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焊缝中典型缺陷产生原因分析及控制措施


焊接缺陷的危害
焊接缺陷对产品构件,尤其是锅炉压力容器和 压力管道在使用中带来的隐患和危害是不能低 估的。 1、由于缺陷的存在,减少了焊缝的承载截面积, 削弱了静力拉伸强度。 2、由于缺陷形成缺口,缺口尖端会发生应力集 中和脆化现象,容易产生裂纹并扩展。 3、缺陷可能穿透筒壁,发生泄露,影响致密性。

焊接缺陷的危害
对一些结构件轻者在很大程度上降低产品 的力学性能和缩短产品的使用寿命;重者,还 可能产生脆断,导致危及生命财产安全的灾难 性事故,给国民经济带来巨大损失。

焊缝缺陷的分类
焊缝表面缺陷和焊缝内部缺陷 常见缺陷:气孔、夹渣、未熔合、未焊透、裂 纹以及咬边、焊瘤、烧穿、凹坑等。

气孔的概念
气孔:焊接时的,熔池中的气泡在凝固时未能 溢出而残留下来所形成的空穴称之为气孔。 气孔是焊接时严重的工艺缺陷之一。 气孔削弱焊接接头的有效工作面积,同时还会带 来应力集中,降低接头的强度、塑 性及疲劳强度。

气孔分类
根据气孔产生的部位不同可分为表面气孔和内 部气孔。 根据气孔分布状态不同可分为单个气孔、疏散 气孔、密集气孔、连续气孔。 根据气孔的形态可分为条状气孔 、针状气孔和 球形、椭圆形气孔等。

气孔缺陷在底片上的影像描述
气孔在底片上影像是黑色圆点,也有呈黑长条 状的或其它不规则形状,气孔的轮廓比较圆滑, 其黑度中心较大,至边缘稍减少。 。

密集气孔在底片上的形态
密集气孔

单个气孔在底片上的形态
单个气孔

连续气孔在底片上的形态

气孔产生原因
具体分为二种类型 (1)冶金因素对气孔的影响。 焊接时,焊缝金属发生冶金反应产生气孔。焊 条电弧焊焊条药皮起保护作用时发生化学反应 也生成气孔。 母材表面油、锈及污物分解,焊剂的化学成分 等都有可能产生气孔。

气孔产生原因
(2)工艺因素对气孔的影响。 工艺因素包括:焊接规范、电流种类、电弧高 低、操作技术等。 直流反接时气孔倾向最小,这时工件是负极 下面对冶金因素、工艺因素这二种因素对气孔 的影响做具体讲解。

气孔产生的原因
(1)焊条或焊剂受潮,使用前未按规定 烘干并保温易产生气孔。碱性焊条烘干 温度是350-4500C,酸性焊条烘干温度不超 过2000C,一般是70-1500C 焊条领用要使用焊条保温筒。 埋弧自动焊时如果焊剂受潮在焊道中产 生连续气孔.

气孔产生的原因
埋弧自动焊焊剂中混有垃圾。 埋弧自动焊焊剂覆盖层厚度不当。 埋弧自动焊焊剂漏斗堵塞。 埋弧自动焊焊丝表面清理不净。

气孔产生的原因
(2)焊条药皮失效、剥落或烘干温度过高、使 药皮中部分成份变质。 (3)施焊前未将母材(特别是焊缝坡口附近) 的金属铁锈、油污去除。或焊剂中混合异种造 气物质。

气孔产生的原因
(4)熔化金属冷却速度过快,电弧热能小或焊 接速度过快。导致气体在熔池中来不及上浮溢 出。 (5)采用过大电流,是焊条发红导致药皮失效, 或碱性低氢形焊条焊接时电弧过长。 (6)手工钨极氩弧焊时氩气纯度低,保护不良。

气孔产生的原因
焊接时要采用纯度为99.99%的氩气。 焊接时要提前送气,滞后停气。 正确连接气管、水管不可混淆。 做好焊前的清理工作。 选择好保护气流量、喷嘴尺寸、电极伸出长度 等。

气孔产生的原因
CO2气体保护焊产生气孔的原因: 气体不纯或供气不足。 焊接时卷入空气。 预热器不起作用。 野外施工时风大,保护不完全。 喷嘴被飞溅物堵塞,不通畅。 喷嘴与工件距离过大。

