焊接缺陷培訓(xùn)課件

焊接概述1、焊接的概念

通過(guò)加熱或加壓(或兩者并用),并且用(或不用)填充材料,使焊件達(dá)到原子間結(jié)合的連接方法。加熱可使被焊金屬接頭熔化,形成共同的熔池,凝固后連接起來(lái).固態(tài)下焊接時(shí)需要加熱或加壓并加熱:熔焊接時(shí)需要加熱:

加壓力是使被焊金屬的連接處產(chǎn)生塑性變形,以增加它們的真實(shí)接觸面積.加熱是為了增加金屬塑性和原子的擴(kuò)散能力.2、焊接的特點(diǎn):焊接與其它連接方法有本質(zhì)的區(qū)別,不僅在宏觀上建立了永久性的聯(lián)系,在微觀上也建立了組織之間的原子級(jí)的內(nèi)在聯(lián)系.焊接比其它連接方法具有更高的強(qiáng)度,密封性,且質(zhì)量可靠,生產(chǎn)率高,便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化.節(jié)省金屬,工藝簡(jiǎn)單,可以很方便的采用鍛-焊,鑄-焊等復(fù)合工藝,生產(chǎn)大型復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)和零件.焊接是一個(gè)不均勻加熱的過(guò)程,焊后的焊縫易產(chǎn)生焊接應(yīng)力,易引起變形.3、焊接的種類:(1)熔化焊:根據(jù)焊接的過(guò)程可分為三類:將待焊處的母材金屬熔化以形成焊縫的焊接方法.主要有電弧焊,氣焊,電渣焊,等離子弧焊,電子束焊,激光焊等.(2)壓力焊:(3)釬焊:通過(guò)加壓和加熱的綜合作用,以實(shí)現(xiàn)金屬接合的焊接方法.以熔點(diǎn)低于被焊金屬熔點(diǎn)的焊料填充接頭形成焊縫的焊接方法.主要包括電阻焊,摩擦焊,爆炸焊等.主要包括軟釬焊和硬釬焊.（一）鋼材的焊接性鋼材的焊接性：采用一定焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式的條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度，即其對(duì)焊接加工的適應(yīng)性。焊接性一般包括兩個(gè)方面：工藝焊接性：主要指在給定的焊接工藝條件下，形成完好焊接接頭的能力，特別是接頭對(duì)產(chǎn)生裂紋的敏感性，也稱抗裂性；使用焊接性：在給定的焊接工藝條件下，焊接接頭在使用條件下安全運(yùn)行的能力，包括焊接接頭的力學(xué)性能和其它特殊性能（如耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞等）。焊接性是金屬的工藝性能在焊接過(guò)程中的反映，了解及評(píng)價(jià)金屬材料的焊接性，是焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、確定焊接方法、制定焊接工藝的重要依據(jù)。鋼材的焊接性（二）鋼的焊接性評(píng)定方法鋼是焊接結(jié)構(gòu)中最常用的金屬材料，因而評(píng)定鋼的焊接性顯得尤為重要。由于鋼的裂紋傾向與其化學(xué)成分有密切關(guān)系，因此，可以根據(jù)鋼的化學(xué)成分評(píng)定其焊接性的好壞。通常將影響最大的碳作為基礎(chǔ)元素，把其它合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)焊接性的影響折合成碳的相當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和其它合金元素的相當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和稱為碳當(dāng)量，它是評(píng)定鋼的焊接性的一個(gè)參考指標(biāo)。碳當(dāng)量（CarbonEquivalent)公式國(guó)際焊接學(xué)會(huì)日本焊接學(xué)會(huì)英國(guó)BS2462

