焊接与缺陷基本知识ppt课件.ppt

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1、焊接与缺陷基本知识,河北省特种设备学会付振波2016年5月14日,目 录,1、焊接的定义2、焊接的发展历史3、焊接技术的应用领域4、焊接人物5、焊接方法的分类6、特种设备常用的焊接方法（1）焊条电弧焊（2）埋弧自动焊（3）氩弧焊（4）二氧化碳气体保护焊（5）等离子弧焊（6）电渣焊,7、焊接接头8、焊接应力与变形9、特种设备常用钢材的焊接（1）焊接性（2）焊接工艺评定（3）控制焊接质量的工艺措施（4）低碳钢的焊接（5）低合金钢的焊接（6）奥氏体不锈钢的焊接,10、焊接缺陷的种类及产生的原因（1）外观缺陷（咬边、焊瘤、凹坑、未焊满、烧穿、其他）（2）内部缺陷（气孔、夹渣、裂纹、未焊透、未熔合、其他

2、）11、铸件中常见缺陷及产生原因12、锻件中常见缺陷及产生原因13、轧材中常见缺陷及产生原因14、使用中常见缺陷及产生原因,1、焊接的定义焊接就是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。金属的焊接是指在焊接过程中，必须对需要结合的地方通过加热使之熔化，或者通过加压(或者先加热到塑性状态后再加压)，使之造成原子或分子间的结合与扩散，从而达到不可拆卸的联接。,2、焊接技术的发展历史 焊接技术是随着金属的应用而出现的，古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊，中国商朝制造的铁刃铜钺，就是铁与铜的铸焊件，其表面铜与铁的熔合线婉蜒曲折，接合良好，春秋战国时期曾侯乙墓中的建

3、鼓铜座上有许多盘龙，是分段钎焊连接而成的，经分析，所用的与现代软钎料成分相近。 战国时期制造的刀剑，刀刃为钢，刀背为熟铁，一般是经过加热锻焊而成的，据明朝宋应星所著天工开物一书记载：中国古代将铜和铁一起入炉加热，经锻打制造刀、斧；用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上，分段煅焊大型船锚，中世纪，在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。 古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊和钎焊的水平上，使用的热源都是炉火，温度低、能量不集中，无法用于大截面、长焊缝工件的焊接，只能用以制作装饰品、简单的工具和武器。 19世纪初，英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源；18851887年,俄国的别纳尔多斯发

4、明碳极电弧焊钳；1900年又出现了铝热焊。,20世纪初，碳极电弧焊和气焊得到应用，同时还出现了薄药皮焊条电弧焊，电弧比较稳定，焊接熔池受到熔渣保护，焊接质量得到提高，使手工电弧焊进入实用阶段，电弧焊从20年代起成为一种重要的焊接方法。 在此期间，美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度，制成自动电弧焊机，从而成为焊接机械化、自动化的开端，1930年美国的罗宾诺夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊，焊接机械化得到进一步发展，40年代，为适应铝、镁合金和合金钢焊接的需要，钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世。 1951年苏联的巴顿电焊研究所创造电渣焊，成为大厚度工件的高效焊接法，1953年，苏联的柳巴夫斯基

5、等人发明二氧化碳气体保护焊，促进了气体保护电弧焊的应用和发展，如出现了混合气体保护焊、药芯焊丝气渣联合保护焊和自保护电弧焊等。 1957年美国的盖奇发明等离子弧焊；40年代德国和法国发明的电子束焊，也在50年代得到实用和进一步发展；60年代又出现激光焊等离子、电子束和激光焊接方法的出现，标志着高能量密度熔焊的新发展，大大改善了材料的焊接性，使许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接。,公元前200年前，中国商朝用铸焊制造铁刃铜钺,3、焊接技术的应用领域焊接技术适用于很多材料，在工业生产中各个领域都有应用。从我们的生活中到尖端科技领域，都能看到焊接技术的成果。尤其是在现代制造业，焊接成为不可或

6、缺的技术之一。,11931年：焊接建造的全钢结构帝国大厦,1933年：当时世界上最高的悬索桥旧金山的金门大桥建成通车，她是由87750吨钢材焊接拼成的。,1941年：二次世界大战时舰艇、飞机、坦克及各种重武器的制造采用了大量的焊接技术。,1949年：第一台使用弧焊和电阻焊工艺制造的全焊结构的FORD牌汽车下线,1954年：第一艘采用焊接工艺制造的核潜艇The Nautilus号开始为美国海军服役,1984年：前苏联女宇航员Svetlana Savitskaya在太空中进行焊接试验,2002年：三峡水轮机的焊接完成，是已建造和目前正在建造的世界上最大的水轮机,2001年：人体组织焊接成功应用于临

7、床 人体组织焊接术试验成功新华网 （2002-02-04 10:43:13）乌克兰外科手术专家和焊接学家经过共同努力，携手创造了人体组织焊接术，并成功地将其应用到临床医学。据当地媒体报道，乌克兰著名焊接学家、乌国家科学院院长巴顿早在1993年就倡议与乌克兰外科手术和移植学院的专家一起研究在外科手术中采用焊接技术促进伤口愈合，以替代传统的缝合术。专家们先是在家兔、白鼠和猪等动物身上进行试验，获得了对各种组织和器官进行伤口焊接的一整套技术。经乌卫生部批准后，该手术开始进行临床试验。目前，已经有400多例手术采用了这种新型的人体组织和器官愈合技术。该技术具有术后不感染、愈合快和不留疤痕等优点。 据报

