔 （三）夾渣 （四）未熔合 未焊透第三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 （五）形狀缺陷 咬邊 焊瘤 燒穿和下塌 第四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 錯(cuò)邊和角變形 焊縫尺寸不合要求 （六）其它缺陷 電弧擦傷、嚴(yán)重飛濺、母材表面撕裂、磨鑿痕、打磨過量等。第五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 (2)區(qū)域偏析 (3)層狀偏析 2.偏析的控制措施 (1)

2、細(xì)化焊縫晶粒 (2)適當(dāng)降低焊接速度4.1.2 夾雜的形成及控制 1.夾雜的形成及控制 (1)夾渣； (2)反應(yīng)形成新相 氧化物；氮化物；硫化物； (3)異種金屬。 第七張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.夾雜的危害 1)影響接頭力學(xué)性能 大于臨界尺寸的夾雜物使接頭力學(xué)性能下降; 2)以硅酸鹽形式存在的氧化物數(shù)量的增加,總含氧量增加,使焊縫的強(qiáng)度、塑性、韌性明顯下降； 3)氮化物使焊縫的硬度增高，塑性、韌性急劇下降； 4)FeS是形成熱裂紋及層狀撕裂的重要原因之一。 3. 夾雜的防止措施 1)合理選用焊接材料,充分脫氧、脫硫; 2)選用合適的焊接參數(shù)，以利熔渣浮出； 3)多層焊時(shí)，

3、注意清除前一層焊渣； 4)焊條適當(dāng)擺動(dòng)，以利于熔渣的浮出； 5)保護(hù)熔池，防止空氣侵入。第八張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2 焊縫中的氣孔4.2.1 氣孔的分類及形成機(jī)理 1.析出型氣孔 如N2、H2氣孔； 2.反應(yīng)型氣孔 如CO、H2O氣孔。 FeO + C = CO+ Fe3.2.2 氣孔形成的影響因素 1.氣體的來源 (1)空氣侵入； (2)焊接材料吸潮； (3)工件、焊絲表面的物質(zhì)； (4)藥皮中高價(jià)氧化物或碳?xì)浠衔锏姆纸?。第九張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.母材對(duì)氣孔的敏感性 (1)氣泡的生核 現(xiàn)成表面 (2)氣泡的長(zhǎng)大必須滿足 ph po Ph-氣

4、泡內(nèi)部壓力: Ph = PH2 + PN2 + PCO + PH2O + Po-阻礙氣泡長(zhǎng)大的外界壓力: PO = Pa + PM + PS + PC Ph Pa + Pc = 1 + 現(xiàn)成表面存在的氣泡呈橢圓形，增大了曲率半徑，降低了外界的附加壓力PC ，氣泡容易長(zhǎng)大。第十張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月0 (3)氣泡的上浮 必須滿足 VC (氣泡上浮速度) R（熔池結(jié)晶速度） COS = 上浮速度 VC = 第十一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.焊接材料對(duì)氣孔的影響 （1）熔渣氧化性的影響 氧化性強(qiáng),易出現(xiàn) CO 氣孔；還原性增大，易出現(xiàn) H2 氣孔； （2）焊條

5、藥皮和焊劑的影響 堿性焊條含有 CaF2 ,焊劑中有一定量的氟石和多量 SiO2 共存時(shí)， 有利于消除氫氣孔； （3）保護(hù)氣體的影響 混合氣體的活性氣體有利于降低氫氣孔； （4）焊絲成分的影響 希望形成充分脫氧的條件，以抑制反應(yīng)性氣體的生成。 4.焊接工藝對(duì)氣孔的影響 (1)焊接工藝 工藝正常，則電弧穩(wěn)定，保護(hù)效果好； (2)電源的種類 直流反接，降低電壓； (3)熔池存在時(shí)間 時(shí)間增加，則對(duì)反應(yīng)性氣體排出有利；對(duì)析出性氣體，既要考慮溶入，又要考慮逸出。第十二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2.3 氣孔的防止措施 1.消除氣體來源 加強(qiáng)焊接區(qū)保護(hù)；焊材防潮烘干；適當(dāng)?shù)谋砻媲謇怼?

