第二章(缺陷及影響因素)-《材料成型檢測技術(shù)》-修改3

第一節(jié)焊接缺陷的概念及分類

第二章焊接缺陷一、焊接缺陷的概念在焊接時(shí)，在構(gòu)件或加工處所產(chǎn)生的不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的缺欠（如不符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求的氣孔、夾雜、裂紋等）稱為焊接缺陷。二、焊接缺陷的分類不同的焊接方法產(chǎn)生的缺陷類型不同，熔化焊產(chǎn)生的焊接缺陷主要有以下幾類：

1、坡口和裝配缺陷

2、焊縫形狀、尺寸和焊縫外部缺陷

3、焊縫內(nèi)部的工藝性缺陷

4、焊接接頭的力學(xué)性能不符合要求

5、焊接接頭和焊縫金屬組織、耐蝕性和其他物理化學(xué)性能不符合要求等第二章

焊接缺陷

國家標(biāo)準(zhǔn)GB6417中將焊接缺陷分為六類：1、裂紋2、固體夾雜3、未熔合和未焊透4、孔穴5、形狀缺陷（新標(biāo)準(zhǔn)為：“形狀和尺寸不良”）6、其他缺陷第二章

焊接缺陷第二節(jié)焊接缺陷的特征及分布一、裂紋

1、裂紋外觀形貌（裂紋的形態(tài)）

2、裂紋產(chǎn)生的溫度范圍

熱裂紋—固相線附近，主要分布在焊縫或熱影響區(qū)的過熱區(qū)，沿晶斷裂。

冷裂紋—Ms點(diǎn)以下，分布在焊縫、HAZ，沿晶、穿晶斷裂。二、氣孔

氣孔是焊接時(shí)，熔池中的氣泡在凝固時(shí)未能逸出而殘留在焊縫中形成的孔穴。不同的氣孔有不同的形態(tài)。主要有條形、蠕蟲狀、球狀等。根據(jù)三、固體夾雜

1、夾渣

2、夾鎢第二章

焊接缺陷四、未焊透和未熔合

1、未熔合

分布特征：坡口側(cè)壁多層焊層間焊縫根部

2、未焊透五、形狀缺陷

1、咬邊

2、焊瘤

3、燒穿和下榻

4、錯(cuò)邊和角變形

5、焊縫尺寸、形狀不符合要求六、其他缺陷第二章

焊接缺陷第三節(jié)、產(chǎn)生（焊接）缺陷的影響因素及質(zhì)量控制對于熔化焊，產(chǎn)生缺陷的影響因素主要有：

1、宏觀因素：材料結(jié)構(gòu)焊接工藝2、微觀元素：冶金方面——結(jié)晶、冶金反應(yīng)等應(yīng)力方面——熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力、應(yīng)力引起的應(yīng)變或變形等。第二章

焊接缺陷一、熱裂紋1、結(jié)晶裂紋（結(jié)晶裂紋的形態(tài)分布）機(jī)理：焊縫金屬凝固后期，低熔共晶液態(tài)薄膜在拉伸應(yīng)力作用下開裂形成裂紋。（1）材料因素

與母材及焊材有關(guān)，材料中S、P雜質(zhì)及C、Ni等含量高；Mn/S不合適等。（2）結(jié)構(gòu)因素

焊縫附近的剛度大——拘束度大、板厚接頭形式不合適接頭附近應(yīng)力集中

第二章

焊接缺陷3）工藝因素焊接線能量——過大；焊接順序——不合適（不能夠自由收縮，內(nèi)拉應(yīng)力增大）；焊縫尺寸——不符合要求（熔深/熔寬過大）；層間溫度——過高。第二章

焊接缺陷2、液化裂紋（HAZ近縫區(qū)液化裂紋）（液化裂紋的形態(tài)分布）

機(jī)理：焊接時(shí)的高溫作用使晶界上的低熔共晶熔化，在拉應(yīng)力作用下開裂形成裂紋。主要沿奧氏體晶界開裂。（1）材料因素只與母材有關(guān)，含有較多的P、S雜質(zhì)及Si、B、Ni、Cr等元素。