8、道，美国外科专家称乌克兰的人体组织焊接术是医学领域的“又一次革命”，具有极大的推广价值。,潘际銮，机械工程系教授，中国科学院院士。1927年生，江西瑞昌人，著名焊接专家。毕业于清华大学，哈尔滨工业大学研究生毕业。曾任南昌大学校长。参与创建国内高校第一批焊接专业。50年代末实验成功板极电渣焊及重型锤锻模堆焊，应用于生产。160年代初试验成功氩弧焊应用于核反应堆制造。完成了我国自己生产的第一套核反应堆焊接工程。继之研究成功我国第一台电子束焊机，并对焊接热裂纹的机理进行了深入的研究。70年代末研究电弧传感器，首次建立电弧传感器的动、静态物理数学模型，并研制成功具有特色的电弧传感器及自动跟踪系统。80

9、年代研究成功 QH-ARC焊接电弧控制法，首次提出用电源的多折线外特性，陡升外特性及扫描外特性控制电弧的概念，为焊接电弧的控制及焊接自动化开辟了新途径。,4、焊接人物,5、焊接方法分类,6、特种设备常用的焊接方法（1）手工电弧焊1）原理或概念, 焊接电弧焊设备简单，便于操作，适用于室内外各种位置的焊接，可焊接各种钢材。,生产效率低，劳动强度大，对焊工的技术水平及操作要求高,2）特点,3）设备分类,BX3外形示意图,BX1原理图,BX3原理图,初级电压380V或220V,焊接空载电压60V-80V。焊接电压24V左右。可在一定范围内调节焊接电流的大小。结构简单，成本低，效率高，节电，使用维修方便

10、。电弧燃烧不太稳定。,（此图为直流正接。正极接在焊条上，负极接到工件上，为直流反接）,旋转直流电焊机的特点：电动机带动发电机。焊接电流可在大范围调节，电弧燃烧稳定。噪音大，效率低。硅整流焊机的特点：噪音小、效率高。逆变焊机的特点：噪音小、效率高、体积小。逐层取代。,4)焊条手弧焊用的熔化电极。组成：焊芯+药皮焊芯：被药包裹的金属芯。其作用：作为电极产生电弧；熔化后作为填充金属，与熔化的母材混合形成焊缝。,药皮：涂敷在焊芯表面的有效成分。其作用：稳电弧作用； 保护作用； 冶金作用； 掺入合金； 改善工艺性能。,按熔渣的酸碱性分：酸性焊条；碱性焊条。酸性焊条的特点：焊缝金属的力学性能（特别是冲击韧

11、性）较低；抗裂性较差；工艺性能良好，成形美观，对锈、油、水分等杂质的敏感度不大，抗气孔能力强，广泛用于一般钢结构的焊接。碱性焊条的特点：焊缝金属中含氢量低（也叫“低氢焊条”），碱性焊条的抗裂性良好。焊缝金属的力学性能（特别是冲击韧性）较高。碱性焊条对锈、油、水分等杂质较敏感，用碱性焊条施焊时焊缝容易产生气孔缺陷；电弧稳定性差，一般只适用直流电源施焊，但药皮中加入稳弧组成物时也可用交流电源施焊；在深坡口中施焊时，脱渣性不好；发尘量较大，焊接中需加强通风，注意保健。碱性焊条广泛用于重要钢结构、高压锅炉、压力容器和压力管道的焊接制造中,焊条的型号焊条字母“E”表示焊条；前两位数字表示熔敷金属抗拉强度

12、的最小值；第三位数字表示焊条的焊接位置，“0”及“1”表示焊条适用于全位置焊接（平、立、仰、横），“2”表示焊条适用于平焊及平角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊；第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型。在第四位数字后附加“R”表示耐吸潮焊条，附加“M”表示耐吸潮和力学性能有特殊规定的焊条，附加“-1”表示冲击性能有特殊规定的焊条。,不锈钢焊条的型号 根据GB/T9831995不锈钢焊条的规定，不锈钢焊条型号根据熔敷金属的化学成分、药皮类型、焊接位置及焊接电流种类划分。其型号编制方法是：首字母“E”表示焊条，“E”后面的数字表示熔敷金属化学成分分类代号，如有特殊要求的化学成分，该化学

13、成分用元素符号表示，放在数字的后面；短划“-”后面的两位数字表示药皮类型、焊接位置及焊接电流种类。,5）焊接位置,6）焊接规范,（2）埋弧自动焊1）定义及原理埋弧自动焊： 自动电弧焊中，电弧被掩埋在焊剂层下面燃烧并实施焊接的焊接方法称为埋弧动焊，通常简称埋弧焊。自动电弧焊： 焊接过程中，主要的焊接操作如引燃电弧、送进焊丝、移动焊丝或工件等由机械自动完成者称为自动电弧焊。,2）埋电弧焊的优点：生产效率高，比焊条电弧焊高510倍；焊接接头能够获得良好的外观成形和良好的组织与性能，焊接质量较稳定；可以节省金属材料和电能；焊工的劳动条件大大改善。,缺点：设备比较复杂昂贵；对接头加工、清理、装配要求严格

