2 焊接缺陷

LOGOLOGO焊接缺陷的概念及分类一、焊接缺陷的概念在焊接结构(件)中要获得无缺陷的焊接接头，在技术上是相当困难的，也是不经济的为了满足焊接结构(件)的使用要求，应该把缺陷限制在一定的范围之内，使其对焊接结构(件)的运行不致产生危害由于不同的焊接结构(件)使用的场合不同，对其质量要求也不一样，因而对缺陷的容限范围也不相同焊接过程中在焊接接头中产生的不符合标准要求的缺陷称为焊接缺陷二、焊接缺陷的分类第一类裂纹第二类孔穴第三类固体夹杂第四类未熔合和未焊透第五类形状缺陷第六类其它缺陷2-2焊接缺陷的特征及分布一、焊接裂纹焊接裂纹是指金属在焊接应力及其它致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙。具有尖锐的缺口和长宽比大的特征，是焊接结构(件)中最危险的缺陷。1．按裂纹的外观形貌划分各种裂纹的外观形貌2．按裂纹产生的温度范围来划分(1)热裂纹在固相线附近的高温区形成的裂纹称热裂纹热裂纹主要发生在晶界处由于裂纹形成的温度较高，在与空气接触的开口部位表面有强烈的氧化特征，呈蓝色或天蓝色，这是区别于冷裂纹的重要特征根据裂纹形成的机理不同，热裂纹可分为结晶裂纹、液化裂纹和高温失塑裂纹结晶裂纹形态与分布液化裂纹形态与分布(2)冷裂纹焊接接头冷却到Ms温度以下时形成的裂纹为冷裂纹其特点是表面光亮，无氧化特征冷裂纹主要发生在焊接热影响区，对某些合金成分多的高强度钢来说，也可能发生在焊缝金属中常见的冷裂纹可分为氢致裂纹、淬火裂纹和层状撕裂冷裂纹(3)再热裂纹工件焊接后，若再次被加热(如消除应力热处理、多层焊或使用过程中被加热)到一定的温度而产生的裂纹称为再热裂纹再热裂纹多发生在含Cr、Mo、V的低合金结构钢，含Nb的奥氏体不锈钢以及析出硬化显著的Ni基耐热合金中。常出现在粗晶区，并沿粗大奥氏体晶粒边界扩展，且多半发生在咬边等应力集中处。可形成沿熔合线的纵向裂纹，亦可形成粗晶区中垂直于熔合线的网状裂纹。其断口有被氧化的颜色再热裂纹焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴称为气孔。气孔有时以单个出现，有时以成堆的形式聚集在局部区域，其形状有球形、条虫形等。二、气孔气孔的特征与分布1．夹渣焊后残留在焊缝中的熔渣称为夹渣其形状较复杂，一般为线状、长条状、颗粒状及其它形式主要发生在坡口边缘和每层焊道之间非圆滑过渡的部位，在焊道形状发生突变或存在深沟的部位也容易产生夹渣(图2-12)在横焊、立焊或仰焊时产生的夹渣比平焊多。当混入细微的非金属夹杂物时，在焊缝金属凝固过程中可能产生微裂纹或孔洞三、固体夹杂2．夹钨在进行无极氩弧焊时，若钨极不慎与熔池接触，使钨的颗粒进入焊缝金属中而造成夹钨，焊接镍铁合金时，则其与钨形成合金，使X射线探伤很难发现。1.未熔合在焊缝金属和母材之间或焊道金属与焊道金属之间未完全熔化结合的部分移为未熔合。常出现在坡口的侧壁、多层焊的层间及焊缝的根部。四、未熔合和未焊透焊接时，母材金属之间应该熔合而未焊上的部分称为未焊透。出现在单面焊的坡口根部及双面焊的坡口钝边。未捍透会造成较大的应力集中，往往从其末端产生裂纹2.未焊透1．咬边•由于焊接参数选择不当或操作工艺不正确，沿焊趾的母材部位产生的构措沟槽或凹陷称为咬边。在立焊及仰焊位置容易发生咬边，在角焊缝上部边缘也容易产生咬边五、形状缺陷熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤称为焊瘤。焊瘤存在于焊缝表面，在其下面往往伴随着未熔合、未焊透等缺陷。由于焊缝填充金属的堆积，使焊缝几何形状发生变化而造成应力集中。2．焊瘤焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷叫烧穿。烧穿容易发生在第一道焊道及薄板对接焊或管子对接焊缝中,烧穿的周围常有气孔、夹渣、焊瘤及未焊透等缺陷穿过单层焊缝根部，或在多层焊接接头中穿过前道熔敷金属塌落的过量焊缝金属称为下塌3．烧穿和下塌由于两个焊件没有对正而造成板的中心线平行偏差称为错边当两个焊件没有对正而造成它们的表面不平行或不成预定角度称为角变形4．错边和角变形5．