气孔产生的原因
焊接区有水,油锈等。 电弧过长,电弧电压高。 焊丝含硅、锰量不足。 (7)电弧过长或偏吹,熔池保护效果不好,空气 侵入熔池。低氢型焊条焊接时要采用短弧焊, 配合摆动利于气体逸出。

气孔产生的原因
(8)运条方法不当,收弧动作太快,易产生缩 孔,接头引弧动作不正确,易产生密集气孔。 (9)焊接电流太小或焊接速度过快,熔池存在 时间太短,气体来不及从熔池金属中逸出。 (10)基本金属和焊条钢芯含碳量高,焊条药 皮脱氧能力差。

防止产生气孔的措施
(1)焊前将坡口两侧20-30mm范围内的油污、 锈、水分清除干净。 (2)严格按焊条说明书规定的温度和时间烘干 焊条。 (3)正确选择焊接工艺参数,正确操作。 (4)要预热。

防止产生气孔的措施
(4)尽量采用短弧焊接,野外焊接施工要有防 风设施。 (5)不允许使用失效的焊条,如焊芯锈蚀,药 皮开裂,剥落,偏心度过大等。

夹杂物产生的原因
焊缝中夹杂物的的种类 (—).非金属夹杂物 (1)氧化物 焊接钢铁材料时,氧化物夹杂是普遍存在,在 手工电弧焊和埋弧自动焊焊接低碳钢时,氧化 夹杂物的成分主要是SiO2; 这些氧化夹杂物主要 是在熔池反应过程中产生的。 (2)氮化物

夹杂物产生的原因
现在常用的熔焊方法保护效果好,焊缝中很少 出现氮化物夹杂,只有在保护不好时,焊缝中 才有较多的氮化物。 (3)硫化物 硫化物主要来源于焊条药皮或焊剂,经冶金反 应后转入熔池,有时也是由于母材或焊丝中的 含硫量偏高而形成的硫化物夹杂。

夹杂物产生的原因
(二).金属夹渣物 (4)夹渣 上面讲的夹杂物都是析出或反应生成的,都属 于微观夹杂物。还有一种因工艺不当由熔渣直 接混入的,通常称夹渣,如手工电弧焊时,运 条不当,坡口边缘会出现夹渣,横焊时经常出 现。 (5)钨夹渣

夹杂物产生的原因
由于钨极氩弧焊中的钨极烧损,钨极触及熔池或 焊丝剥落熔入焊缝中生成。 (1)焊接电流过大。 (2)钨极直径太小。 (3)氩气保护不良。

防止焊缝中产生夹渣物的措施
防止焊缝中产生夹渣物最重要的措施是正确选 择焊条,焊剂的种类,。 其次是注意工艺方面的操作。 (1)选择合适的焊接规范,使熔池存在的时间 不要太短,防止熔池金属凝固过快。 (2)多层焊接时,要注意消除前层焊缝的熔 渣。。

防止焊缝中产生夹渣物的措施
(3)焊条要适当摆动,随时调整焊条角度和运 条方法,使铁水与熔渣分离,以利于熔渣浮出。 (4)操作时要注意保护熔池,防止空气侵入熔 池。 (5)焊接速度不易太快,保证熔池内的熔渣有充 分的时间上浮。 (6)焊接电流不要太小。

夹渣缺陷在底片上的影像描述
夹渣在底片上影像是黑点、黑条或黑块, 形状不规则,黑度变化无规律,轮廓不圆滑, 有的带棱角。 钨夹渣在底片上是白点。

夹渣物底片上的形态
点状夹渣物

夹渣物底片上的形态
块状夹渣物

夹渣物底片上的形态
条状夹渣

夹渣物底片上的形态
夹钨

未熔合的概念及危害
未熔合是指焊缝金属与母材金属,或焊缝金属 之间未熔化结合在一起的缺陷。 未熔合可分为坡口未熔合,根部未熔合,层间 未熔合。 未熔合是一种面积型缺陷,坡口未熔合,根部 未熔合对承载面积的减小都非常明显应力集中 比较严重,危害大。