14、；焊接位置受到一定限制，一般常用于平焊位置；大直径环口可用于横焊位置，但需特殊工装。,3）焊丝与焊剂,4）工艺规范焊丝直径与型号焊剂型号焊接电流焊接电压焊接速度焊丝伸出长度,（3）氩弧焊1）定义或原理,3）氩电弧焊的优点：适于各种钢材、有色金属及其合金的焊接，质量优良；电弧和熔池清晰可见，便于实现全位置自动化焊接；焊接热量集中，热影响区小；电弧稳定，飞溅小，焊缝致密，成形美观。,氩弧焊的缺点:氩气较贵，焊接成本较高；氩弧焊设备控制系统比较复杂；钨极氩弧焊的生产效率较低，只能焊薄壁构件；氩弧焊怕风，野外焊接时需增加防风装置。,（4）二氧化碳气体保护焊1）概念或原理,2）优点：成本低质量好生产效率

15、高，比焊条电弧焊工效高25倍。操作性能好。,缺点：采用较大电流焊接时，飞溅较大；弧光强；焊缝表面成形不够光滑美观；控制或操作不当时容易产生气孔；焊接设备比较复杂。,（5）等离子弧焊1）概念或原理,(2)特点电流调节范围大，小到0.1A可焊很薄的工件；等离子弧能量集中、温度高、焰流速度大，不但用于焊接，还可用于中喷涂、堆焊、各种材料的切割。,（6）电渣焊1）概念或原理电渣焊是利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源，将填充金属和母材熔化，凝固后形成金属原子间牢固连接。在开始焊接时，使焊丝与起焊槽短路起弧，不断加入少量固体焊剂，利用电弧的热量使之熔化，形成液态熔渣，待熔渣达到一定深度时，增加焊丝的送

16、进速度，并降低电压，使焊丝插入渣池，电弧熄灭，从而转入电渣焊焊接过程。,2）电渣焊的特点：1） 当电流通过渣池时，电阻热将整个渣池加热至高温，热源体积远较焊接电弧大，大厚件工件只要留一定装配间隙，便可一次焊接成形，生产率高。2） 电渣焊一般在垂直或接近垂直的位置焊接，整个焊过程中金属熔池上部始终在液体渣池，夹杂物及气体有较充分的时间浮至渣池表面或逸出，故不易产生气孔和夹渣；熔化的金属熔滴通过一定距离的渣池落至金属熔池。渣池对金属熔有一定的冶金作用，焊缝金属的纯净度较高。3） 调整焊接电流或焊接电压，可在较大范围内调节金属熔池的熔宽和熔深，这一方面可以调节焊缝的成形系数，以防止焊缝中产生热裂纹。

17、另一方面还可以调节母材在焊缝中的比例，从而控制焊缝的化学面分和力学性能。4） 电渣焊渣池体积大，高温停留时间较长，加热及冷却速度缓慢，焊接中、高碳钢及合金钢时，不易出现淬硬组织，冷裂纹的倾向较小。如规范选择适当，可不预热焊接。5） 由于加热及冷却速度缓慢，高温停留时间较长，焊缝及热影响区晶粒易长大并产生魏氏组织，因此焊后应进行退火加回火热处理，以细化晶粒，提高冲击韧性，消除焊接应力。, 焊接工艺参数及其对焊缝形状的影响,(1)焊接电流的影响 当其他条件不变时，增加焊接电流，则焊缝厚度和余高都增加，而焊缝宽度则几乎保持不变(或略有增加)。,(2)电弧电压的影响当其他条件不变时，电弧电压增长，则焊

18、缝宽度显著增加，而焊缝厚度和余高将略有减少。,(2)焊接速度的影响当其他条件不变时，焊接速度增加时，焊缝宽度和焊缝厚度都大为下降。,7、焊接接头1）接头形式,对接接头存在余高,截面改变,有应力集中,但小.常用的结构.搭接接头,承压类设备一般不采用.角接接头T字接头适用于设备接管、法兰、夹套、管板、凸缘等焊接,2）坡口形式,(开坡口的目的)保证焊透。填充于焊缝部位的金属尽量少。便于焊工施焊操作，改善劳动条件。减少焊接残余变形量和焊接应力，焊接较厚元件应尽量选用沿壁厚对称的坡口形式。, 坡口形式选择考虑因素, 坡口名称与尺寸, 焊缝基本形状与尺寸名称, 焊接接头剖面示意图,3）焊接接着的组成,焊接