6、2.正確選用焊接材料 適當(dāng)調(diào)整熔渣的氧化性； 焊接有色金屬時(shí)，在Ar中加入CO2或O2要適當(dāng)； CO2焊時(shí)，必須用合金鋼焊絲充分脫氧； 有色金屬焊接時(shí)，要充分脫氧，如焊純鎳時(shí)，用含鋁和鈦的焊絲或焊條；焊純銅時(shí)，用硅青銅或磷青銅焊絲。 3.控制焊接工藝條件 焊接時(shí)規(guī)范要保持穩(wěn)定； 盡量采用直流短弧焊，反接； 鋁合金TIG焊時(shí)，線能量的選擇要考慮氫的溶入和排除； 鋁合金MIG焊時(shí)，常采取增大熔池存在時(shí)間，以利氣泡逸出。第十三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3 焊接裂紋4.3.1 焊接裂紋的種類和特征第十四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第十五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于20

7、22年6月 1.焊接熱裂紋 (1)結(jié)晶裂紋 (2)高溫液化裂紋 (3)多邊化裂紋第十六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.焊接冷裂紋 (1)延遲裂紋 (2)淬硬脆化裂紋 (3)低塑性脆化裂紋第十七張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.其他裂紋 (1)再熱裂紋 (2)層狀裂紋 第十八張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 (3)應(yīng)力腐蝕裂紋第十九張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3.2 結(jié)晶裂紋的形成與控制 1.結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理 熔池結(jié)晶三階段： 液固階段；固液階段；完全凝固階段。固液階段（脆性溫度區(qū)）有可能產(chǎn)生裂紋。認(rèn)為： 較小時(shí)，曲線1 e0 pmin

8、 , es0,不會(huì)產(chǎn)生裂紋； 較大時(shí)，曲線3 e0 pmin，es0，產(chǎn)生結(jié)晶裂紋； 按曲線2變化時(shí)， e0 pmin，es 0 ，處于臨界狀態(tài)。為防止結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生，應(yīng)滿足如下條件： CST(臨界應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率）第二十張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.結(jié)晶裂紋的影響因素 (1)冶金因素 1)結(jié)晶溫度區(qū)間 (剖面線區(qū)間為脆性溫度區(qū)間） 結(jié)晶溫度區(qū)間越大，脆性溫度區(qū)也 大，裂紋傾向也大。 第二十一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 2)低熔共晶的形態(tài) 當(dāng)液態(tài)第二相在固態(tài)基體相的晶粒交界處存在時(shí)，其分布受表面張力（GB） 和界面張力（LS）的平衡關(guān)系所支配。 = 2 COS ；

9、COS 2 若 2 = , = 0 o,易形成液態(tài)薄膜； 2 , 0 o,不易形成液態(tài)薄膜； 增大低熔共晶物的表面張力，有利于避免結(jié)晶裂紋。 3)一次結(jié)晶的組織 晶粒粗大，柱狀晶的方向越明顯，越易形成液態(tài)薄膜，導(dǎo)致結(jié)晶裂紋。 4)合金元素的種類促進(jìn)結(jié)晶裂紋的有：硫、磷、碳和鎳等；抑制結(jié)晶裂紋的有：錳、硅、鈦、鋯和稀土等。 (2)應(yīng)力因素.液態(tài)薄膜和應(yīng)力是引起結(jié)晶裂紋的根本條件! 第二十二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月3.結(jié)晶裂紋的防止措施 (1)冶金措施 1)嚴(yán)格控制焊材中的硫、磷和碳的含量； 2)改善焊縫的一次結(jié)晶組織,細(xì)化晶粒(加入Mo、V、Ti、Nb、Zr和稀土等元素；焊接奧

