中文詞條名:焊接缺陷
英文詞條名:weld defects
焊接過(guò)程的特色:
焊接與煉鋼類(lèi)似,是一個(gè)冶煉過(guò)程。但這個(gè)進(jìn)程比煉鋼的時(shí)光短得多,有它自己的一些特色。
一、溫度高以手工電弧焊為例,其電弧溫度高達(dá)6000~8000℃,使焊件與電焊條之間發(fā)生強(qiáng)烈熔化和蒸發(fā)(熔滴的均勻溫度達(dá)1800~2400℃),外界的氣體(如:N2、02、H2等)大量的分解溶進(jìn)熔池,其數(shù)目比煉鋼要大很多倍,那么凝固后的金屬,有可能產(chǎn)賭氣孔,使機(jī)械性能降落。
二、溫差大 焊接是局部加熱,從冷態(tài)開(kāi)端至加熱融化,熔池的溫度可達(dá)1700℃以上,其四周又是冷態(tài)金屬,兩者溫度差宏大,從而使構(gòu)件產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力和變形,嚴(yán)重者可能發(fā)生裂紋,以至斷裂。
三、熔池小,冷卻快 由于熔池休積小,手工電弧焊只有8~L 0MM3,主動(dòng)焊大一些,也不過(guò)9—30MM3,焊縫金屬?gòu)娜刍侥讨挥袔酌腌姡鶆蚶鋮s速度約在4~100℃/秒,比鑄錠冷卻速高1000倍,在這樣短的時(shí)光內(nèi),冶金反映是不平衡,也就是說(shuō)是不完美的。因而,焊縫金屬的成份散布不均勻,偏析較大。
四、組織差異大 焊接時(shí),溫度高,液體金屬蒸發(fā),化學(xué)元素的燒損,有些元素在焊縫金屬和基礎(chǔ)金屬之間相互擴(kuò)散,近縫區(qū)段所處的溫度又不同,冷卻后焊接接頭的顯微組織差異極大,顯明的影響焊接接頭性能。
焊接缺陷的危害性:
正是由于焊接過(guò)程的上述特色,導(dǎo)致該區(qū)域焊接缺陷的產(chǎn)生。焊接缺陷對(duì)鍋爐壓力容器安全運(yùn)行的傷害是宏大的,主要表示在以下三個(gè)方面:
1)由于缺陷的存在,減少了焊縫的承載截面積,減弱了拉伸強(qiáng)度。
2)由于缺點(diǎn)形成缺口,缺口尖端會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中和脆化現(xiàn)像,輕易發(fā)生裂絞并擴(kuò)大。
3)缺陷可能穿透筒壁,發(fā)生泄露,影響致密性。
焊接缺陷的分類(lèi):
焊接缺陷從宏觀上看,可分為:
裂紋
未熔合
未焊透
夾渣
氣孔
外形缺陷(又稱(chēng)焊縫金屬表面缺陷或叫接頭的幾何尺寸缺陷,如咬邊,焊瘤等。)
1.裂紋(焊接裂紋):
在焊接應(yīng)力及其它致脆因素共同作用下,焊接接頭中局部地域的金屬原子聯(lián)合力遭到損壞而形成的新界面而產(chǎn)生縫隙,稱(chēng)為焊接裂紋。它具有尖利的缺口和大的長(zhǎng)寬比特點(diǎn)。
裂紋是焊接缺陷中傷害性Zui大的一種,焊接構(gòu)造的損壞大部分是由于裂紋造成。 。裂紋是一種面積型缺陷,具有三維尺寸的缺陷稱(chēng)為體積型缺陷,具有二維尺寸(第三維尺寸極?。┑娜毕莘Q(chēng)為面積型缺陷,它的呈現(xiàn)將明顯減少承載截面積,更嚴(yán)重的是裂紋端部形成尖利缺口,應(yīng)力高度集中,很容易擴(kuò)大導(dǎo)致?lián)p壞。
產(chǎn)活力理:
冶金因素 指的是由于焊縫產(chǎn)生不同水平的物理與化學(xué)狀態(tài)的不均勻,如低熔共晶組成元素S、P、SI等發(fā)生偏析、富集導(dǎo)致的熱裂紋。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添,同時(shí)由于材料的淬硬偏向,降低材料的抗裂性能,在必定的力學(xué)因素下,這些都是天生裂紋的冶金因素。
力學(xué)因素 由于快熱快冷產(chǎn)生了不均勻的組織區(qū)域,由于熱應(yīng)變不均勻而導(dǎo)至不同區(qū)域產(chǎn)生不同的應(yīng)力,造成焊接接頭金屬處于龐雜的應(yīng)力——應(yīng)變狀況。內(nèi)在的熱應(yīng)力、組織應(yīng)力和外加的拘謹(jǐn)應(yīng)力,以及應(yīng)力集中相疊加構(gòu)成了導(dǎo)致接頭金屬開(kāi)裂的力學(xué)條件。
按其方向可分為縱向裂紋、橫向裂紋,輻射狀(星狀)裂紋。
按產(chǎn)生的部位可分為根部裂紋、弧坑裂紋,熔合區(qū)裂紋、焊趾裂紋及熱響裂紋。
按產(chǎn)生的溫度可分為熱裂紋(如結(jié)晶裂紋、液化裂紋等)、冷裂紋(如氫致裂紋、層狀撕裂等)以及再熱裂紋。
冷裂紋:焊接接頭冷卻到較低溫度時(shí)(對(duì)于鋼來(lái)說(shuō)在MS溫度,即奧氏體開(kāi)端改變?yōu)轳R氏體的溫度以下)產(chǎn)生的焊接裂紋。Zui主要、Zui常見(jiàn)的冷裂紋為延遲裂紋(即在焊后延遲一段時(shí)間才發(fā)生的裂紋---由于氫是Zui活潑的誘發(fā)因素,而氫在金屬中擴(kuò)散、湊集和誘發(fā)裂紋須要必定的時(shí)光)。
冷裂紋重要產(chǎn)生在熱影響區(qū)和焊縫的根部,基礎(chǔ)上與焊縫軸線垂直。
冷裂紋是無(wú)分叉的純裂紋,電子顯微鏡斷口檢討發(fā)明,它是一種穿晶型裂紋或穿晶與沿晶混雜型裂紋,在淬硬性較大鋼中,一般是沿晶裂紋,而在淬硬性低的鋼中,則是穿晶裂紋。
冷裂紋產(chǎn)生原因:
焊接接頭存在淬硬組織,性能脆化;
擴(kuò)散氫含量較高,使接頭性能脆化,并湊集在焊接缺陷處形成大批氫分子,造成非常大的局部壓力;
存在較大的焊接拉應(yīng)力。
冷裂紋的預(yù)防辦法:
用堿性焊條,減少焊縫金屬中氫含量、進(jìn)步焊縫金屬塑性;
減少氫起源,焊材要烘干,接頭要干凈(無(wú)油、銹、水);
避免發(fā)生淬硬組織,焊前預(yù)熱、焊后緩冷;
降低焊接應(yīng)力,采取公道的工藝規(guī)范,焊后熱處置等;
焊后立即進(jìn)行消氫處置(即加熱到250℃左右,保溫,使焊縫金屬中的擴(kuò)散氫逸出金屬表面)。
熱裂紋:焊接過(guò)程中,焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線鄰近的高溫區(qū)產(chǎn)生的裂紋。
按裂紋產(chǎn)生的機(jī)理、形態(tài)和溫度區(qū)間不同,焊接熱裂紋可分為:凝固裂紋,液化裂紋,多邊化裂紋和失塑裂紋4種
熱裂紋產(chǎn)生的部位:焊接熱裂紋通常產(chǎn)生于焊縫金屬內(nèi),也可能在焊接熔合線附近的熱影響區(qū)組織內(nèi)(母材金屬),發(fā)生在弧坑中的熱裂紋往往是星狀的。
熱裂紋產(chǎn)生的原因:焊縫中低熔點(diǎn)共晶組成元素S、P、SI等產(chǎn)生偏析、富集,導(dǎo)致大批低熔點(diǎn)的共晶物湊集于晶界上,在冷卻結(jié)晶過(guò)程中,焊縫壓縮而產(chǎn)生拉力,使焊縫在高溫時(shí)沿晶界開(kāi)裂,從而產(chǎn)生熱裂紋。