未熔合产生的原因
(1)焊接电流过小.焊接速度过快。 (2)焊条角度不对。 (3)产生弧偏吹现象。 (4)焊接处于下坡焊位置,母材未熔化时已 被铁水覆盖。 (5)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。

预防未熔合产生的措施
(1)增加焊接线能量。 (2)将坡口边缘充分熔透。 (3)焊接规范正确,操作得当,焊接速度快 慢均匀,焊条摆动到位。 (4)将坡口表面或坡口底部边缘污物处理干 净。

未熔合在底片上的影像描述
根部未熔合的典型影像是一条细直黑线,线的 一侧轮廓整齐且黑度较大,为坡口钝边痕迹, 另一侧轮廓可能较规则也可能不规则。根部未 熔合在底片上的位置应是焊缝根部的投影位置, 一般在焊缝中间,因坡口形状或投影角度等原 因也可能偏向一边。

未熔合在底片上的影像描述
坡口未熔合的典型影像是连续或断续的黑线, 宽度不一,黑度不均匀,一侧轮廓较齐,黑度 较大,另一侧轮廓不规则,黑度较小,在底片 上的位置一般在焊缝中心至边缘的1/2处,沿焊 缝纵向延伸。 层间未熔合的典型影像是黑度不大的块状阴影, 形状不规则,如伴有夹渣时,夹渣部位的黑度 较大。

未熔合在底片上形态
层间未熔合

未熔合在底片上形态
根部未熔合

未熔合在底片上形态
坡口未熔合

未焊透的概念及危害
未焊透是指母材金属之间没有熔化,焊缝金属 没有进入接头的根部造成的缺陷。 未焊透分为双面未焊透,单面未焊透 未焊透缺陷是一种比较危险的缺陷,其危害性 取决于缺陷的形状、深度和长度。

未焊透产生的原因
(1)焊接电流过小,焊接速度过快。 (2)坡口角度太小。 (3)根部钝边太厚。 (4)坡口间隙太小。 (5)焊条角度不当。 (6)电弧太长。

未焊透在底片上的影像描述
未焊透的典型影像是细直黑线,两侧轮廓都很 整齐,为坡口钝边痕迹,宽度恰好为钝边间隙 宽度。 有时坡口钝边有部分熔化,影像轮廓就变得不 很整齐,现宽度和黑度局部发生变化,但只要 能判断是处于焊缝根部的线性缺陷,应判断为 未焊透。

未焊透在底片上的影像描述
未焊透在底片上处于焊缝根部的投影位置, 一般在焊缝中部,因透照偏,焊偏等原因也可 能偏向一侧,未焊透呈断续或连续分布,有时 能贯穿整张底片。

预防未焊透产生的措施
(1)合理选用坡口型式。 (2)装配间隙要适当。 (3)采用正确的焊接工艺。

未焊透在底片上的形态
未焊透

未焊透在底片上的形态
未焊透

未焊透在底片上的形态
未焊透

裂纹的概念及分类
裂纹的概念 裂纹是指在焊接过程中或焊后,在焊缝或热影 区中局部破裂的缝隙。 焊接裂纹是最危险的缺陷,它降低焊接接头的 强度,裂纹的末端呈尖锐的缺口,焊件承载后, 引起应力集中,成为结构断裂的起源。焊接结 构中不允许有裂纹存在。

裂纹的概念及分类
裂纹的分类 按照裂纹产生的时间和温度的不同可将裂纹分 为下列三种。 (1)热裂纹。 (2)冷裂纹。 (3)再热裂纹。

热裂纹的概念
热裂纹又称结晶裂纹,产生在结晶时的冷却过 程中,主要发生在晶界,为沿晶裂纹,具有晶 间破坏性质,大多产生在焊缝金属中心和弧坑 处纵向为多

热裂纹产生的原因
(1)冶金因素:焊接时熔池的冷却速度很快, 很容易造成偏析(偏析就是合金中纯金属或其 它杂质分布不均匀的现象,杂质集中).被偏 析出的物质大多数为低熔点共晶和杂质,它们 的熔点比焊缝金属低,在结晶过程以“液态间 层”存在.

