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1、第七章,缺陷种类及产生原因,缺陷种类及产生原因,无损检测最主要的用途是探测缺陷。了解材料和焊逢中的缺陷种类和产生原因，有助于正确的选择无损检测方法，正确判断和分析检测结果。,缺陷种类及产生原因,钢焊缝中常见缺陷及产生原因1，外观缺陷外观缺陷指肉眼可以发现的工件表面的缺陷（1）咬边：沿着焊趾，在母材部分形成的凹馅或沟槽。产生原因是因为电弧热量太高，电流太大，运条速度太小，焊条与工件角度不正确，产生的电弧将焊逢边缘的母材熔化没有得到熔轷金属的充分补充所留下的缺口。,缺陷种类及产生原因,（2）焊瘤：焊逢中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢出，冷却后形成未与母材熔合的金属瘤。产生原因是
2、焊接规范过强，焊条熔化过快，焊接电源不稳定以及操作姿态正确形成的，在横，立，仰焊位置更容易形成焊瘤。,缺陷种类及产生原因,（3）凹坑：焊缝表面或背面局部的低于母材的部分。 产生原因是由于收弧时焊条未作短时间停留造成的。横，立，仰焊位置常常在焊缝背面根部产生内凹。（4）未填瞒：焊缝表面上连续的或断续的沟槽。填充金属不足是产生未填瞒的根本原因。规范太弱，焊条过细，运条不当等均会容易产生未填瞒。,缺陷种类及产生原因,（5）烧穿：焊接过程中，熔深超过工件厚度，熔化金属从焊缝背面流出，形成穿孔性缺陷。 焊接电流过大，速度太慢，电弧在焊缝处停留过久产生烧穿。另外工件间隙太大，钝边太小也容易产生烧穿。（6）
3、其他表面缺陷：成形不良，错边，塌陷，表面气孔及弧坑缩孔，各种焊接变形等等。,焊接缺陷及其特征,2，气 孔 气孔是指焊接时，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。 气孔分类：可分为条虫状气孔、针孔、柱孔，按分布可分为密集气孔，链孔等。 产生原因：母材或填充金属表面有锈，油污等，焊条及焊剂未烘干，焊接线能量过小，熔池冷却速度大等 气孔危害：减少截面积，降低强度、塑性、泄漏。,焊接缺陷及其特征,焊接缺陷及其特征,3，夹渣：指焊后熔渣残留于焊缝中的现象。 夹渣又分金属夹渣和非金属夹渣两种。,焊接缺陷及其特征,产生原因：（1）坡口尺寸不合理。（2）坡口有污物。（3）焊接线能量过小。（4）
4、多层焊时，层间清渣不彻底。（5）焊缝散热太快，液态金属凝固过快。（6）药皮，焊剂化学成分不合理，熔点过高，冶金反应不完全，脱渣性不好等。 （7）钨极焊时电流过大，钨极融化脱落焊缝内。（8）手工焊时焊条摆动不真确，熔渣不利于上浮。夹渣危害：点状夹渣与气孔相同，带有尖端夹渣易形成应力集中，可能形成裂纹，危害比较大。,焊接缺陷及其特征,4.裂纹（焊接裂纹）： 在焊接应力及其它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而产生缝隙，称为焊接裂纹。按其尺寸分为宏观、微观、超显微裂纹按其方向可分为纵向裂纹、横向裂纹，辐射状（星状）裂纹按发生的部位可分为根部裂纹、弧坑裂纹，熔
5、合区裂纹、焊趾裂纹及热响裂纹。按产生的条件和时机可分为热裂纹（如结晶裂纹、液化裂纹等）、冷裂纹（如氢致裂纹、层状撕裂等）以及再热裂纹。,焊接缺陷及其特征,a）热裂纹：一般是焊接完毕即出现，又称结晶裂纹，及温度在AC3线附近，液态金属一次结晶时产生的裂纹。这种裂纹沿晶界开裂，裂纹面上有氧化色彩，失去金属光泽，b）冷裂纹：指在焊缝冷至马氏体转变温度MS点（200300）以下产生的裂纹，一般是指在焊后一段时间（几小时，几天甚至更长）才出现，故又称延迟裂纹。c）再热裂纹：接头冷却后在加热至550650时产生的裂纹。再热裂纹产生于沉淀强化材料（如含Cr、Mo、V、Ti、Nb元素的金属材料）的焊接热影响区