10、氏體不銹鋼時(shí)加入Cr、Mo、V等鐵素體形成元素）； 3)限制熔合比(尤其是一些易向焊縫轉(zhuǎn)移某些有害雜質(zhì)的母材)； 4)利用“愈合作用”（如鋁合金焊接）。 (2)應(yīng)力控制 1)選擇合理的接頭形式（使熔深減?。?2)確定合理的焊接順序 (盡量使焊縫處于較小的剛度下焊接)； 3)確定合理的焊接參數(shù)（適當(dāng)增加焊接電流，使冷速下降；預(yù)熱等）。第二十三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3.3 延遲裂紋的形成與控制 延遲裂紋又稱“氫致裂紋”，常出現(xiàn)在中、高碳鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接接頭中。 1.延遲裂紋的形成機(jī)理 延遲裂紋主要決定三大因素： (1)氫的行為及作用 擴(kuò)散氫在延遲裂紋的產(chǎn)生過程中起到至

11、關(guān)重要的作用。 1)氫致延遲開裂機(jī)理 2)氫的擴(kuò)散行為對(duì)致裂部位的影響 氫在奧氏體中的溶解度大，擴(kuò)散速度?。?氫在鐵素體中的溶解度小，擴(kuò)散速度大。第二十四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 (2)材料淬硬傾向的影響 1)淬火形成淬硬的馬氏體組織 2)淬硬形成更多的晶格缺陷 (3)接頭應(yīng)力狀態(tài)的影響 1)應(yīng)力的種類 熱應(yīng)力；組織應(yīng)力；結(jié)構(gòu)應(yīng)力。 將上述三種應(yīng)力的綜合作用統(tǒng)稱為拘束應(yīng)力。 2)拘束度與拘束應(yīng)力 拘束度R定義為： 單位長(zhǎng)度焊縫 在根部間隙產(chǎn)生單位長(zhǎng)度的彈性位 移所需要的力。 = E 第二十五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 從上式可以看出：改變拘束距離L和板厚h，可

12、以調(diào)節(jié)拘束度R的大小。 L， h 時(shí)，則R。 R增大到一定程度就產(chǎn)生裂紋。此值稱為臨界拘束度Rcr 。 Rcr越大，接頭的抗裂性越強(qiáng)。 Rcr可作為冷裂紋敏感性的判據(jù)，即產(chǎn)生了裂紋的條件是： R Rcr R反映了不同焊接條件下焊接接頭所承受的拘束應(yīng)力。開始出現(xiàn)裂紋時(shí)的應(yīng)力稱為臨界拘束應(yīng)力cr 。cr可作為冷裂紋敏感性的判據(jù)，即產(chǎn)生了裂紋的條件是： cr 2.延遲裂紋的防止措施 第二十六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 (1)冶金措施 1)改進(jìn)母材的化學(xué)成分，采用低碳多種微量元素的強(qiáng)化方式;精煉降低雜質(zhì)； 2)嚴(yán)格控制氫的來源，工件表面清理；焊條、焊劑烘干； 3)適當(dāng)提高焊縫韌性，在焊

13、縫金屬中適當(dāng)加入鈦、鈮、鉬、釩、硼、碲及稀土等微量元素,提高焊縫的韌性；用奧氏體不銹鋼焊條焊接易淬硬鋼； 4)選用低氫的焊接材料； (2)工藝措施 1)適當(dāng)預(yù)熱； 2)嚴(yán)格控制焊接熱輸入，除預(yù)熱外可適當(dāng)增大熱輸入； 3)焊后低溫?zé)崽幚?，使氫逸出，降低殘余?yīng)力，改善組織； 4)采用多層焊，使前層的氫逸出，并使前層熱影響區(qū)淬硬層軟化； 5)合理安排焊縫及焊接次序。 第二十七張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3.4 其他裂紋的形成與控制 1.再熱裂紋 (1)再熱裂紋的形成機(jī)理 再熱裂紋的產(chǎn)生是由晶界優(yōu)先滑動(dòng)導(dǎo)致微裂(形核)而發(fā)生和擴(kuò)展的。在焊后熱處理時(shí)，殘余應(yīng)力松弛過程中，粗晶區(qū)應(yīng)力集中