熱裂紋的預(yù)防辦法
冶金方面:把持焊縫化學(xué)成分,嚴(yán)厲節(jié)制會(huì)形成低熔點(diǎn)共晶的雜質(zhì)元素含量;轉(zhuǎn)變焊縫組織狀況,細(xì)化晶粒。
工藝方面:①把持焊縫形狀,從焊接構(gòu)件設(shè)計(jì)和焊接工藝上想法盡量減少在脆性溫度區(qū)間的拉伸應(yīng)變;②合理選用焊接材料(一般選用具有較強(qiáng)脫硫才能的堿性焊條和焊劑);③制訂公道的焊接工藝規(guī)范,選擇合理的焊接方向和焊接次序;④應(yīng)用引弧板,盡量減少焊接熱作用。
再熱裂紋:焊后焊件在必定溫度范疇內(nèi)再次加熱(打消應(yīng)力熱處理或其它加熱過(guò)程)而產(chǎn)生的裂紋。
再熱裂紋產(chǎn)生的部位:通常在熔合線鄰近的粗晶區(qū)中,從焊趾部位開(kāi)端,延向細(xì)晶區(qū)結(jié)束。
再熱裂紋產(chǎn)生的原因:鋼中碳化物形成元素CR、MO、V等的沉淀強(qiáng)化造成的晶內(nèi)二次強(qiáng)化作用。
再熱裂紋機(jī)理:焊接時(shí),熔合線鄰近的熱影響區(qū)金屬被加熱到1300℃以上的高溫,此時(shí)碳化物相繼分解,碳化物形成元素CR、MO、V等溶于奧氏體中。在快冷過(guò)程中,上述元素來(lái)不及析出而以過(guò)飽和的情勢(shì)保存在奧氏體中。焊后再次加熱時(shí),在溫度作用下碳化物從固溶體中析出,在原奧氏體晶粒內(nèi)呈彌散分布,使晶粒顯著強(qiáng)化,即晶粒強(qiáng)度升高,變形艱苦。由于應(yīng)力松馳而產(chǎn)生的塑性變形就會(huì)集中在強(qiáng)度較低的晶界,使之產(chǎn)生滑移,晶界移滑往往顯示出很低的抗變形才能,從而導(dǎo)致晶界開(kāi)裂。
防止產(chǎn)生再熱裂紋的方式:
母材及焊接資料的選用。
預(yù)熱 預(yù)熱溫度為200~450℃。若焊后能及時(shí)后熱,可恰當(dāng)降低預(yù)熱溫度。例如,18MNMONB鋼焊后在180℃熱處置2H,預(yù)熱溫度可降低至180℃。
焊接線能量的把持。一般來(lái)說(shuō),增大線能量可以下降拘謹(jǐn)力,能使再熱裂紋偏向有所減??;若線能量大得使奧氏體晶粒粗化嚴(yán)重,則促使再熱裂紋偏向增大。
利用低強(qiáng)度焊縫, 使焊縫強(qiáng)度低于母材以增高其塑性變形才能。
減少焊接應(yīng)力, 公道地部署焊接次序、減少余高、避免咬邊及根部未焊透等缺陷以減少焊接應(yīng)力。
2. 未 熔 合
是指熔焊時(shí),焊道與母材之間或焊道與焊道之間,未完全熔化聯(lián)合的部分。
點(diǎn)焊時(shí)母材與母材之間未完全熔化聯(lián)合的部分。
未熔合可分為坡口未熔合、焊道之間未熔合(包含層間未熔合)、焊縫根部未熔合。按其間成分不同,可分為白色未熔合(純氣隙、不含夾渣)、玄色未熔合(含夾渣的)。
產(chǎn)活力理:
A.電流太小或焊速過(guò)快(線能量不夠);
B.電流太大,使焊條大半根發(fā)紅而熔化太快,母材還未到熔化溫度便籠罩上往。
C.坡口有油污、銹蝕;
D.焊件散熱速度太快,或起焊處溫度低;
E.操作不當(dāng)或磁偏吹,焊條偏弧等。
未熔合:是一種相似于裂紋的極其危險(xiǎn)的缺陷。未熔合本身就是一種虛焊, 在交變載荷工作狀況下, 應(yīng)力集中,極易開(kāi)裂,是Zui危險(xiǎn)缺陷之一。
3. 未 焊 透