碳當(dāng)量越高，裂紋傾向越大，鋼的焊接性越差。一般認(rèn)為：Ceq<0.4%時(shí)，鋼的淬硬和冷裂傾向不大,焊接性良好Ceq=0.4%～0.6%時(shí)，鋼的淬硬和冷裂傾向逐漸增加,焊接性較差,焊接時(shí)需要采取一定的預(yù)熱、緩冷等工藝措施，以防止產(chǎn)生裂紋；Ceq>0.6%時(shí)，鋼的淬硬和冷裂傾向嚴(yán)重，焊接性很差，一般不用于生產(chǎn)焊接結(jié)構(gòu)。碳當(dāng)量公式僅用于對(duì)材料焊接性的粗略估算，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)通過(guò)直接試驗(yàn)（焊接性試驗(yàn)），模擬實(shí)際情況下的結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀況和施焊條件，在試件上焊接，觀察試件的開(kāi)裂情況，并配合必要的接頭使用性能試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定(焊接工藝評(píng)定)。焊接過(guò)程的特點(diǎn)焊接與煉鋼相似，是一個(gè)冶煉過(guò)程。但這個(gè)過(guò)程比煉鋼的時(shí)間短得多，有它自己的一些特點(diǎn)。一、溫度高以手工電弧焊為例，其電弧溫度高達(dá)6000～8000℃，使焊件與電焊條之間發(fā)生強(qiáng)烈熔化和蒸發(fā)(熔滴的平均溫度達(dá)1800～2400℃)，外界的氣體(如：N2、02、H2等)大量的分解溶入熔池，其數(shù)量比煉鋼要大很多倍，那么凝固后的金屬，有可能產(chǎn)生氣孔，使機(jī)械性能下降。二、溫差大焊接是局部加熱，從冷態(tài)開(kāi)始至加熱熔化，熔池的溫度可達(dá)1700℃以上，其周圍又是冷態(tài)金屬，兩者溫度差巨大，從而使構(gòu)件產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力和變形，嚴(yán)重者可能產(chǎn)生裂紋，以至斷裂。三、熔池小，冷卻快由于熔池休積小，手工電弧焊只有8～l0mm3，自動(dòng)焊大一些，也不過(guò)9—30mm3，焊縫金屬?gòu)娜刍侥讨挥袔酌腌?，平均冷卻速度約在4～100℃/秒，比鑄錠冷卻速高1000倍，在這樣短的時(shí)間內(nèi)，冶金反應(yīng)是不平衡，也就是說(shuō)是不完善的。因而，焊縫金屬的成份分布不均勻，偏析較大。四、組織差別大焊接時(shí)，溫度高，液體金屬蒸發(fā)，化學(xué)元素的燒損，有些元素在焊縫金屬和基本金屬之間相互擴(kuò)散，近縫區(qū)段所處的溫度又不同，冷卻后焊接接頭的顯微組織差別極大，明顯的影響焊接接頭性能。焊接缺陷的危害性正是由于焊接過(guò)程的上述特點(diǎn)，導(dǎo)致該區(qū)域焊接缺陷的產(chǎn)生。焊接缺陷對(duì)冶金設(shè)備及構(gòu)件安全運(yùn)行的危害是巨大的，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：1）由于缺陷的存在，減少了焊縫的承載截面積，削弱了拉伸強(qiáng)度。2）由于缺陷形成缺口，缺口尖端會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中和脆化現(xiàn)像，容易產(chǎn)生裂絞并擴(kuò)展。3）缺陷可能穿透筒壁，發(fā)生泄漏，影響致密性。焊接缺陷的分類焊接缺陷從宏觀上看，可分為：裂紋未熔合未焊透夾渣氣孔形狀缺陷（又稱焊縫金屬表面缺陷或叫接頭的幾何尺寸缺陷，如咬邊，焊瘤等。）（1）焊接裂紋定義在焊接應(yīng)力及其它致脆因素共同作用下,焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成新界面產(chǎn)生的裂縫。焊接裂紋的一般原因與母材的化學(xué)成分、結(jié)晶組織、冶煉方法等有關(guān)。如鋼的含碳量越高或合金量越高，鋼材的硬度就越高，通常越容易在焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋。焊接時(shí)冷卻速度高容易產(chǎn)生裂紋。所以焊接時(shí)應(yīng)避開(kāi)風(fēng)口和避免被雨水淋濕。在焊接中，高碳鋼或合金鋼時(shí)，要根據(jù)母材的成分或特性，有的要采取加熱保溫措施后方可施焊。焊條內(nèi)含硫、磷、碳高時(shí)焊縫容易產(chǎn)生裂紋。