第七章缺陷的種類及產(chǎn)生的原因

7.1鋼焊縫中常見缺陷及產(chǎn)生原因缺欠與缺陷按GB6417.1-2005，焊接接頭中因焊接產(chǎn)生的金屬不連續(xù)、不致密或連接不良現(xiàn)象稱為缺欠，而超過規(guī)定的缺欠稱為缺陷。7.1.1外觀缺陷（形狀缺陷）外觀缺陷（表面缺陷）是指不用借助于儀器，從工件表面肉眼可以發(fā)現(xiàn)的缺陷。常見的外觀缺陷有咬邊、焊瘤、凹陷及焊接變形等，有時還有表面氣孔和表面裂紋。單面焊的根部未焊透也位于焊縫表面。*現(xiàn)在是1頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.1外觀缺陷1、咬邊1）定義：沿焊趾的母材被電弧熔化時所形成的溝槽或凹陷。它是由于電弧將焊縫邊緣的母材熔化后沒有得到熔敷金屬的充分補充所留下的缺口。常見咬邊形式示意圖接管咬邊實例焊縫咬邊X片影像*現(xiàn)在是2頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.1外觀缺陷2）產(chǎn)生原因：（1）電弧熱量太高，即電流太大（2）運條速度太小而造成的（3）焊條與工件間角度不正確，擺動不合理（4）電弧過長，焊接次序不合理等（5）直流焊時電弧的磁偏吹也是產(chǎn)生咬邊的一個原因（6）某些焊接位置（立、橫、仰）會加劇咬邊。3）危害性：（1）咬邊減小了母材的有效截面積，降低結構的承載能力（2）同時還會造成應力集中，發(fā)展為裂紋源。4）預防措施：（1）選用合理的規(guī)范，（2）采用正確的運條方式都有利于消除咬邊。（3）焊角焊縫時，用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬邊。*現(xiàn)在是3頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.1外觀缺陷2、焊瘤1）定義：焊縫中的液態(tài)金屬流到加熱不足未熔化的母材上或從焊縫根部溢出，冷卻后形成未與母材熔合的金屬瘤即為焊瘤。焊瘤示意圖焊縫焊瘤焊瘤X片影像*現(xiàn)在是4頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.1外觀缺陷2）產(chǎn)生原因：（1）焊接規(guī)范過強、焊條熔化過快、焊條質(zhì)量欠佳（如偏芯）。（2）焊接電源特性不穩(wěn)定及操作姿勢不當?shù)榷既菀讕砗噶?。在橫、立、仰位置更易形成焊瘤。3）危害性：（1）焊瘤常伴有未熔合、夾渣缺陷。（2）此外焊瘤改變了焊縫的實際尺寸，會帶來應力集中。（3）管子內(nèi)部的焊瘤減小了內(nèi)徑，可能造成堵塞。4）預防措施：（1）使焊縫處于平焊位置，正確選用規(guī)范。（2）選用無偏芯焊條，合理操作。*現(xiàn)在是5頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.1外觀缺陷3、凹坑1）定義：凹坑指焊縫表面或背面局部的低于母材的部分。凹坑示意圖焊縫凹坑實例凹坑X片影像*現(xiàn)在是6頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.1外觀缺陷2）產(chǎn)生原因：凹坑多是由于收弧時焊條（焊絲）未作短時間停留造成的（此時的凹坑稱為弧坑），仰、立、橫焊時，常在焊縫背面根部產(chǎn)生內(nèi)凹。3）危害性：凹坑減小了焊縫的有效截面積，弧坑常帶有弧坑裂紋和弧坑縮孔。4）預防措施：（1）施焊時盡量選用平焊位置，選用合適的焊接規(guī)范，（2）收弧時讓焊條在熔池內(nèi)短時間停留或環(huán)形擺動，填滿弧坑。*現(xiàn)在是7頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.1外觀缺陷4、未焊滿1）定義：未焊滿是指焊縫表面上連續(xù)的或斷續(xù)的溝槽