B——在Fe、Ni中溶解度很?。?.003%～0.005%），微量的B就易形成晶界偏析，形成B化物和低熔共晶。

Si——對于鋁合金，Si是作為雜質(zhì)存在的，易和Al形成低熔共晶。

（2）結(jié)構(gòu)因素焊縫附近剛度大（厚板、大拘束構(gòu)件）應(yīng)力集中（3）工藝因素焊接線能量——影響最大；熔池形狀——倒草帽形易在熔合線的凹陷處產(chǎn)生。第二章

焊接缺陷3、多邊化裂紋多發(fā)生在純金屬或單相奧氏體合金的焊縫，個(gè)別情況下出現(xiàn)在HAZ固相線稍下的高溫區(qū)，大多呈沿柱狀晶晶界，裂紋附近有再結(jié)晶晶粒，斷口上呈現(xiàn)位移的滑移線。機(jī)理：由于晶格缺陷的遷移和聚集，形成“二次邊界”，即所謂的“多邊化邊界”。邊界上聚集了大量的晶格缺陷，組織的性能差，高溫時(shí)的強(qiáng)度和塑性差，即使微小的拉應(yīng)力就會產(chǎn)生開裂，形成裂紋。（1）材料因素母材合金成分——Cr-Ni單相合金中提高多邊化所需的激活能的元素：Mo、W、Ti、Ta等；高溫δ相也能夠阻礙位錯(cuò)移動(dòng)。（2）結(jié)構(gòu)因素應(yīng)力狀態(tài)——應(yīng)力增加原子的活動(dòng)性，加速多邊化過程。應(yīng)力、應(yīng)力集中等都會增大裂紋傾向。（3）工藝因素溫度越高，多邊化過程所需的時(shí)間越短，加速形成多邊化裂紋。

第二章焊接缺陷4、再熱裂紋焊后在進(jìn)行消應(yīng)力處理或在一定溫度（550℃～650℃）下長時(shí)間工作時(shí)，在HAZ粗晶區(qū)部位產(chǎn)生的裂紋，稱為再熱裂紋或消除應(yīng)力處理裂紋。機(jī)理：在重新加熱時(shí)，粗晶區(qū)的雜質(zhì)在晶界析出使晶界脆化，塑性下降，裂紋敏感性增加(晶界弱化學(xué)說）。另外，鋼中的Cr、Mo、V、Ti、Nb等元素在消應(yīng)力過程中形成C化物析出，造成晶內(nèi)的二次硬化，同時(shí)使晶界相對弱化，應(yīng)力松弛過程中產(chǎn)生的塑性變形集中在晶界，形成再熱裂紋。（1）材料因素：多發(fā)生在低合金高強(qiáng)鋼、珠光體耐熱鋼、奧氏體不銹鋼、鎳基合金等強(qiáng)度高、含有較多C及Cr、Mo、V、Ti、Nb等元素的合金中。

第二章焊接缺陷（2）結(jié)構(gòu)因素設(shè)計(jì)不合理——應(yīng)力集中

坡口形式——拘束度（3）工藝因素焊接時(shí)熱輸入增加使HAZ寬且晶粒粗大；焊縫尺寸及焊接缺陷；焊接順序及后熱時(shí)沒有避開敏感溫度區(qū)（550℃～650℃）等。第二章焊接缺陷二、冷裂紋（冷裂紋產(chǎn)生的部位）延遲裂紋——H致裂紋主要有淬硬脆化裂紋——淬火裂紋低塑性脆化裂紋——如鑄鐵焊接裂紋

1、H致裂紋焊縫中的H分兩種：殘余H和擴(kuò)散H，其中擴(kuò)散H對裂紋的產(chǎn)生起決定性的作用。（1）材料因素鋼中的C、合金元素多；焊材中的H含量較高。（2）結(jié)構(gòu)因素應(yīng)力——結(jié)構(gòu)拘束度大（設(shè)計(jì)不合理）、板厚應(yīng)力集中——焊縫處于應(yīng)力集中區(qū)、坡口形式不合適等（3）工藝因素線能量小冷卻速度快焊材選擇及其處理不當(dāng)焊后處理不當(dāng)?shù)?/p>