硫磷是有害元素,含硫高焊縫有熱脆性，含磷高焊縫有冷脆性，焊條含硫磷量都必須在0.0035以下。被焊結(jié)構(gòu)剛性大、構(gòu)件的焊接順序不當(dāng)也容易產(chǎn)生裂紋。當(dāng)順序安排不當(dāng)時(shí)會(huì)形成焊接收縮受阻，妨礙焊縫的自由收縮，以致產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力而產(chǎn)生焊縫裂紋。焊接時(shí)周圍的環(huán)境溫度低，或在風(fēng)口散熱條件過(guò)好造成散熱過(guò)快也會(huì)引起裂紋。按其方向可分為縱向裂紋、橫向裂紋，輻射狀（星狀）裂紋。按發(fā)生的部位可分為根部裂紋、弧坑裂紋，熔合區(qū)裂紋、焊趾裂紋及熱影響區(qū)裂紋。按產(chǎn)生的溫度可分為熱裂紋（如結(jié)晶裂紋、液化裂紋等）、冷裂紋（如氫致裂紋、層狀撕裂等）再熱裂紋層狀撕裂以及應(yīng)力腐蝕裂紋。焊接裂紋的分類熱裂紋產(chǎn)生原因。焊縫金屬的晶界上存在低熔點(diǎn)共晶體（含硫、磷、銅等雜質(zhì)）。接頭中存在拉應(yīng)力。熱裂紋的特征熱裂紋可發(fā)生在焊縫區(qū)或熱影響區(qū),沿焊縫長(zhǎng)度方向分布。熱裂紋的微觀特征是沿晶界開(kāi)裂，所以又稱晶間裂紋。因熱裂紋在高溫下形成，所以有氧化色彩。焊后立即可見(jiàn)。1、熱裂紋（又稱結(jié)晶裂紋）防止措施冶金因素方面：選用適宜的焊接材料，嚴(yán)格控制有害雜質(zhì)碳、硫、磷的含量。Fe和FeS易形成低熔點(diǎn)共晶，其熔點(diǎn)為988℃，很容易產(chǎn)生熱裂紋?？s小結(jié)晶溫度范圍，改善焊縫組織，細(xì)化焊縫晶粒，提高塑性減少偏析。工藝因素方面：確定合理的焊接工藝參數(shù)，嚴(yán)格控制焊縫截面形狀，避免突高，扁平圓弧過(guò)渡。減緩焊縫的冷卻速度，以減小焊接應(yīng)力。如采用小線能量，焊前預(yù)熱，合理的焊縫布置等。2、冷裂紋冷裂紋的特征多出現(xiàn)在焊道與母材熔合線附近的熱影響區(qū)中，多為穿晶裂紋，而熱裂紋多出現(xiàn)在焊縫。冷裂紋無(wú)氧化色彩，有金屬光澤。冷裂紋多發(fā)生在冷卻過(guò)程甚至很低的溫度，區(qū)間逐漸產(chǎn)生的，具有延遲性質(zhì)，主要是延遲裂紋。冷裂紋產(chǎn)生原因（三大因素）焊接接頭(焊縫和熱影響區(qū)及熔合區(qū))的淬火傾向嚴(yán)重，產(chǎn)生淬火組織，導(dǎo)致接頭性能脆化。防止冷裂紋的措施選用堿性焊條或焊劑，減少焊縫金屬中氫的含量，提高焊縫金屬塑性。焊條焊劑要烘干,減少焊縫金屬中擴(kuò)散氫含量。焊縫坡口及附近母材要去油、水、除銹，減少氫的來(lái)源。焊接接頭含氫量較高，并聚集在焊接缺陷處形成大量氫分子，造成非常大的局部壓力，使接頭脆化；磷含量過(guò)高同樣產(chǎn)生冷裂紋。存在較大的拉應(yīng)力。因氫的擴(kuò)散需要時(shí)間，所以冷裂紋在焊后需延遲一段時(shí)間才出現(xiàn)。由于是氫所誘發(fā)的，也叫氫致裂紋。工件焊前預(yù)熱，焊后緩冷（大部分材料的溫度可查表），可降低焊后冷卻速度，避免產(chǎn)生淬硬組織，并可減少焊接殘余應(yīng)力。采取減小焊接應(yīng)力的工藝措施，如對(duì)稱焊，小線能量的多層多道焊等，焊后進(jìn)行清除應(yīng)力的退火處理。焊后立即進(jìn)行去氫（后熱）處理，加熱到250℃，保溫2～6h，使焊縫金屬中的擴(kuò)散氫逸出金屬表面。（2）未熔合定義及特征 固體金屬與填充金屬之間（焊道與母材之間），或者填充金屬之間（多道焊時(shí)的焊道之間或焊層之間）局部未完全熔化結(jié)合，或者在點(diǎn)焊（電阻焊）時(shí)母材與母材之間未完全熔合在一起，未熔合常伴有夾渣存在。未熔合產(chǎn)生的一般原因焊接熱輸入太低，電弧指向偏斜，坡口側(cè)壁有銹垢及污物，層間清渣不徹底等。預(yù)防措施正確選擇焊接工藝參數(shù)，采用合理的焊接電流。認(rèn)真操作，消除根部未熔合缺陷產(chǎn)生。注意層間修整，避免出現(xiàn)溝槽及運(yùn)條不當(dāng)而導(dǎo)致未熔合。正確處理焊接停留時(shí)間。（3）未焊透定義及特征焊接時(shí)焊接接頭底層未完全熔透的現(xiàn)象。