未焊滿示意圖焊縫未焊滿實例未焊滿X片影像*現(xiàn)在是8頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.1外觀缺陷2）產(chǎn)生原因：填充金屬不足是產(chǎn)生未焊滿的根本原因。規(guī)范太弱，焊條過細，運條不當?shù)染鶗е挛春笣M。3）危害性：未焊滿同樣減小了焊縫的有效截面積，削弱了焊縫，也會產(chǎn)生應力集中。同時，由于規(guī)范太弱使冷卻速度增大，容易產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷。4）預防措施：加大焊接電流，加焊蓋面焊縫。*現(xiàn)在是9頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.1外觀缺陷5、燒穿1）定義：燒穿是指焊接過程中，熔深超過工件厚度，熔化金屬自焊縫背面流出，形成穿孔性缺陷。燒穿示意圖焊縫燒穿實例接管燒穿X影像*現(xiàn)在是10頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.1外觀缺陷2）產(chǎn)生原因：（1）焊接電流過大，速度太慢，電弧在焊縫處停留過久，都會產(chǎn)生燒穿缺陷。（2）工件間隙太大，鈍邊太小也容易出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象。3）危害性：燒穿是鍋爐壓力容器壓力管道產(chǎn)品上不允許存在的缺陷，它破壞了焊縫，使接頭喪失聯(lián)接及承載能力。4）預防措施：（1）選用較小電流和合適的焊接速度。（2）減小裝配間隙，在焊縫背面加設墊板或藥墊。（3）使用脈沖焊，能有效地防止燒穿。*現(xiàn)在是11頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.1外觀缺陷6、其他表面缺陷焊縫超高表面粗糙錯邊塌陷表面氣孔弧坑縮孔*現(xiàn)在是12頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.2氣孔1、定義：焊接時，熔池中的氣泡在凝固時未能逸出而殘留下來所形成的空穴。2、氣孔的分類：從形態(tài)分有球狀、針孔、柱孔、條蟲狀；從分布狀態(tài)有均勻分布狀、密集群狀和鏈狀之分；按孔內(nèi)成分有氮氣孔、氫氣孔、二氧化碳和一氧化碳氣孔。球狀氣孔群狀均勻分布氣孔條蟲狀氣孔密集氣孔鏈狀氣孔*現(xiàn)在是13頁\一共有43頁\編輯于星期四典型氣孔金相照片*現(xiàn)在是14頁\一共有43頁\編輯于星期四氣孔的X影像鏈狀氣孔球狀氣孔條蟲狀氣孔均勻群狀氣孔密集狀氣孔群狀氣孔*現(xiàn)在是15頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.2氣孔3、形成機理：熔池金屬在凝固過程中，有大量的氣體要從金屬中逸出來，當金屬凝固速度大于氣體逸出速度，就會形成氣孔。4、產(chǎn)生氣孔的主要原因：1）母材或填充金屬表面有銹，油污等，焊條及焊劑未烘干會增加氣孔量，因為銹、油污及焊條藥皮、焊劑中的水分在高溫下分解為氣體，增加了高溫金屬中氣體的含量。2）焊接線能量過小，熔池冷卻速度大，不利于氣體逸出。3）焊縫金屬脫氧不足也會增加氧氣孔。*現(xiàn)在是16頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.2氣孔5、氣孔的危害性：氣孔減少了焊縫的有效截面積，使焊縫疏松，從面降低了接頭的強度，降低塑性，還會引起泄漏。氣孔也是引起應力集中的因素。氫氣孔還可能促成冷裂紋。6、防止氣孔的措施：①清除焊絲，工作坡口及其附近表面的油污、鐵銹、水分和雜物。②采用堿性焊條、焊劑時，要徹底烘干。③采用直流反接并用短電弧施焊。④焊前預熱，減緩冷卻速度。⑤用偏強的規(guī)范施焊。*現(xiàn)在是17頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.3夾渣1、定義：指焊后殘留在焊縫中的熔渣。2、分類：按渣的成分可分為金屬夾渣（如鎢夾渣、銅夾渣）和非金屬夾渣（如藥皮焊劑形成的熔渣、金屬非金屬夾雜偏析引起的夾雜等）；按形狀可分為點塊狀和條狀；按分布可分為單個點或條狀、密集點塊狀和鏈狀。