6、内的粗晶区发展，呈晶间开裂特征。,焊接缺陷及其特征,e）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。层状撕裂实质上也属冷裂纹，主要是由于钢材在轧制过程中，将硫化物（MnS）、硅酸盐类、A12O3等杂质夹在其中，形成各向异性。在焊接应力或外拘束应力的作用下，金属沿轧制方向伸展的杂质面开裂。,焊接缺陷及其特征,裂纹的危害：裂纹是焊接缺陷中危害最大的一种，它是面积型缺陷，（具有三维尺寸的缺陷称为体积型缺陷，如气孔，夹渣等），具有二维尺寸的缺陷称为面积型缺陷。如裂纹，未熔合等）它的出现将显著减少承载面积，特别是在端部形成尖锐缺口，应力高度集中很容易扩展导致破坏。
7、 尤其是冷裂纹，由于其延迟性和快速脆断性，带来的危害是灾难性的。世界上的承压类特种设备事故绝大部分是由于裂纹引起的脆性破坏。,焊接缺陷及其特征,热裂纹（结晶裂纹）形成机理和防治措施（1）结晶裂纹的形成机理 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
8、纹。弧坑裂纹是另一种形态的常见热裂纹。 热裂纹都是沿晶界开裂，通常发生在杂质较多的碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢等材料焊缝中。,焊接缺陷及其特征,（2）影响热裂纹（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，两者都会增大结晶裂纹的出线机会。c结晶应力与拘束应力的影响。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。,焊接缺陷及其特征,3）防止结晶裂纹的措施a降低钢材和焊材的碳含量，减少硫、磷等有
9、害元素的含量。b加入一定的合金元素，减少柱状晶和偏析。如加入钼、钒、钛、铌等细化晶粒。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二不存在于焊缝中。d合理选用焊接规范，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。,焊接缺陷及其特征,4）在热裂纹形成机理和防止措施（1）再热裂纹的特征a再热裂纹产生于焊接热影响区的过热粗晶区，产生于焊后热处理等再次加热的过程中。b再热裂纹的产生温度：550650。c再热裂纹为晶界开裂（沿晶开裂）。d最易产生于沉淀强化的钢种中。e与焊接残余应力有关。,焊接缺陷及其特征,（2）再热裂纹的产生机理再热裂纹的产生机理有多种解释，其中楔
10、形开裂理论的解释如下：近缝区金属在高温热循环作用下，强化相碳化物（如碳化钛、炭化钒、碳化铌、碳化铬等）沉积在晶内的位错区上，使晶内强化程度大大高于境界强化，尤其是当强化相弥散分布在晶粒内时，会阻碍晶粒内部的局部调整，又会阻碍晶粒的整体变形。这样，由于应力松弛带来的塑性变形就主要由晶界金属来承担，于是，晶界区金属会产生滑移，且在三晶粒交界处产生应力集中，就会产生裂纹。,焊接缺陷及其特征,（3）再热裂纹的防止a注意冶金元素的强化作用及其对再热裂纹的影响。b.合理预热或采用后热，控制冷却速度。C降低残余应力避免应力集中。d回火处理时尽量避开再热裂纹的敏感温度区，或缩短在此温度区内的停留时间。,焊接缺
11、陷及其特征,（5）冷裂纹形成机理和防止措施1）冷裂纹的特征a产生于较低温度，且产生与焊后一段时间以后，故又称延迟裂纹。b主要产生于热影响区，也有发生在焊缝区的。c冷裂纹可能是沿晶开裂、穿晶开裂或两个混合出现。d.冷裂纹引起的构件破坏是典型的脆断。,焊接缺陷及其特征,2）冷裂纹产生机理a淬硬组织（马氏体）减小了金属的塑性储备。b焊接残余应力使焊缝受拉。c接头金属内含有较多的原子太的氢。含氢量和拉应力是冷裂纹产生的两个重要因素。一般来说，金属内部原子的排列并非完全有序的，而是有许多微观缺陷。在拉应力的作用下，原子氢向高应力区（缺陷部位）扩散聚集。当氢聚集到一定浓度时，就会破坏金属中原子的结合键。金
12、属内就出现一些微观裂纹。应力不断作用，氢不断聚集，微观裂纹不断地扩展，直至发展为宏观裂纹，最后断裂。,焊接缺陷及其特征,防止冷裂纹的措施a.采用低氢型碱性焊条，严格烘干，在100150下保存，随取随用。b.提高预热温度，采用后热措施，并保证层间温度不小于预热温度，选择合理的焊接规范，避免焊缝中出现淬硬组织。c.选用合理的焊接顺序，减少焊接变形和焊接应力。d.焊后及时进行消氢热处理。,焊接缺陷及其特征,焊接缺陷及其特征,2.未 熔 合 是指熔焊时，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。 未熔合可分为坡口未熔合、焊道之间未熔合（包括层间未熔合）、焊缝根部未熔合。,1.侧面未熔合 2