第二章

焊接缺陷2、淬火裂紋

焊后立即產(chǎn)生，無延遲現(xiàn)象（1）材料因素主要與材料的淬硬傾向有關(guān)（鋼中的含C及合金元素增加）。高碳鋼、馬氏體鋼及異種鋼焊接時(shí)易出現(xiàn)。（2）結(jié)構(gòu)因素和H致裂紋相同（3）工藝因素焊材——選擇不合適預(yù)熱——溫度不夠后熱——未及時(shí)后熱或后熱溫度低第二章

焊接缺陷3、低塑性脆化裂紋（1）材料因素低塑性材料——鑄鐵、堆焊硬質(zhì)合金、高鉻合金等（2）結(jié)構(gòu)因素拘束度大不均勻的受熱——熱應(yīng)力（3）工藝因素工藝不合適——如鑄鐵冷焊時(shí)應(yīng)采取小電流、分散和短段焊、焊后錘擊、加退火焊道等工藝。

第二章

焊接缺陷三、層狀撕裂（層狀撕裂類型）沿軋制方向出現(xiàn)的一種階梯狀裂紋（臺階狀）。

1、材料因素

與非金屬雜質(zhì)含量及其分布形態(tài)有關(guān)。

2、結(jié)構(gòu)因素

Z向拘束力——厚板焊后殘余應(yīng)力應(yīng)力集中——T形接頭、角接頭和十字接頭等

3、工藝因素線能量過大——過熱、粗晶預(yù)熱及預(yù)熱溫度控制層間溫度第二章

焊接缺陷四、氣孔氣孔可分為：表面氣孔和內(nèi)部氣孔及CO、H和N氣孔等。形成氣孔的氣體分兩類：

——高溫時(shí)溶解到熔池金屬中，凝固和相變時(shí)時(shí)，氣體溶解度突然下降，來不及逸出而殘留在焊縫中（H和N）。

——冶金反應(yīng)產(chǎn)生的不溶入金屬的氣體（CO）。影響因素也是材料、工藝及結(jié)構(gòu)有關(guān)。材料的氧化性焊件和焊材的清潔熔池存在時(shí)間電弧的穩(wěn)定性電弧長度焊絲的干伸長度或?qū)щ娮斓焦ぜ木嚯x保護(hù)氣氛第二章

焊接缺陷五、夾雜（渣）(圖)

夾雜主要有：氧化物、氮化物和硫化物夾渣主要是焊接熔渣等雜物影響因素：材料、工藝等母材和焊材中的夾雜物含量高焊縫脫氧、脫硫不充分保護(hù)不好熔渣的粘度高

Mn/S達(dá)不到要求（?。┖附铀俣瓤旌附泳€能量第二章

焊接缺陷六、未熔合和未焊透

未熔合：主要與材料和焊接工藝有關(guān)表面氧化膜熱物理性能線能量電弧穩(wěn)定性（磁偏吹等）

未焊透：主要與結(jié)構(gòu)、焊接工藝有關(guān)坡口不合適（角度、鈍邊、間隙等）電流小、電壓大焊接速度焊工操作不當(dāng)

第二章

焊接缺陷七、形狀缺陷

1、咬邊主要與工藝有關(guān)電流過大立焊、仰焊運(yùn)條方式及角度等

2、焊瘤主要與結(jié)構(gòu)、工藝有關(guān)坡口角度小電流小、電壓大焊速慢電弧不穩(wěn)定操作不當(dāng)?shù)鹊诙?/p>

焊接缺陷3、燒穿和下榻主要與材料、結(jié)構(gòu)、工藝有關(guān)材料的高溫強(qiáng)度低薄板及管子坡口間隙大、鈍邊小焊接電流大焊速慢無墊板或墊板的托力不夠操作不當(dāng)?shù)?/p>

4、錯(cuò)邊主要與結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理裝配不正確焊接夾具操作不當(dāng)?shù)鹊诙?/p>

焊接缺陷5、角變形主要與結(jié)構(gòu)、工藝有關(guān)坡口形狀（填充金屬量及受熱面積情況等）坡口角度板厚（填充金屬量或焊縫層數(shù)）焊接順序線能量控制措施（反變形等）焊接夾具等第二章

焊接缺陷6、焊縫尺寸、形狀不符合要求與材料、結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)

熔渣的粘度熔渣的表面張力坡口形狀和尺寸裝配間隙焊接規(guī)范不合適（電流、電壓、速度）