點狀夾渣條狀夾渣密集點狀夾渣鏈狀夾渣*現(xiàn)在是18頁\一共有43頁\編輯于星期四典型夾渣金相照片*現(xiàn)在是19頁\一共有43頁\編輯于星期四夾渣的X影像條狀夾渣鏈狀夾渣密集點狀夾渣*現(xiàn)在是20頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.3夾渣3、形成機理：熔池中熔化金屬的凝固速度大于熔渣的流動速度，當熔化金屬凝固時，熔渣未能及時浮出熔池而形成。4、產(chǎn)生原因：①坡口尺寸不合理；②坡口有污物；③多層焊時，層間清渣不徹底；④焊接線能量小；⑤焊縫散熱太快，液態(tài)金屬凝固過快；⑥焊條藥皮，焊劑化學成分不合理，熔點過高，冶金反應不完全，脫渣性不好；⑦鎢極性氣體保護焊時，電源極性不當，電流密度大，鎢極熔化脫落于熔池中⑧手工焊時，焊條擺動不正確，不利于熔渣上浮。可根據(jù)以上原因分別采取對應措施以防止夾渣的產(chǎn)生。5、危害性：點狀與氣孔相似，帶有尖角的夾渣會產(chǎn)生應力集中，其尖端還會發(fā)展為裂紋源，其危害遠比氣孔嚴重。*現(xiàn)在是21頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.4裂紋1、定義：在焊接應力及其它致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部部位的金屬原子結合力遭到破壞而形成新的界面所產(chǎn)生的縫隙稱之裂紋。2、裂紋的分類①按尺寸大小可分為宏觀裂紋、微觀裂紋和超顯微裂紋（指晶間或晶內(nèi)裂紋）。宏觀裂紋微觀裂紋超顯微裂紋*現(xiàn)在是22頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.4裂紋②根據(jù)裂紋延伸方向，可分為：縱向裂紋（與焊縫平行）；橫向裂紋（與焊縫垂直）；輻射狀裂紋等。輻射狀裂紋縱向裂紋橫向裂紋*現(xiàn)在是23頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.4裂紋③根據(jù)裂紋發(fā)生部位，可分為：焊縫裂紋；熱影響區(qū)裂紋；熔合區(qū)裂紋；焊趾裂紋；焊道下裂紋；弧坑裂紋等?；】恿鸭y熔合區(qū)裂紋熱影響區(qū)裂紋*現(xiàn)在是24頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.4裂紋④按產(chǎn)生的條件和時機不同可分為:熱裂紋（產(chǎn)生于Ac3線附近的裂紋）結晶裂紋冷裂紋（產(chǎn)生于馬氏體轉(zhuǎn)變溫度M3點200-300℃以下的裂紋）延遲裂紋再熱裂紋（接頭冷卻后再加熱至550～650℃時產(chǎn)生的裂紋）層狀撕裂（金屬中雜質(zhì)偏析在施焊過程中在焊接應力或外拘束應力作用下沿金屬軋制方向開裂應力腐蝕裂紋（在應力和腐蝕介質(zhì)共同作用下產(chǎn)生的裂紋）*現(xiàn)在是25頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.4裂紋3、裂紋形成的原因：一是冶金因素，冶金因素是指由于焊縫產(chǎn)生不同程度的物理與化學狀態(tài)的不均勻。此外，在熱影響區(qū)金屬中，快速加熱和冷卻使金屬中的空位濃度增加，同時由于材料的淬硬傾向降低了材料的抗裂性能。二是力學因素是指由于快熱快冷產(chǎn)生了不均勻的組織區(qū)域，造成焊接接頭金屬處于復雜的應力—應變狀態(tài)。內(nèi)在的熱應力、組織應力、外加的拘束應力以及應力集中相疊加構成了導致接頭金屬開裂的力學條件。4、危害性：（1）裂紋是焊接缺陷中危害性最大的一種。裂紋是一種面積型缺陷，它的出現(xiàn)將顯著減少承載面積。（2）更嚴重的是裂紋端部形成尖銳缺口，應力高度集中，很容易擴展導致破壞。（3）冷裂紋因為其延遲特性和快速脆斷特性，帶來的危害往往是災難性的。世界上的鍋爐壓力容器壓力管道事故絕大部分是由于裂紋引起的脆性破壞。*現(xiàn)在是26頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.4裂紋5、典型裂紋特征分析