13、 层间未融合 3单V坡口根部未融合 4 X坡口根部未融合,焊接缺陷及其特征,产生未熔合缺陷的原因：a.焊接电流过小；b.焊接速度过快；c.焊条角度不对；d.产生了弧偏吹显像；e.焊接处于下坡焊位置，母材未熔化时已被铁水复盖；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等。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面积的减小都非常明显，应力集中也比较严重，其危害性仅次于裂纹。,焊接缺陷及其特征,焊接缺陷及其特征,未 焊 透 焊接时接头根部未完全熔透的现象，也就是焊件的间隙或钝边未被熔化而留下的间隙，或是母材金属之间没有熔化，焊缝熔敷金属没有进入接头的根部造成的缺
14、陷。 未焊透可分为双面焊未焊透和单面焊未焊透两种 1. 单V坡口未焊透 2X坡口未焊透 3无坡口未焊透,焊接缺陷及其特征,(4)未焊透未焊透指母材金属未融化，焊缝金属没有进入接头根部的现象。产生未焊透的原因a.焊接电流小，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 未焊透的危害之一是减少了焊缝的有效截面积，使接头强度下降。其次，未焊透引起的应力集中严重降低焊缝的疲劳强度，所造成的危害比强度下降的危害大得多。未焊透可能成为裂纹源，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。另外，焊角焊
15、缝时，用交流代替直流以防止磁偏吹，合理设计坡口并加强清理，用短弧等措施也可有效防止未焊透的产生。,焊接缺陷及其特征,焊接缺陷及其特征,3其它焊接缺陷a.焊缝化学成分或组织成分不符合要求：焊材与母材匹配不当，或焊接过程中元素烧损等原因，容易使焊缝金属的化学成份发生变化，或造成焊缝组织不符合要求。这可能带来焊缝的力学性能的下降，还会影响接头的耐蚀性能。焊缝化学成分或组织成分可以采用元素分析、金相等方法进行检测，常规无损检测方法不能检出焊缝化学成分或组织成分方面的问题。b.过热和过烧：若焊接规范使用不当，热影响区长时间在高温下停留，会使晶粒变得粗大，即出现过热组织。若温度进一步升高，停留时间加长，可
16、能使晶界发生氧化或局部熔化，出现过烧组织。过热可通过热处理来消除，而过烧是不可逆转的缺陷。过热和过烧缺陷主要通过金相等方法进行检测，常规无损检测方法不能检出过热和过烧缺陷。c.白点：在焊缝金属的拉断面上出现的象鱼目状的白色斑点，即为白点。白点是由于大量氢聚集而造成的，危害极大。工件中的白点可以采用超声波进行检测，断口处的白点可以采用金相或渗透等方法进行检测。,焊接缺陷及其特征,二，铸件中常见缺陷 铸件是承压类特种设备中较少的工件，所以对常见缺陷在这里只是简单介绍： 其常见缺陷有： 气孔 夹渣 夹砂 密集气孔 冷隔 缩孔和疏松 裂纹。,焊接缺陷及其特征,三，锻件中常见缺陷 锻件是承压类特种设备中
17、较重要的工件，但是也是较少见的材料。 其常见缺陷有：缩孔疏松非金属夹杂物夹砂折叠龟裂锻造裂纹白点等。,焊接缺陷及其特征,四，扎材中常见缺陷扎材的种类包括管，棒，板，丝，钢轨和其它型材。钢管其常见缺陷有：纵向裂纹横向裂纹表面划伤和直道翘皮和折叠分层。,焊接缺陷及其特征,四，扎材中常见缺陷扎材的种类包括管，棒，板，丝，钢轨和其它型材。钢管其常见缺陷有：纵向裂纹横向裂纹表面划伤和直道翘皮和折叠分层。,焊接缺陷及其特征,钢棒和型材其常见缺陷有：内部缺陷：未压合芯部裂纹偏析白点非金属夹杂物表面缺陷：发纹小裂纹翘皮折叠等,焊接缺陷及其特征,钢板其常见缺陷有：分层裂纹线状缺陷非金属夹杂物夹渣翘皮折叠等。,焊接缺陷及其特征,五，使用中常见缺陷1，疲劳裂纹 2，应力腐蚀裂纹 3，氢损伤 4，晶间腐蚀， 5，各种局部腐蚀。,