未焊透缺陷有時(shí)為表面缺陷（單面焊縫），有時(shí)為內(nèi)部缺陷(雙面焊縫)。未焊透主要影響和削弱截面積引起應(yīng)力集中，消弱焊接連接的強(qiáng)度可達(dá)60%-80%。沒(méi)有熔透的缺陷在施工中經(jīng)常有發(fā)生，重要結(jié)構(gòu)均不允許存在未焊透。防止未焊透產(chǎn)生的措施正確選用和加工坡口尺寸。選擇合適的焊接電流和焊接速度，運(yùn)條擺動(dòng)要適當(dāng)，隨時(shí)注意調(diào)整焊條角度。認(rèn)真清除坡口邊緣兩側(cè)污物，封底焊清根要徹底。未焊透產(chǎn)生的一般原因坡口角度或間隙過(guò)小，鈍邊過(guò)大、坡口邊緣不齊或裝配不良。焊接工藝參數(shù)選用不當(dāng)。焊件坡口表面清理不凈、有較厚的油和銹蝕,背面清根不徹底。（4）夾渣定義及特征 焊接時(shí)的冶金反應(yīng)產(chǎn)物，例如非金屬雜質(zhì)（氧化物、硫化物等）以及熔渣，由于焊接時(shí)未能逸出，或者多道焊接時(shí)清渣不干凈，以至殘留在焊縫金屬內(nèi)，稱為夾渣或夾雜物。視其形態(tài)可分為點(diǎn)狀和條狀，其外形通常是不規(guī)則的，其位置可能在焊縫與母材交界處，也可能存在于焊縫內(nèi)。預(yù)防措施清除焊道上的雜質(zhì)、污物，尤其是焊接坡口要保持清潔干燥，控制鐵水與熔渣分離。按焊接工藝數(shù)據(jù)要求，選用合適的焊接電流和焊接速度，運(yùn)條擺動(dòng)要適當(dāng)。多層焊時(shí),加強(qiáng)焊接過(guò)程的層道清理，仔細(xì)觀察坡口兩側(cè)熔化情況,每一層都要認(rèn)真清理焊渣。使用合適規(guī)格的焊條、選用適宜的坡口形式及尺寸。夾渣與夾雜的一般原因坡口角度或焊接電流太小。焊件邊緣有氧割或碳弧氣刨熔渣，邊緣清理不凈，有殘留氧化物鐵皮和碳化物等。酸性焊條時(shí),由于電流小或運(yùn)條不當(dāng)形成糊渣。堿性焊條時(shí),由于電弧過(guò)長(zhǎng)或極性不正確也會(huì)造成夾渣。（5）氣孔定義焊接時(shí)，熔池中的氣體在金屬凝固時(shí)未能逸出而形成的空穴。氣孔分類焊縫氣孔有三種：氫氣孔、一氧化碳?xì)饪?、氮?dú)饪?。氫氣孔：高溫時(shí)，氫在液體中的溶解度很大，大量的氫溶入焊縫熔池中，而焊縫熔池在熱源離開(kāi)后快速冷卻，氫的溶解度急速下降，析出氫氣，產(chǎn)生氫氣孔。一氧化碳?xì)饪祝寒?dāng)熔池氧化嚴(yán)重時(shí)，熔池存在較多的FeO，在熔池溫度下降時(shí)，將發(fā)生如下反應(yīng)：FeO+C=Fe+CO↑此時(shí)，若熔池已開(kāi)始結(jié)晶，則CO將來(lái)不及逸出，便產(chǎn)生CO氣孔。熔池氧化愈嚴(yán)重，含碳量愈高，越易產(chǎn)生CO氣孔。氮?dú)饪祝喝鄢乇Ｗo(hù)不好時(shí)，空氣中的氮溶入熔池而產(chǎn)生。氣孔產(chǎn)生的一般原因和預(yù)防措施焊接部位不潔凈容易產(chǎn)生氣孔。因此，焊接部位要求在焊接前清除油污、鐵銹等臟物；使用低氫焊條焊接時(shí)要求更為嚴(yán)格。焊條和焊劑一定要嚴(yán)格按照規(guī)定的溫度進(jìn)行烘焙和保溫。要求采取適宜的焊接規(guī)范，不要采用過(guò)大的焊接電流。注意控制母材及焊材的化學(xué)成分。焊接速度過(guò)快，焊接時(shí)操作不當(dāng)，電弧拉得過(guò)長(zhǎng)，使得有較多氣體溶入金屬溶液內(nèi)。氣體保護(hù)焊時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)氣體流量至適當(dāng)值。（6）咬邊定義及特征 在母材與焊縫熔合線附近因?yàn)槿刍^(guò)強(qiáng)會(huì)造成熔敷金屬與母材金屬的過(guò)渡區(qū)形成凹陷（沿焊趾的母材部位產(chǎn)生的溝槽和凹陷），沿焊縫邊緣低于母材表面的凹槽狀缺陷?？煞譃橥庖н吅蛢?nèi)咬邊。咬邊不僅減少了焊接接頭的有效工作截面，而且在咬邊處造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中。咬邊缺陷多見(jiàn)于橫、立、仰焊。產(chǎn)生咬邊的原因：1、電流過(guò)大2、