①熱裂紋（結晶裂紋）A.形成機理：焊縫金屬在凝固過程中（即在固相線附近的高溫區(qū)內(nèi)），結晶偏析使雜質(zhì)生成的低熔點共晶物富集于晶界，形成“液態(tài)薄膜”，在特定的敏感溫度區(qū)（又稱脆性溫度區(qū)）間，其強度極小，在焊縫金屬凝固收縮而受到的拉應力作用下，最終開裂形成裂紋。如縱向裂紋、枝晶狀橫向裂紋和弧坑裂紋。B.影響因素：一是碳元素及有害雜質(zhì)S、P的含量，隨其增加而產(chǎn)生機率增大；二是隨著冷卻速度加快而增大；三是隨著外加拘束應力增大而增大。C.防止措施：1、減小S、P等有害元素的含量，用含碳量較低的、并加入一定的合金元素（Mo、V、Ti、Nb等以減小柱狀晶和偏析）的焊材焊接；2、采用合理的焊接工藝和焊接規(guī)范，如采用稍大的線能量（熔深較小、多層多道），并改善散熱條件，確保低熔點物質(zhì)全部浮出焊縫金屬；采用預熱后熱處理，減小冷卻速度，以減小焊接應力。*現(xiàn)在是27頁\一共有43頁\編輯于星期四熱裂紋縱向裂紋晶枝狀裂紋弧坑裂紋典型熱裂紋X影像*現(xiàn)在是28頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.4裂紋②冷裂紋A.特征：產(chǎn)生于較低溫度，且大多數(shù)在焊后一段時間之后出現(xiàn)在焊熱影響區(qū)或焊縫上，并沿晶或穿晶、或是兩者共存的開裂，又稱延遲裂紋。B.產(chǎn)生機理：這是因熱影響區(qū)或焊縫局部存在淬硬組織（馬氏體）減小了金屬的塑性儲備，或是接頭內(nèi)有一定的含氫量，且接頭有較大焊接殘余應力使接頭處于較大的拉應力狀態(tài)之下，淬硬組織會開裂，氫會發(fā)生氫致效應而產(chǎn)生裂紋。C.防止措施：采用低氫堿性焊條，及時后熱消氫處理，以減小含氫量；選擇合理的焊接規(guī)范，提高預熱溫度，減慢冷卻速度，防止出現(xiàn)淬硬組織；選擇科學的焊接工藝，采用合理的裝配，焊接順序，以減小焊接變形和焊接應力。*現(xiàn)在是29頁\一共有43頁\編輯于星期四冷裂紋X影像*現(xiàn)在是30頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.4裂紋③再熱裂紋A.特征：再熱裂紋是在焊后的熱處理等再次加熱（其加熱溫度：碳鋼與合金鋼是550～650℃，奧氏體不銹鋼約是300℃）的過程中，主要發(fā)生在熱影響區(qū)的過熱粗晶區(qū)，在焊接殘余應力作用下沿晶界開裂，沉淀強化的鋼種最易產(chǎn)生再熱裂紋。B.產(chǎn)生機理：楔形開裂理論，近縫區(qū)金屬在高溫熱循環(huán)作用下，強化相碳化物（如碳化鉻等）沉積于晶內(nèi)的位錯區(qū)上，使晶內(nèi)強化強度大大高于晶界強化強度，尤其是強化相彌散分布在晶粒內(nèi)時，會阻礙晶粒內(nèi)部調(diào)整，又會阻礙晶粒內(nèi)部的整體變形。這樣，由于應力松弛而帶來的塑性變形就主要由晶界金屬來承擔，于是晶界區(qū)金屬會產(chǎn)生滑移，且在三晶粒交界處產(chǎn)生應力集中而導致沿晶開裂。C.防止措施：熱處理工藝應盡量避開再熱裂紋的敏感溫度或縮短在此溫度區(qū)停留時間，改善合金元素的強化作用和對再熱裂紋的影響；采用適當?shù)暮盖邦A熱和焊后的后熱處理，控制冷卻速度，以降低焊接殘余應力；避免應力集中。*現(xiàn)在是31頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.5未焊透1、定義：焊接時，接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象，也就是焊件的間隙或鈍邊未被熔化而留下的間隙，或是母材金屬之間沒有熔化，焊縫熔敷金屬沒有進入接頭根部所形成的缺陷稱之。未焊透示意圖*現(xiàn)在是32頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.5未焊透2、產(chǎn)生原因：焊接電流小、熔深淺；坡口和間隙尺寸不合理，間隙小或坡口尺寸大；焊條藥皮偏芯度大或是磁偏吹；焊根清理不良。