热裂纹产生的原因
(2)力的因素:焊缝金属开始冷却时,体积 要缩小,由于焊缝金属受热不均匀,周围冷却 金属势必阻止它的收缩,产生拉应力,拉应力 随温度的降低而增大,拉应力在结晶尚未完成, 且有“液态间层”时呈现,就必然产生热裂 纹.

防止产生热裂纹的措施
(1)限制母材和焊接材料中易偏析元素和有害杂质的 含量,主要限制硫含量,提高锰含量. (2)提高焊条或焊剂的碱度,降低杂质含量,改变偏 析程度. (3)改进焊接结构形式,采用合理的焊接顺序,提高 焊接收缩时的自由度. (4)焊接终了断弧时,弧坑冷却速度快,因偏析在弧 坑处形成热裂纹.采用与母材相同的引出板.

冷裂纹的概念
冷裂纹是在焊后冷却300℃以下产生的,有 时在焊后立即出现,有时在焊后几天,几周甚 至更长的时间才出现,此种裂纹也称延迟裂纹 或氢致裂纹,裂纹常产生在热影响区熔合线附 近的过热区中,裂纹平行熔合线穿晶扩展.

冷裂纹产生的原因

(1)淬硬组织: (2)氢的作用. (3)焊接应力的作用.

防止冷裂纹产生的措施
(1)焊前预热,焊后缓慢冷却. (2)焊后即时进行低温退火,去氢处理,消 除焊接时产生的应力,使氢及时扩散到外界 去.加强焊接时的保护和被焊处的处理. (3)选用低氢型焊条和碱性焊剂或奥氏体不 锈钢焊条焊丝,焊材按规定烘干,清理坡口. (4)选用合理的焊接规范,采用合理的装焊 顺序,改善焊件的应力状态.

再热裂纹的概念及产生原因
焊后,焊件在一定温度范围内再次加热(消除 应力热处理或其它加热过程)而产生的裂纹叫 再热裂纹. 产生原因:再热裂纹一般发生在含矾,鉻,钼, 硼等合金元素的低合金高强钢,珠光体耐热钢 及不锈钢中,经受一次焊接热循环后,再加热 到敏感区域而产生的.

防止再热裂纹产生的措施
(1)在满 足设计要求的前提下,焊接材料的 选择可采用低强度,使焊缝强度低于母材,应 力在焊缝中松弛,避免热影响区产生裂纹. (2)尽量减少焊接残余应力和应力集中. (3)合理选择热处理温度,尽可能避开敏感 区范围的温度.

裂纹在底片上的影像描述
底片上裂纹的典型影像是轮廓分明的黑线或黑 丝,线有微小的锯齿,有分叉,粗细和黑度有 时有变化,有些裂纹影像呈较粗的黑线与较细 的黑丝相互缠绕状,线的端部间细,端头前方有时 有丝状阴影延伸.

裂纹在底片上的形态
裂纹

裂纹在底片上的形态
裂纹

裂纹在底片上的形态
裂纹

焊缝外观形状缺陷
焊缝形状缺陷有:焊缝尺寸不符合要求、咬边、 焊瘤、根部内凹、弧坑、电弧擦伤、飞溅等。 (1)焊缝尺寸不符合要求;包括焊缝余高、焊缝 宽度、焊缝余高差、焊缝宽度差、错边量、焊 后变形量。 (2)危害:焊缝成形不美观,形成应力集中。

焊缝外观形状缺陷
焊缝尺寸不符合要求产生的原因 (1)坡口角度不当或钝边及装配间隙不均匀。 (2)焊接工艺参数选择不合理。 (3)正确选择焊接电源极性、焊条直径、运条 方法、焊条角度、焊接速度。 (4)手工电弧焊要选择合适的装配尺寸。

焊缝外观形状缺陷 在底片上形状
成型不良

焊缝外观形状缺陷
咬边: 在沿着焊趾的母材部位造成的缺口。 危害: 咬边减弱了母材的有效面积,减弱了焊接接头 强度,在咬边处产生应力集中易引起裂纹。

焊缝外观形状缺陷
咬边产生的原因: (1)电流过大,电弧过长,焊条角度不正确, 运条方法不当。 防止措施: (1)手工焊接时要选择合适的焊接电流、电弧 电压、焊条角度适当。焊条摆到坡口边缘时要 稍慢一些,中间摆动要快一些。