焊接時(shí)接頭根部未完整熔透的現(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(méi)有熔化,焊縫熔敷金屬?zèng)]有進(jìn)進(jìn)接頭的根部造成的缺陷。
未焊透可分為雙面焊未焊透和單面焊未焊透兩種
1. 單V坡口未焊透
2.X坡口未焊透
3.無(wú)坡口未焊透
產(chǎn)生未焊透缺陷的主要原因
焊接電流過(guò)小,焊接速渡過(guò)快;坡口角度太小;根部鈍邊太厚;間隙太??;焊條角度不當(dāng);電弧太長(zhǎng)或偏吹(偏?。┑?。
未焊透的危害性
未焊透也是一種比擬危險(xiǎn)的缺陷,其迫害性取決于缺點(diǎn)的外形、深度和長(zhǎng)度。它除下降焊縫的強(qiáng)度外,也輕易在未焊透區(qū)域延長(zhǎng)成裂紋,導(dǎo)致資料斷裂,尤其持續(xù)未焊透更是一種危險(xiǎn)缺陷。
4.夾 渣
夾渣是指焊縫金屬中殘留有外來(lái)固體物資所形成的缺陷,以及焊后殘留在焊縫中的金屬顆粒。
夾渣是焊接進(jìn)程中比擬輕易產(chǎn)生的缺點(diǎn),通常尤以殘留在焊縫金屬中的熔劑形成的夾渣Zui為常見(jiàn)。
熔劑夾渣:是指焊條藥皮或焊劑不溶物而產(chǎn)生 的夾渣物,偏光顯微鏡報(bào)價(jià)。
金屬夾渣:是指焊縫金屬中殘留的金屬顆粒。 如:鎢金屬。
夾渣在焊縫中的形狀有:?jiǎn)蝹€(gè)點(diǎn)狀?yuàn)A渣、條狀?yuàn)A渣、鏈狀?yuàn)A渣和密集夾渣等 。
按形態(tài):夾渣可分為點(diǎn)狀?yuàn)A渣、塊狀?yuàn)A渣、條狀?yuàn)A渣等。
產(chǎn)生非金屬夾渣的重要原因:
焊接電流太小,焊接速度太快:熔池金屬凝固過(guò)快;運(yùn)條不準(zhǔn)確;鐵水與熔渣分別不好;層間清渣不徹底等。
產(chǎn)生金屬夾渣的重要原因:
焊接電流過(guò)大或鎢極直徑太小,氬氣維護(hù)不良引起鎢極燒損,鎢極觸及熔池或焊絲而剝落。
夾渣的傷害性:
夾渣是一種體積型缺陷,容易被射線照相檢出。夾渣會(huì)減少焊縫受力截面。夾渣的棱角容易引起應(yīng)力集中,成為交變載荷下的疲勞源。
5. 氣 孔
氣孔是指焊接時(shí),熔池中的氣泡在凝固時(shí)未能逸出,而殘留下來(lái)所形成的空穴。
氣孔可分為條蟲(chóng)狀氣孔、針孔、柱孔,按分布可分為密集氣孔,鏈孔等。
氣孔產(chǎn)生部位和形狀
氣孔分內(nèi)氣孔和外氣孔兩種:小的很小,在顯微鏡下才干看到,大的可達(dá)Φ6MM以上。氣孔是由于氣體熔解于液態(tài)金屬內(nèi),在冷卻中金屬熔解度下降,部分氣體打算進(jìn)進(jìn)大氣,但碰到金屬結(jié)晶的阻力,使它不能順利的逸出而殘留于金屬內(nèi),形成了內(nèi)氣孔,或逸在表面形成外氣孔。
氣孔在焊縫中的散布;
有的是單個(gè)氣孔,有的是成群狀或鏈狀氣孔等等。
如焊縫中的單個(gè)球形氣孔。
大批氣孔在焊縫金屬中比較均勻地分布。
焊縫中局部密集氣孔。
與焊縫軸線平行的鏈狀氣孔。
長(zhǎng)度方向與焊縫軸線近似平行的非球形的長(zhǎng)氣孔。
由于氣體上浮引起的管狀孔穴、蟲(chóng)形孔穴的地位和外形是由固化的情勢(shì)和睦體的起源決議的,通常它們是成群或單個(gè)呈現(xiàn)并且成人字形散布。
產(chǎn)賭氣孔的主要原因:
基礎(chǔ)金屬或填充資料表面有銹、油等未清清潔。
焊條及熔劑沒(méi)有充足烘干。