焊缝尺寸、形状不合要求5．焊缝形状缺陷焊缝形状缺陷是指焊缝外观质量粗糙、鱼鳞波高低、宽窄发生突变，焊缝与母材非圆滑过渡等。1．电弧擦伤在焊缝坡口外部引弧时产生于母材金属表面上的局部损伤。如果在坡口外随意引弧，有可能形成弧坑而产生裂纹，又很易被忽视、漏检，导致事故的发生。六、其它缺陷熔焊过程中，熔化的金属颗粒和熔渣向周围飞散的现象称为飞溅。不同药皮成分的焊条具有不同的飞溅损失。2.飞溅2-3产生焊接缺陷的主要因素产生焊接缺陷的因素是多方面的，不同的缺陷影响因素也不同。主要包括材料、结构、工艺等方面的影响。实际上，焊接缺陷的产生过程是十分复杂的，既有冶金的原因，又有应力和变形的作用。通常焊接缺陷容易出现在焊缝及其附近区域，而那些区域正是结构中拉伸残余应力最大的地方。焊接缺陷之所以会降低焊接结构的强度，其主要原因是缺陷减小了结构承载截面的有效面积，并且在缺陷周围产生了严重的应力集中。2-3产生焊接缺陷的主要因素2-3产生焊接缺陷的主要因素2-3产生焊接缺陷的主要因素2-3产生焊接缺陷的主要因素2-3产生焊接缺陷的主要因素2-3产生焊接缺陷的主要因素一、焊接缺陷的危害•球罐由15MnV材料制成，容积为400m3，拼缝是采用“结507”焊条，焊缝的布置及接头的形式如图2-4焊接缺陷的危害及对质量的影响开裂过程分以下四步进行：(1)焊道边缘存在着2-2.5mm的咬边(2)使用时咬边处诱发6mm长的焊趾裂纹(3)焊趾裂纹在介质中萌生出应力腐蚀裂纹，长约7mm(4)在应力作用下，当裂纹的有效截面达4mm2时，发生了低应力脆性开裂。由此可见，焊接结构发生破坏的主要原因之一是焊接接头存在着缺陷。焊接缺陷对质量的影响，主要是对结构负载强度和耐腐蚀性能的影响。由于缺陷的存在减小了结构承载的有效截面积，更主要的是在缺陷周围产生了应力集中。因此，焊接缺陷对结构的静载强度、疲劳强度、脆性断裂以及抗应力腐蚀开裂都有重大的影响。由于各类缺陷的形态不同，所产生的应力集中程度也不同，因而对结构的危害程度也各不—样。二、焊接缺陷对质量的影响1.焊接缺陷引起应力集中不同形状空穴类缺陷的应力集中系数•试验表明：圆形缺陷所引起的强度降低与缺陷造成承载截面的减小成正比。断裂时的平均应力可近似用下式表示：2．焊接缺陷对静载强度的影响脆断是一种低应力下的破坏，而且具有突发性，事先难以发现和加以预防，故危害最大。一般认为，结构中缺陷造成的应力集中越严重，脆性断裂的危险性越大。如上所述，裂纹对脆性断裂的影响最大，其影响程度不仅与裂纹的尺寸、形状有关，而且与其所在的位置有关。如果裂纹位于高值拉应力区就容易引起低应力破坏；若位于结构的应力集中区，则更危险。错边和角变形能引起附加的弯曲应力，对结构的脆性破坏也有影响，并且角变形越大，破坏应力越低。3．焊接缺陷对脆性断裂的影响缺陷对疲劳强度的影响要比静载强度大得多。焊缝内的平面型缺陷(如裂纹、未熔合)由于应力集中系数较大因而对疲劳强度的影响较大。含裂纹的结构与占同样面积的气孔的结构相比，前者的疲劳强度比后者降低15％。对未焊透来讲，随着其面积的增加疲劳强度明显下降。而且，这类平面型缺陷对疲劳强度的影响与负载的方向有关。焊缝内部的球状夹渣、气孔，当其面积较小、数量较少时，对疲劳强度的影响不大，但当夹渣形成尖锐的边缘时，则对疲劳强度的影响十分明显。4．焊接缺陷对疲劳强度的影响咬边对疲劳强度的影响比气孔、夹渣大得多。焊缝的成型不良，焊趾区、焊根的未焊透，错边和角变形等外部缺陷都会引起应力集中，很易产生疲劳裂纹而造成疲劳破坏。通常疲劳裂纹是从表面引发的，因此当缺陷露出表面或接近表面时，其疲劳强度的下降要比缺陷埋藏在内部的明显得多。通常应力腐蚀开裂总是从表面开始。如果焊缝表面有缺陷，则裂纹很快在那里形核。因此，焊缝的表面粗糙度、结构上的死角、拐角、缺口、缝隙等都对应力腐蚀有很大影响。这些外部缺陷使浸入的介质局部浓缩，加快了电化学过程的进行和阳极的溶解，为应力腐蚀裂纹的成长提供了方便。应力集中对腐蚀疲劳也有很大影响。焊接接头的腐蚀疲劳破坏，大都是从焊趾处开始，然后扩展，穿透整个截面导致结构的破坏。因此，改善焊趾处的应力集中程度能大大提高接头的抗腐蚀疲劳的能力。5．焊接缺陷对应力腐蚀开裂的影响三、常用结构(件)类型及其焊缝质量等级LOGOLOGO