14、部位的晶界滑動(dòng)變形量超過了該部位的塑性變形能力，就會(huì)產(chǎn)生再熱裂紋。即 e ecr 晶內(nèi)沉淀強(qiáng)化理論 再熱使晶內(nèi)析出碳、氮化物，使晶內(nèi)強(qiáng)化。 晶界雜質(zhì)析集弱化理論 再熱使P、S、Sb、Sn、As等雜質(zhì)向晶界析集。 蠕變斷裂理論（楔形開裂模型） 點(diǎn)陣空位在應(yīng)力和溫度作用下，能發(fā)生運(yùn)動(dòng)，聚集到一定數(shù)量，在應(yīng)力作用下，晶界的接合面會(huì)遭到破壞，直至擴(kuò)大而形成裂紋。 (2)再熱裂紋的防止措施 優(yōu)先選用含沉淀強(qiáng)化元素少的鋼種；嚴(yán)格限制母材和焊縫中的雜質(zhì)含量；避免過大的熱輸入使晶粒粗化；預(yù)熱和后熱；增大焊縫的塑性和韌性；盡量降低殘余應(yīng)力。 第二十八張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.層狀撕裂 (1

15、)層狀撕裂的形成機(jī)理 平行于軋制方向夾雜物的存在； 母材的性能（塑性、韌性）； Z向拘束應(yīng)力。 (2)層狀撕裂的防止措施 選用抗層狀撕裂的鋼材； 減小Z向應(yīng)力和應(yīng)力集中（右上圖）。第二十九張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 3. 應(yīng)力腐蝕裂紋 (1)應(yīng)力腐蝕裂紋的形成機(jī)理 活化通路應(yīng)力腐蝕理論 腐蝕電池是一個(gè)大陰極和小陽極時(shí)，陽極的溶解表現(xiàn)為集中性腐蝕損傷。只要在腐蝕過程中，陽極始終保持處于裂紋的最前沿，裂尖處于活化狀態(tài)而不鈍化，其他部位（裂紋端口兩側(cè)）發(fā)生鈍化，使裂紋一直向前發(fā)展至斷裂。 應(yīng)變產(chǎn)生活性通道應(yīng)力腐蝕理論 鈍化膜在應(yīng)力作用下發(fā)生破裂，裂隙處暴露出的金屬成為活化陽極，發(fā)生溶

16、解。在腐蝕過程中，鈍化膜破裂的同時(shí)又發(fā)生破裂鈍化膜的修復(fù)，在連續(xù)發(fā)生應(yīng)變的條件下修復(fù)的鈍化膜又遭破壞，以致繼續(xù)腐蝕。 氫脆型應(yīng)力腐蝕理論 腐蝕電池是一個(gè)由小陰極和大陽極組成，大陽極發(fā)生溶解，表現(xiàn)為均勻性腐蝕。小陰極區(qū)如果發(fā)生析氫，將發(fā)生陰極區(qū)金屬的集中性滲氫，在持續(xù)載荷作用下導(dǎo)致脆斷，應(yīng)力腐蝕就會(huì)順利發(fā)展。隨著裂紋的出現(xiàn)，裂紋尖端應(yīng)力、應(yīng)變集中促進(jìn)金屬中氫向裂紋尖端聚集，最終導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕斷裂。 第三十張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 (2)應(yīng)力腐蝕裂紋的防止措施 應(yīng)力腐蝕的形成必須同時(shí)具有三個(gè)因素的綜合作用,即材質(zhì)、介質(zhì)和拉應(yīng)力。因此，應(yīng)從三方面的影響因素著手，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝施

17、工到生產(chǎn)管理各個(gè)環(huán)節(jié)采取相應(yīng)措施。 材質(zhì)：采用雙相不銹鋼材料； 選擇與母材的化學(xué)成分和組織基本一致的焊材（等成分原則）； 介質(zhì)：必須具體考慮介質(zhì)對(duì)母材腐蝕的可能性，為了減輕或消除特定環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕，可在介質(zhì)中加緩蝕劑。也可采用表面處理技術(shù)，在構(gòu)件表面制備犧牲陽極涂層或物理隔離涂層。 應(yīng)力：焊接過程中選擇合理的接頭形式，減小殘余應(yīng)力； 正確的焊接順序； 合適的熱輸入； 焊后可以進(jìn)行進(jìn)行消除應(yīng)力處理。第三十一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月二、焊接質(zhì)量檢驗(yàn)（一）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；（二）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