19、接头包括：焊缝区（OA）、熔合区（AB）、热影响区（BC）三部分。,4）接头的组织与性能, 低碳钢的热影响区,a.熔合区(不完全熔化区) 此区为熔合线附近焊缝金属到基本金属的过渡部分，温度处于固相线和液相线之间，金属处于局部熔化状态，因此晶粒十分粗大，化学成分及组织都极不均匀，冷却后的组织属于过热组织。对于低碳钢，固相线和液相线之间温度区间很小，而电弧焊时此处温度梯度很大，所以这段区域很窄，但对于焊接接头的强度、塑性都有很大影响。在很多情况下，熔合区附近是产生裂纹和局部脆性破坏的发源地。,b.过热区(粗晶粒区) 此区段金属处于1100以上，晶粒十分粗大，冷却后可能出现粗大魏氏组织，使钢的塑性和

20、韧性都大大降低。,c.正火区(重结晶区) 此区加热温度在Ac3以上至1100，低碳钢加热至这个温度区间，铁素体和珠光体全部转变为奥氏体，由于温度不太高，晶粒未长大，冷却后得到均匀细小的铁素体加珠光体组织，既有较高强度，又有较好塑性韧性，是焊接接头中综合性能最好的部位。,d.部分相变区 此区加热温度范围在Ac1至Ac3之间。对20钢来说，温度在750900之间。在此温度下，珠光体和部分铁素体转变为晶粒细小的奥氏体，另一部分未转变的铁素体，在升温中晶粒长大，形成比较粗大的铁素体。冷却后，既有经过重结晶的细晶粒铁素体加珠光体，又有未发生相变的粗大晶粒铁素体，晶粒大小极不均匀，所以力学性能也较差,易淬

21、火钢热影响区的组织和性能,易淬火钢其热影响区可分为熔合区、淬火区、部分淬火区和回火区四部分。,a.熔合区 此区与不易淬火钢熔合区的情况相同,b.加热温度在Ac3至熔点之间。由于淬透性 好，焊后冷却时很容易获得淬火组织马氏体。,c. 加热温度在Ac1至Ac3之间。在快速加热时铁素体几乎不发生变化，而珠光体转变为奥氏体；在随后快速冷却过程中，这部分奥氏体转变为马氏体，原铁素体维持不变，最后形成马氏体加铁素体组织。,d.加热温度低于Ac1。若母材焊前为退火状态，则在Ac1以下温度区域，一般不发生组织变化而保持原始状态，不形成回火区。若母材焊前为淬火状态(或淬火加低温回火状态)，则在低于Ac1不同温度

22、和不同停留时间下将获得不同的回火组织。,8、焊接应力与变形（1）焊接应力与变形概念,在焊接过程中，工件受电弧热的不均匀加热而产生的内应力称为焊接残余应力，由此而产生的焊接变形称为焊接残余变形。我们所说的焊接应力及变形就是指的焊接的残余内应力和焊接的残余变形。,（2）焊接应力的分类 根据引起应力的基本原因可分为： 热应力由于焊接时温度分布不均匀所引起的应力。 组织应力由于温度变化，引起了组织变化所产生应力。 根据应力存在的时间可分为： 瞬时应力在一定的温度及刚性条件下，某一瞬时内存在的应力。 残余应力一般指焊接结束后和完全冷却后仍然存在的内应力。 根据应力作用的方向可分为： 纵向应力其方向平行于

23、焊缝轴线； 横向应力其方向垂直于焊缝轴线。 根据应力在空间的方向可分为： 单向应力在焊件中沿一个方向存在； 两向应力应力作用在一平面内的不同方向上，亦称为平面应力。 三向应力应力沿空间所有方向存在，亦称为体积应力。,（3）焊接变形的分类由于焊接接头型式，工件的厚度和形状、焊缝的长度及其位置不同，焊接时会出现各种形式不同的变形。大体上可分为：纵向变形、横向变形、弯曲变形、角变形、波浪变形及扭曲变形等。,4）应力和变形形成的原因,5）焊接应力的控制措施,6）消除焊接应力的方法 加热法 机械法 振动法,9、常用钢材的焊接（1）钢材的焊接性,1）焊接性的定义(GB/T3375-94)焊接性是指材料在限

24、定的施工条件下焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。焊接性受材料、焊接方法、构件类型及使用要求四个因素的影响。a.工艺焊接性b.使用焊接性,Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15, 当Ceq0.6%时，钢材的淬硬倾向强，属于较难焊的材料，需要采取较高的预热温度和严格的工艺措施。淬硬倾向可以通过硬度值间接检测，并通过热处理等措施消除。,2）用碳当量Ceq估算钢材的焊接性,3）焊接性试验,（2）焊接工艺评定1）概念焊接工艺评定（Welding Procedure Qualification，简称WPQ) 为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程

25、及结果评价。 2）目的评定施焊单位是否有能力焊出符合相关国家或行业标准、技术规范所要求的焊接接头；验证施焊单位所拟订的焊接工艺指导书是否正确。为制定正式的焊接工艺指导书或焊接工艺卡提供可靠的技术依据。3）作用是保证焊接质量的重要措施，它能确认为各种焊接接头编制的焊接工艺指导书的正确性和合理性。通过焊接工艺评定，检验按拟订的焊接工艺指导书焊制的焊接接头的使用性能是否符合设计要求，并为正式制定焊接工艺指导书或焊接工艺卡提供可靠的依据。,4）试验过程拟定预备焊接工艺指导书 （preliminary Welding Procedure Specification，简称pWPS)；施焊试件制备；熟练焊工