3、危害性：一是減小了焊縫有效截面積，使接頭承載能力降低；二是會引起應力集中，降低焊縫疲勞強度。未焊透是裂紋源，是構件破壞的主要原因之一。4、防止措施：a）使用較大電流來焊接是防止未焊透的基本方法。b）焊角焊縫時，用交流代替直流以防止磁偏吹，c）合理設計坡口并加強清理，用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的產(chǎn)生。d）采用合理的運條速度和角度。e）保證對口質(zhì)量*現(xiàn)在是33頁\一共有43頁\編輯于星期四未焊透X影像*現(xiàn)在是34頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.6未熔合1、定義：熔焊時，焊道與母材之間或焊道與焊道之間未完全熔化結合的部分；點焊時，母材與母材之間未完全熔化結合的部分稱之未熔合。坡口未熔合層間未熔合單V坡口根部未熔合*現(xiàn)在是35頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.6未熔合2、產(chǎn)生原因：焊接電流過小、速度過快；焊條擺動角度不對或磁偏吹；熔池處于下坡焊位置，母材尚未熔化即被鐵水覆蓋；坡口表面有油污物或氧化物。3、危害性：未熔合是一種平面型（或曰面積型）缺陷，不僅減小有效截面積，降低焊縫承載能力，且應力集中效應非常明顯，極易擴展成裂紋，其危害程度僅次于裂紋。4、防止措施：a）采用較大的焊接電流，b）正確地進行施焊操作，c）注意坡口部位的清潔。*現(xiàn)在是36頁\一共有43頁\編輯于星期四未熔合X影像*現(xiàn)在是37頁\一共有43頁\編輯于星期四7.1.7其他焊接缺陷1、焊縫化學成分或組織不符合要求：如焊材與母材匹配不當，或焊接過程中某些元素燒損致使焊縫化學成分變化或組織不符合要求，從而引起焊縫力學性能和耐腐蝕性能的降低。2、過熱和過燒：焊接規(guī)范選用不當時，熱影響區(qū)長時間停留在高溫區(qū)，會使晶粒變得粗大，產(chǎn)生過熱組織。當溫度繼續(xù)升高、停留時間加長，會使晶界發(fā)生氧化或局部熔化出現(xiàn)過燒組織（如燒穿空洞周圍的組織）。過熱組織可以通過熱處理來消除，而過燒組織不可逆轉(zhuǎn)，只有通過清除（返修）處理。3、白點：在拉斷的焊縫金屬斷口面上出現(xiàn)的像魚目狀的白色斑點稱為白點。這是由于焊縫金屬中氫聚集而形成的，危害性極大。*現(xiàn)在是38頁\一共有43頁\編輯于星期四7.2鑄件中常見缺陷及產(chǎn)生原因1．氣孔：凝固時氣體來不及逸出，在金屬表面或內(nèi)部形成圓孔2．夾渣：鐵水中的熔渣沒有與鐵水分離混進鑄件3．夾砂：砂型砂子剝落4．密集氣孔：凝固時金屬收縮5．冷隔：澆鑄溫度低，流動不充分，兩股熔體相遇而未熔合－表面、近表面6．縮孔和疏松：收縮以及補縮不足7．裂紋：形狀不當――收縮應力，熱裂紋和冷裂紋*現(xiàn)在是39頁\一共有43頁\編輯于星期四7.3鍛件中常見缺陷及產(chǎn)生原因1．縮孔和縮管：鍛造不充分，未被鍛合2．疏松：收縮、補縮不足－鍛造不充分未鍛合3．非金屬夾雜物：煉鋼或鑄錠時，混進的硫化物、氧化物或耐火材料4．夾砂：鑄錠時熔渣、耐火材料、夾渣物彌散分布留在鍛件5．折疊：――操作不當，表面局部未結合6．龜裂：較淺的表面缺陷，材料成分不當、表面狀況不好、加熱溫度和加熱時間不適（過高或過低）7．鍛造裂紋：①縮孔殘余引起的裂紋。②皮下氣泡引起的裂紋。③柱狀晶粗大引起的裂紋。④軸芯晶間裂紋引起的鍛造裂紋。⑤非金屬夾雜物引起的裂紋。⑥鍛造加熱不當引起的裂紋。⑦鍛造變形不當引起的裂紋。⑧終鍛溫度過低引起的裂紋。

8．白點：細微裂紋，含氫量高、鍛造殘余應力、熱加工應力、相變應力共同作用。缺陷在斷口上呈銀白色圓點或橢圓形斑點――白點*現(xiàn)在是40頁\一共有43頁\編輯于星期四7.4軋材中常見缺陷及產(chǎn)生原因1、鋼管中的缺陷及其產(chǎn)生原因1）縱裂紋，由于加熱不良，熱處理和加工不當而引起的缺陷。2）橫裂紋，由于軋制過于劇烈，加熱過度或者冷態(tài)加工過多而引起的