18、情況；結(jié)構(gòu)與焊縫尺寸等；（三）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； 力學(xué)性能測(cè)試； 金相組織分析； 化學(xué)成分分析。第三十二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月三、無損探傷 1.射線探傷 探傷原理 x 射線和射線都是電磁波，它們的波長(zhǎng)很短（ x 射線為0.001-0.1nm，射線為0.0003-0.1nm)，能透過不透明的物體（包括金屬），并能使膠片感光。將感光后的膠片顯影后，能看到材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷相對(duì)應(yīng)黑度不同的圖像，從而觀察材料內(nèi)部缺陷的方法稱作射線

19、照相探傷法。 射線穿過某一物質(zhì)時(shí)，由于物質(zhì)對(duì)射線吸收與散射的作用，其能量便被物質(zhì)所衰減，被衰減能量的大小與射線的波長(zhǎng)和被穿透物質(zhì)的化學(xué)成分有關(guān)。由感光底片不同的黑度，來觀察物體內(nèi)部缺陷存在的部位性質(zhì)和程度，以判斷缺陷。第三十三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 射線照相質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)缺陷的性質(zhì)和數(shù)量，焊縫質(zhì)量分為四級(jí)： 級(jí)焊縫內(nèi)應(yīng)無裂紋、未熔合、未焊透和條狀?yuàn)A渣； 級(jí)焊縫內(nèi)應(yīng)無裂紋、未熔合和未焊透； 級(jí)焊縫內(nèi)應(yīng)無裂紋、未熔合以及雙面焊和加墊板的單面焊中的未焊透； 級(jí)為焊縫缺陷超過級(jí)者。 各種射線照相的性能比較 x射線 射線 1.焊縫厚度小于50mm時(shí)，靈敏 1.穿透能力大,能透照300

20、mm鋼板； 度比射線高； 2.設(shè)備輕便,操作簡(jiǎn)便； 2.透照時(shí)間短,速度快； 3.不需要電源,可野外作業(yè)； 3.設(shè)備復(fù)雜,費(fèi)用大； 4.環(huán)形焊縫可采用一次曝光； 4.穿透能力??； 5.透視時(shí)間長(zhǎng)； 5.適用厚度30-50mm。 6.適用厚度50mm以上。第三十四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.超聲波探傷 超聲波探傷是利用超聲波（頻率超過20000Hz的聲波)能傳入金屬材料的深處，并在不同介質(zhì)的界面上能發(fā)生反射的特點(diǎn)來檢查焊縫缺陷的一種方法。超聲波探傷常使用的頻率為2-5MHZ。 探傷時(shí)，探頭發(fā)射的超聲波通過探測(cè)表面的耦合劑（常用的有機(jī)油、變壓器油、甘油、化學(xué)漿糊、水及水玻璃等）

21、將超聲波傳入工件，超聲波在工件里傳播，當(dāng)遇到缺陷和工件底面時(shí)，就反射到探頭。由探頭將超聲波變成電訊號(hào)，并傳到接收放大電路中，經(jīng)檢波后至示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板上，在掃描線上出現(xiàn)缺陷反射波（傷波）和底面反射波。通過始波和缺陷之間的距離便可確定缺陷距工件表面的距離。同時(shí)通過缺陷波的高度也可估算出缺陷的大小。 超聲波探傷的應(yīng)用范圍 應(yīng)用范圍很廣，不但應(yīng)用于原材料板、管、型材的探傷，也用于加工產(chǎn)品鍛件、鑄件、焊接件的探傷。 在探傷時(shí)，要注意選擇探頭的掃描方法，要使聲波盡量能垂直地射向缺陷面。 第三十五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.磁粉探傷 磁粉探傷是對(duì)鐵磁性焊件露在表面或接近表面的缺陷進(jìn)行無損探傷的方法。 探傷原理 磁粉探傷是利用被磁化了的焊件在缺陷處產(chǎn)生漏磁來發(fā)現(xiàn)缺陷的。當(dāng)焊件被磁化后，焊件中就有磁