26、施焊；检验试件制取；测定焊接接头是否满足标准所要求的使用性能；提出焊接工艺评定报告对拟定的焊接工艺指导书进行评定。,（3）控制焊接质量的工艺措施,预热；焊接能量参数；多层多道焊；后热；焊条烘烤及坡口清理,错头、退步、分段焊接,（4）低碳钢的焊接,1）常用的低碳钢牌号,普通碳素钢：Q235-B、Q235-C,优质碳素钢：10、20,专用碳素钢：Q245R (20R、20g),低碳钢的焊接特点低碳钢一般塑性较好，没有淬硬倾向，对焊接加热及冷却不敏感，焊缝和热影响区不易产生裂纹；一般焊前不需预热，但对大厚度结构或在低温环境施焊的焊件，可适当预热；平炉镇静钢杂质很少，偏析很小，不易形成低熔点共晶，所以

27、对裂纹不敏感。沸腾镇静钢中杂质较多，产生裂纹的可能性大；如果工艺选择不当，可能会出现热影响区晶粒长大现象，温度越高，热影响区在高温停留时间越长，晶粒长大越严重；可采用交、直流电源，全位置焊接，工艺简单。,（5）低合金钢的焊接,GB713-2008标准中低合金钢的变化：,16MnR、16Mng、19Mng合并为Q345R,13MnNiMoNbR和13MnNiCrMoNbg合并为 13MnNiMoR,15MnVR、15MnVNR纳入14Cr1MoR和12Cr2Mo1R,低合金钢的焊接特点热影响区有较大的淬硬倾向；即这种钢在焊接时，热影响区易出现脆硬马氏体组织，硬度明显增高，塑性及韧性降低； 焊接接

28、头易出现冷裂纹，随着钢材等级的提高，产生冷裂纹的倾向也加大。, 影响热影响区淬硬程度的三大因素,一是原材料及焊接结构因素；,二是焊接工艺方法及所选定的焊接规范；,三是焊接时焊口附近的起焊温度。,具体焊接工艺措施是在保证焊接质量的前提下，尽量采用大电流和较大直径焊条以及较慢的焊接速度，此外还要采取必要的焊前预热和焊后保温缓冷。, 产生冷裂纹的三要素,一是焊缝和热影响区的氢含量；,二是热影响区的淬硬程度；,三是由焊接接头刚度所决定的焊接应力大小；,冷裂纹是在这三种因素综合作用下产生的，氢通常是其中最主要的因素,（6）奥氏体不锈钢的焊接,易出现的问题,晶间腐蚀,热裂纹,不锈钢在450850的温度范围

29、内停留，钢中的碳会向奥氏体晶界扩散，并在晶界处和铬化合析出碳化铬，使晶间附近铬含量减少产生“贫铬区”。焊接时焊缝和热影响区在升降温过程中难于避开450850的温度区间，所以焊接接头金属晶间容易“贫铬”。已产生“贫铬区”的焊件在腐蚀介质中工作，就会产生晶间腐蚀。,由于奥氏体不锈钢中枝晶方向性很强，枝晶间有低熔点杂质的偏析，加之奥氏体不锈钢导热系数仅为低碳钢的1/2，而膨胀系数比低碳钢大50%左右，使焊缝区产生较大的温差和收缩内应力，所以焊缝中容易产生热裂纹。,产生晶间腐蚀的原因：,产生热裂纹的原因：, 防止和减少晶间腐蚀的措施,a.将铁素体形成元素铬、硅、钼加入焊缝中，使焊缝形成双相组织；b.

30、严格控制含碳量，采用含碳量为0.020.03%的超低碳焊接材料和基本金属；c. 添加钛、铌等稳定剂；d.焊后进行固溶处理或稳定化退火；e.采用小电流、大焊速、短弧、多层焊、强制冷却等正确的焊接工艺。, 防止热裂纹产生的措施,a.将铁素体形成元素铬、硅、钼加入焊缝中，使焊缝形成双相组织；b. 严格控制含碳量，采用含碳量为0.020.03%的超低碳焊接材料和基本金属；c. 严格控制线能量。减小熔合比，采用碱性焊条，强迫冷却等。,10、焊接缺陷的种类及产生的原因（1）外观缺陷, 外观缺陷是指不用借助于仪器，从工件表面可以发现的缺陷。, 常见的外观缺陷有咬边、焊瘤、凹坑及焊接变形等，有时还有表面气孔和

31、表面裂纹，单面焊的根部未焊透也位于焊缝表面。,咬边是由于焊接参数选择不当，或操作方法不正确，沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷。,1）咬边,它是由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充所留下的缺口。,插入式管板角接头平角焊缝,咬边,焊条电弧焊电弧偏吹造成的咬边,底片上外咬边影像,外咬边在母材与焊缝边缘处。阴影的形貌呈弯曲平行于焊缝，线条粗细不等， 黑度不均匀，有深有浅，轮廓不明显。咬边的影像有时容易和焊缝边缘条状夹渣混淆，可能在评片时误判，此时应与焊缝的实际情况相对照。,底片上内咬边影像,根部的内咬边，在底片上偏离焊缝中心。, 产生咬边的主要原因：,电弧热量太高，即电流太大，运条