電弧能量過(guò)小或焊速渡過(guò)快。
焊縫金屬脫氧不足。
氣孔的迫害
焊縫中由于氣孔的殘留,必定減少焊縫金屬的有效截面,從而使焊接接頭的強(qiáng)度降低。特殊是密集氣孔會(huì)使焊縫不致密,降低接頭塑性和引起構(gòu)件的焊縫處泄露。
氣孔與裂紋和未焊透比擬,它的迫害性要差一些,所以尺度中容許限量存在。但是,要力求焊縫無(wú)氣孔或盡量減少氣孔數(shù)目。
6.形狀缺陷
表面缺陷,屬于外觀檢討的范疇。
射線照相尺度一般均規(guī)定:
焊縫經(jīng)表面檢驗(yàn)及格后能力進(jìn)行射線照相。但是,有時(shí)一些未經(jīng)外觀檢驗(yàn)或外觀檢驗(yàn)不及格的焊縫也進(jìn)行了射線照相;有些構(gòu)件的某些焊縫難以進(jìn)行外觀檢討的,如帶墊板管件、液化石油氣鋼瓶環(huán)焊縫、無(wú)人孔的小容器合縫、鍋爐聯(lián)箱Zui后組裝的環(huán)焊縫等等這些焊縫的內(nèi)凹和內(nèi)咬邊,都須要無(wú)損探傷才干綜合評(píng)定。
形狀缺陷是指焊縫金屬表面成形不良或其他原因造成的缺陷,包含咬邊、燒穿,根部?jī)?nèi)凹,收縮溝、弧坑、焊瘤,未焊滿,搭接不良等。
①咬邊:沿焊趾的母材部位被電弧融化時(shí)所成的溝槽或凹陷,稱(chēng)咬邊,它有持續(xù)和斷續(xù)之分。在底片的焊縫邊沿(焊趾處),靠母材側(cè)浮現(xiàn)出粗短的玄色條狀影像。黑度不均勻,輪廓不顯明,形狀不規(guī)矩,兩端無(wú)尖角。咬邊可為焊趾咬邊和根部(包部帶墊板的焊根內(nèi)咬邊)咬邊,如圖32所示。
?、诎伎樱▋?nèi)凹):焊后焊縫表面或背面(根部)所形成低于母材的局部低洼部分,稱(chēng)為凹坑(根部稱(chēng)內(nèi)凹),在底片上的焊縫影像中多浮現(xiàn)為不規(guī)矩的圓形黑化區(qū)域,黑度是由邊沿向中心逐漸增大,輪廓不清晰,如圖33所示。
?、蹓嚎s溝(含縮根):焊縫金屬壓縮過(guò)程中,沿背面焊道的兩側(cè)或中間形成的根部收縮溝槽或縮根。在底片焊縫根部焊道影像兩側(cè)或焊道中間涌現(xiàn)的,黑度不均勻,輪廓欠清楚,外形呈米粒狀的玄色影像,如圖34所示
?、軣汉附舆M(jìn)程中,融化金屬由焊縫背面流出后所形成的空泛,稱(chēng)燒穿。它可分為完整燒穿(背面可見(jiàn)洞穴)和不完整燒穿(背面僅能見(jiàn)突出的鼓皰),在底片的焊縫焊接時(shí)流影像中,其形貌多為不規(guī)正的圓形,黑度大而不均勻,輪廓清楚的影像,燒穿大多隨同塌漏同生。如圖35、36所示。
?、莺噶觯杭慈鄯蠼饘僭诘胶缚p在焊縫接頭對(duì)口,由于厚度不同或內(nèi)徑不等(橢圓度)造成的錯(cuò)口而引起的,大多涌現(xiàn)在管子的對(duì)接環(huán)縫中。在底片上的主要特點(diǎn)是在焊根的一側(cè)涌現(xiàn)直線性較強(qiáng)的(顯明可見(jiàn)鈍邊加工痕跡)黑線。輪廓清楚,黑度不均勻,從焊根的焊趾線向焊縫中心是逐漸減小,直至邊界消散??亢父纬傻暮诰€,是之外的母材表面而未與母材熔合在一起所形成的球狀金屬物。在底片上多呈現(xiàn)在焊趾線(并籠罩焊趾)外側(cè)光滑完全的白色半圓形的影像,焊瘤與母材之間為層狀未熔合,瘤中常伴有密集氣孔。如圖37所示。
?、掊e(cuò)口:常發(fā)生邊蝕效應(yīng)所至,如圖38所示
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