咬边在底片上的形状
咬边

焊缝外观形状缺陷
焊瘤: 熔化金属溢流到未熔化的母材部分而形成。在 焊瘤的部位,往往存在夹渣缺陷。 危害: 溢流金属与母材之间存在缝隙,由于缺口效应 造成应力集中。

焊缝外观形状缺陷
焊瘤产生的原因: 熔池温度过高,液体金属凝固较慢,在自重的 作用下形成的。 防止措施: 手工焊接时根据不同的焊接位置要选则合适的 焊接工艺参数,严格控制熔池的大小,防止出 现焊瘤。

焊缝外观形状缺陷
凹坑: 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。 弧坑: 焊缝结尾处产生的凹陷现象。 危害: 弧坑使焊缝的有效断面减弱了,降低了焊缝的 承载能力,由于杂质的集中,导致弧坑裂纹。

焊缝外观形状缺陷
凹坑产生的原因: 操作技能差,焊接电流过大,焊条摆动不适当 及焊接层次安排不合理。 ,弧坑是凹坑的一种产生的原因是:熄弧时间 过短,薄板焊接时电流过大。

焊缝外观形状缺陷
防止措施: 提高焊接操作技术,适当摆动焊条以填满凹陷 部分。手工焊接收弧时焊条应在熔池处稍作停 留或作环形运条,待熔池金属填满后再引向一 侧熄弧。埋弧焊接时应分两次按“停止”按钮 或采用引弧板和熄弧板避免弧坑的产生。

焊瘤在底片上的形状
焊瘤

焊缝外观形状缺陷
电弧擦伤:引弧方法不当,使焊件表面留下电 弧的划痕。 产生原因:由于冷却速度快,硬度很高,有脆 化作用。在易淬火的钢中可能会导致该处产生 裂纹。 防止措施:正确引弧。

焊接缺陷的返修
产品结构的焊缝外观不得有表面裂纹、未焊透、 未熔合、表面气孔、弧坑、未填满或肉眼可见 的夹渣及深度大于0.5mm的咬边等缺陷,焊缝 内部有超过无损探伤及相应标准规定的缺陷时, 均应进行返修。

焊接缺陷的返修
焊接缺陷返修工作中,缺陷性质的确定及其定 位是首要问题。缺陷应分为表面缺陷和内部缺 陷。内部缺陷的返修,在缺陷清除后,主要采 用焊补方法,表面缺陷,视缺陷尺寸和形状, 可以采用机械加工方法,有时还必须采用焊补 方法。缺陷清除既要保证缺陷除净,又要便于 焊补,而且也应尽量降低填充金属消耗,以便 提高效率和降低成本。

焊接缺陷的返修
1、缺陷的清除 缺陷的清除可根据材质、板厚、缺陷产生的部 位、大小等情况,选用碳弧气刨、手工铲磨、 机械加工等方法。 2、返修要点 (1)焊缝返修是在产品刚性拘束较大的情况下 进行的,返修次数增加,使金属晶粒粗大并且 硬化,

焊接缺陷的返修
容易产生裂纹,力学性能也会降低。 (2)返修前应制定返修工艺,由有丰富经验的 合格焊工担任返修工作,力争一次成功。 (3)正确地确定缺陷种类、部位、性质对保证 返修质量至关重要。必要时,利用综合无损检 测的方法对焊接缺陷定性定量分析。

焊接缺陷的返修
(4)采用碳弧气刨清除缺陷时应防止夹碳,铜 斑等缺陷,并注意及时清除上述缺陷及氧化皮。 (5)补焊时,应采用多层多道焊,且每层、每 道焊缝的起始和收尾应错开,焊后注意及时消 除残余应力,去氢和改善焊缝组织处理。

焊接缺陷的返修
(6)返修后的焊缝表面,应进行修磨,使其与 原焊缝基本一致,圆滑过渡,以减少应力集中, 避免裂纹。 (7)要求焊后热处理的工件应在热处理前返修, 如在热处理后还需返修时,返修后应再做热处 理。

焊接缺陷的返修
(8)有抗晶腐蚀要求的奥氏体不锈钢产品,返 修后应保证原有设计要求。 3.返修次数 返修次数的限制,因产品条件差异有不同,规 定返修次数一般不超过2-3次。


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