32、速度太小所造成的。焊条与工件间角度不正确，摆动不合理，电弧过长，焊接次序不合理等都会造成咬边。直流焊接时电弧的磁偏吹也是产生咬边的一个原因。某些焊接位置(立、横、仰)会加剧咬边。, 咬边的危害：,咬边减小了母材的有效横截面积，降低结构的承载能力，同时还会造成应力集中，发展为裂纹源。, 防止咬边的措施：,矫正操作姿势，选用合理的规范，采用良好的运条方式都会有利于削除咬边。焊角焊缝时，用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬边。,焊瘤是焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材所形成的金属瘤。,2)焊瘤,底片上焊瘤影像,根部焊瘤稍偏于焊缝中心，在底片上呈边界较明晰黑度低于母材的圆形、椭圆形或块状影像

33、。, 产生焊瘤的主要原因：,焊接规范过强、焊条熔化过快、焊条质量欠佳(如偏芯)，焊接电源特性不稳定及操作姿势不当等都容易带来焊瘤，在横、立、仰位置更易形成焊瘤。, 焊瘤的危害：,焊瘤常伴有未熔合、夹渣缺陷，易导致裂纹。同时，焊瘤改变了焊缝的实际尺寸，会带来应力集中。管子内部的焊瘤减小了它的内径，可能造成流动物堵塞。, 防止焊瘤的措施：,使焊缝处于平焊位置，正确选用规范，选用无偏芯焊条，合理操作。,3) 凹坑,凹坑是焊后在焊缝表面或焊缝背面形成的低于母材表面的局部低洼部分。,板对接仰焊位置焊条电弧焊背面凹坑试件,埋弧焊焊缝产生的凹坑,埋弧焊收弧处产生的凹坑, 产生凹坑的主要原因：,凹坑多是由于收

34、弧时焊条(焊丝)未做短时间停留造成的(此时称为弧坑)，仰、立、横焊时，常在焊缝背面根部产生内凹。,凹坑的危害：,凹坑减小了焊缝的有效横截面积，弧坑常带有弧坑裂纹和弧坑缩孔。, 防止凹坑的措施：,选用有电流衰减系统的焊机，尽量选用平焊位置，选用合适的焊接规范，收弧时让焊条在熔池内短时间停留或环形摆动，填满弧坑。,4) 未焊满,未焊满是由于填充金属不足，在焊缝表面形成的连续或断续的沟槽。,未焊满的焊条电弧焊试件, 产生未焊满的主要原因：,填充金属不足是产生未焊满的根本原因。规范太小，焊条过细，运条不当等会导致未焊满。, 未焊满的危害：,未焊满削弱了焊缝，容易产生应力集中，同时由于规范太小使冷却速度

35、增大，容易带来气孔、裂纹。, 防止未焊满的措施：,加大焊接电流，加焊盖面焊缝。,5) 烧穿,烧穿是焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷。,底片上小管烧穿影像,在底片上烧穿是形状不一，黑度较高的影像，大多在焊缝的中部。在钢管对接焊缝中较为常见。, 产生烧穿的主要原因：,焊接电流过大，速度过慢，电弧在焊缝处停留过久，都会产生烧穿缺陷。工件间隙太大，钝边太小也容易出现烧穿现象。, 烧穿的危害：,烧穿是承压设备上不允许存在的缺陷，它完全 破坏了焊缝，使接头丧失其连接及承载能力。, 防止烧穿的措施：,选用较小电流并配合合适的焊接速度，减小装配间隙，在焊缝背面加设垫板或药垫，使用脉冲焊。,6

36、) 其他表面缺陷,（1）成形不良（2）错边（3）塌陷（4）表面气孔及弧坑缩孔（5）各种变形 （角变形、扭曲变形、波浪变形等）,成形不良影像,断头影像,有表面气孔的工件,埋弧焊焊道表面气孔,CO2气体保护焊产生的表面气孔,缩孔,缩孔,(2)内部缺陷1)气孔,气孔是焊接时，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。气孔可分为密集气孔、条虫状气孔和针状气孔等。,焊条电弧焊产生的内部气孔,底片上气孔影像,从阴影观察，黑度一般是中心较大，并均匀向边缘减小。,铝焊件气孔底片,气孔的分类从形状分：球状气孔、条状气孔；从数量分：单个气孔、群状气孔；群状气孔又分为密集气孔和链状气孔；从成份分：氢气孔、

37、氮气孔、一氧化碳气孔。,气孔的形成机理,常温固态金属中气体的溶解度只有高温液态金属中气体溶解度的几十分之一至几百分之一，熔池金属在凝固过程中，有大量的气体要从金属中逸出。当凝固速度大于气体逸出速度时，就形成气孔。,产生气孔的主要原因：,母材表面有锈、油污等；,焊条及焊剂未烘干；,线能量过小，熔池冷却速度快；,电弧拉得长。,气孔的危害,气孔减少了焊缝的有效横截面积，使焊缝疏松，从而降低了接头的强度，降低塑性，还会引起泄漏。气孔也是引起应力集中的因素。氢气孔还可能促成冷裂纹。,防止气孔的措施：,清除焊丝、工件坡口及其附近表面的 油污、铁锈、水份和杂物；,采用碱性焊条、焊剂，并彻底烘干；,焊前预热，

38、减缓冷却速度；,采用直流反接并用短电弧施焊；,用较强的规范施焊。,） 夹渣,夹渣是焊后残留在焊缝中的焊渣。夹渣可分为金属夹渣、非金属夹渣。,夹渣的分类,按残留物,按分布与形状,金属夹渣,非金属夹渣,夹钨,夹铜,焊渣(氧化物、氮化物、硫化物等),单个点状夹渣,条状夹渣,密集夹渣,链状夹渣,有表面夹渣的焊件,管板角接头焊条电弧焊夹渣,夹渣试样,底片上夹渣影像,碳钢夹渣底片,夹钨底片,夹渣产生的原因,a.坡口尺寸不合理；b.坡口有污物；c.多层焊时，层间清渣不彻底；d.焊接线能量小；e.焊缝散热太快，液态金属凝固过快；f.焊条药皮、焊剂化学成份不合理，熔点过高，冶金反 应不完全，脱渣性不好；g.钨极

39、惰性气体保护焊时，电源极性不当，电流密度过大，钨极熔化脱落于熔池中。h.手工焊时，焊条摆动不良，不利于熔渣上浮。,夹渣的危害：,点状夹渣的危害与气孔相似，带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中，尖端还会发展为裂纹源，危害极大。,防止 夹渣的措施：,根据夹渣产生的原因分别采取针对性的措施即可防止。,3）裂纹,焊接裂纹是在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙。它具有尖锐的缺口和大的长宽比的特征。,裂纹按大小分为：宏观裂纹、微观裂纹和超显微裂纹；按产生条件和时机分为：冷裂纹和热裂纹、再热裂纹、层状撕裂和应力腐蚀裂纹。,热裂纹：产生于Ac3线

40、附近的裂纹。一般是焊接完毕即出现，又称结晶裂纹。这种裂纹主要发生在晶界，裂纹面上有氧化色彩，失去金属光泽。 冷裂纹：指在焊毕冷至马氏体转变温度Ms点以下产生的裂纹，一般是在焊后一段时间(几小时，几天甚至更长)才出现，故又称延迟裂纹。,再热裂纹：接头冷却后再加热至500700时产生的裂纹。再热裂纹产生于沉淀强化的材料(如含Cr、Mo、V、Ti、Nb的金属)的焊接热影响区内的粗晶区，一般从熔合线向热影响区的粗晶区发展，呈晶间开裂特征。层状撕裂：在具有丁字接头或角接头的厚大构件中，沿钢板的轧制方向分层出现的阶梯状裂纹。层状撕裂主要是由于钢材在轧制过程中，将硫化物(MnS)、硅酸盐类、A1203，等杂

41、质夹在其中，形成各向异性。在焊接应力或外拘束应力的使用下，金属沿轧制方向的杂物开裂。应力腐蚀裂纹：在应力和腐蚀介质共同作用下产生的裂纹。除残余应力或拘束应力的因素外，应力腐蚀裂纹主要与焊缝组织组成及形态有关。,裂纹的危害,裂纹是焊接缺陷中危害性最大的一种。 裂纹是一种面积性缺陷，（具有三维尺寸的缺陷称为体积型缺陷，如气孔，夹渣；具有二维尺寸的缺陷称为面积性缺陷，如裂纹，未融合）它的出现将显著减少承载面积，更严重的是裂纹端部形成尖锐缺口，应力高度集中，很容易扩展导致破坏。 裂纹的危害极大，尤其是冷裂纹。, 热裂纹(结晶裂纹)形成的机理,热裂纹发生于焊缝金属凝固末期，敏感温度区大致在固相线附近的高

42、温区，最常见的热裂纹是结晶裂纹，其生成原因是在焊缝金属凝固过程中，结晶偏析使杂质生成的低熔点共晶物富集于晶界，形成所谓“液态薄膜”，在特定的敏感温度区(又称脆性温度区)间，其强度极小，由于焊缝凝固收缩而受到拉应力，最终开裂形成裂纹。结晶裂纹最常见的情况是沿焊缝中心长度方向开裂，为纵向裂纹，有时也发生在焊缝内部两个柱状晶之间，为横向裂纹。, 影响结晶裂纹的因素,a.合金元素和杂质的影响碳元素以及硫、磷等杂质元素的增加，会扩大敏感温度区，使结晶裂纹的产生机会增多。 b.冷却速度的影响 冷却速度增大，一是使结晶偏析加重，二是使结晶温度区间增大，两者都会增加结晶裂纹的出现机会。 c.结晶应力与拘束应力

43、的影响在脆性温度区内，金属的强度极低，焊接应力又使这部分金属受拉，当拉应力达到一定程度时，就会出现结晶裂纹。, 防止结晶裂纹的产生措施,a.减小硫、磷等有害元素的含量，用含碳量较低的材料焊接。 b.加入一定的合金元素，减小柱状晶和偏析。如钼、钒、钛、铌等可以细化晶粒。 c.采用熔深较浅的焊缝，改善散热条件使低熔点物质上浮在焊缝表面而不存在于焊缝中。 d.合理选用焊接规范，并采用预热和后热，减小冷却速度。 e.采用合理的装配次序，减小焊接应力。,再热裂纹形成的机理和防止措施,再热裂纹的特征：a.产生于焊后热处理等在再次加热的过程中，产生于焊接热影响区的过热粗晶区。b.产生温度为550650。c.

44、晶间开裂d.沉淀强化的钢种容易产生e.与焊接残余应力有关。 形成机理：楔形开裂理论 防治措施：a.合理预热或采用后热，控制冷却速度b.降低残余应力，避免应力集中c.避开或缩短敏感温度区,复合钢板过渡层焊接裂纹,12Cr1MoV小管焊缝裂纹底片,16MnR自动焊裂纹底片,丁字缝裂纹底片,宏观金相裂纹,150X微观金相裂纹,186X微观金相裂纹,4）未焊透,未焊透是焊接时接头根部未完全熔透的现象，对对接焊缝也指焊缝深度未达到设计要求的现象。,单侧未焊透,手工焊未焊透焊缝底片,发生在焊缝根部的未焊透，在底片上是位于焊缝中间，这种缺陷在底片上所显示形貌一条直的黑线，线条连续或断续都有。呈条状或带状，其

45、宽窄取决于对缝间隙的大小，有时对缝很小，在底片上呈一条很细的黑线，似裂纹，但无尾稍。阴影的黑度均匀，轮廓显明，当有夹渣和气孔伴随时，虽然线条的宽度和黑度在局部有所改变，但其线条本身仍是一条直线。,产生未焊透的主要原因：a.焊接电流太小，熔深浅；b.坡口和间隙尺寸不合理，钝边太大；c.磁偏吹影响；d.焊条偏芯度太大；e.层间及焊根清理不良。,未焊透的危害： 减少了焊缝的有效横截面积，使接头强度下降，其次未焊透引起应力集中所造成的危害比强度下降的危害大得多。严重降低焊缝的疲劳强度，可能成为裂纹源，是造成焊缝破坏的重要原因。,未焊透的防止： 使用较大电流来焊接是防止未焊透的基本方法。,自动焊未焊透焊

46、缝底片,5）未熔合,未熔合是熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未完全熔化结合的部分，电阻点焊指母材与母材之间未完全熔化结合的部分。,未焊透和未熔合试样,层间未熔合,产生未熔合的主要原因：,a.焊接电流过小；b.焊接速度过快；c.焊条角度不对；d.产生了电弧偏吹现象；e.焊接处于下坡焊位置，母材未熔化时已被铁水覆盖。f.母材表面有污物或氧化物影响熔敷金属与母材间的熔化结合。,未熔合的危害： 未熔合是一种面积型缺陷，坡口未熔合和根部未熔合对承载横截面积的减小都非常明显，应力集中也比较严重，其危害仅次于裂纹。,未熔合的防止： 采用较大的焊接电流，正确的进行施焊操作，注意坡口部位的清洁。,线条比

47、较宽，黑度不太均匀，一侧是直线条，另一侧边缘不规则，阴影较浅。层间未熔合阴影淡薄，黑度较均匀，线条较宽，端头不规则。,未熔合底片影像,对接焊缝未熔合,6）其他缺陷,a.焊缝化学成分或组织不符合要求； 匹配不当或烧损等原因，使化学成分或组织发生变化，力学性能和耐腐蚀性能下降。,b.过热和过烧； 过热：规范不合理，热影响区长时间在高温下停留，使晶粒变得粗大。-可通过热处理逆转 过烧：过热组织温度进一步升高，时间延长，使晶界氧化或局部熔化，就会产生过烧组织不可逆转,c.白点； 在焊缝金属拉断面上出现的白斑，是由于氢的聚集造成的。,气孔,冷隔,裂纹,铸件中常见的缺陷,夹渣,密集气孔,缩孔和疏松,夹砂,11、铸件中常见的缺陷及其产生原因,缩孔和缩管,夹砂,锻造裂纹,12、锻件中常见的缺陷及其产生原因,锻件中常见的缺陷,疏松,折叠,非金属夹杂物,龟裂,白点,纵裂纹,钢管,表面划伤和直道,钢棒和型材,内部缺陷,表面缺陷,钢板,大,中,小,13、轧材中常见的缺陷及其产生原因,轧材中常见的缺陷,横裂纹,翘皮和折叠,分层,疲劳裂纹,晶间腐蚀,各种局部腐蚀：点腐蚀、缝隙腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、选择性腐蚀,14、使用中常见的缺陷及其产生原因,使用中常见的缺陷,应力腐蚀裂纹,氢损伤：氢脆、氢腐蚀、氢鼓泡、氢致裂纹,不妥之处敬请指正,