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1、焊接缺陷及其控制防治以及焊接质量检验1、 防止因污染而引起脆化工件上的油污是增碳的来源，少量的碳能固溶在钛中，使钛强度极限提高，塑性值下降。微量的铁和其他金属污染能引起严重后果。焊缝附近的铁在400 C 以上时铁渗透到钛部件中，会降低钛的抗腐蚀性，而且钛内部的铁起到供氢渗入的通道作用，钛表面的铁污染间接的引起钛材青翠，所以焊接时加强清理、保护、防止污染是至关重要的。2、线能量对焊接接头金相组织的影响焊接时高温热影响区较宽，焊缝和近缝区易被加热至远高于相变的温度，高温停留时间长，时焊缝和高温热影响区晶粒明显长大，在焊接冷却条件中，相转变 相时呈针状，粗大的晶粒和针状组织使接头脆性增加，塑性下降，
2、所以焊接时应采用较小的线能量。3、焊接气孔的防止板材、焊材、导气管表面不洁净或材料为碳质时，都是氢和碳的来源，以造成气孔。焊接时用较大线能量，由于焊缝中溶解氢向边缘扩散造成气孔主要分布在熔合线附近，且所焊板材较薄，散热条件差熔池高温保留时间长，给惰性气体保护熔池带来了困难。为此，应采用高纯度氩气，同时严格焊前清理。虽为薄板，但不开坡口的板端部也常是未清理或不易清理的污染源，此时熔池形状不如开坡口时有利于坡口逸出。另外， 开坡口可以添加大量焊丝， 一般情况下焊丝的纯净度较母材高，开坡口焊接时熔滴下落高度增加，可增加熔滴净化作用。所以应开坡口焊接，以消除端部的不利影响。此外还要求环境相对湿度90%
3、 ，导气管选用增强塑料管。4、焊接裂纹的防止钛材焊接时，主要产生冷裂纹，对热裂纹不敏感。氢时引起冷裂纹的主要因素，在高温熔池状态下，氢由焊缝向温度较低的热影响区扩散，使热影响区氢浓度增高，325 C时发生共析转变，析出脆性化合物，引起塑性和韧性降低，析出同时引起体积膨胀，而产生较大体积赢利，最后形成裂纹。所以应尽量减少氢的来源。焊缝缺陷是造成锅炉、压力容器失效和事故的主要原因，因此， 必须对焊缝缺陷的危害性有充分的认识。（1） 焊缝弧坑缺陷对焊接接头的强度和应力水平有不利的影响。焊瘤不仅影响了焊缝的外观，而且也掩盖了焊瘤处焊趾的质量情况，往往会在这个部位上出现未熔会缺陷。（2）咬边是一种危险性
4、较大的外观缺陷。它不但减少焊缝的承压面积，而且在咬边根部往往形成较尖锐的缺口，造成应力集中，很容易形成应力腐蚀裂纹和应力集中裂纹。因此， 对咬边有严格的限制。（3）气孔、夹渣等体积性缺陷的危害性主要表现为降低焊接接头的承载能力。如果气孔穿透焊缝表面。介质积存在孔穴内，当介质有腐蚀性时，将形成集中腐蚀，孔穴逐渐变深、变大，以至腐蚀穿孔而泄漏。夹渣边缘如果有尖锐形状，还会在该处形成应力集中。（4）未熔合和未焊透等缺陷的端部和缺口是应力集中的地方，在交变载荷作用下很可能生成裂纹。（5）裂纹是最尖锐的一种缺口，它的缺口根部曲率半径接近于零。尖锐根部有明显的应力集中，当应力水平超过尖锐根部的强度极限时，
5、裂纹就会扩展， 以至贯穿整个截面而造成锅炉压力容器失效。特别是当焊接接头处于脆性状态时，裂纹的扩展速度极快，造成脆性破裂事故。裂纹名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 还会加剧疲劳破坏和应力腐蚀破坏。要保证焊接接头的质量，就应在焊接过程中采用有效措施，防止产生焊接缺陷。（1）防止咬边的措施是电流大小要适当；运条要均匀；焊条角度要正确；焊接电弧要短些；埋弧自动焊的焊速要适当。（2）防止产生气孔的措施是：不得使用药应开裂、
6、剥落、变质、偏心或焊芯锈蚀的焊条；各种类型的焊条或焊剂都应按规定的温度和保温时间进行烘干；焊接坡口及其两侧应清理干净；正确地选择焊接工艺参数；碱性焊条施焊时，应短弧操作。（3）防止产生夹渣的主要措施有：彻底清除渣壳和坡口边缘的氧化度及多层焊道间的焊渣；正确运条，有规律地搅动熔池，促使熔渣与铁水分离；适当减慢焊接速度，增加焊接电流，以改善熔渣浮出条件；选择适宜的坡口角度；调整焊条药皮或焊剂的化学成分，降低熔渣的熔点。焊接缺陷（一）焊接变形工件焊后一般都会产生变形，如果变形量超过允许值，就会影响使用。焊接变形的几个例子如图 2-19 所示。产生的主要原因是焊件不均匀地局部加热和冷却。因为焊接时，焊
7、件仅在局部区域被加热到高温，离焊缝愈近，温度愈高，膨胀也愈大。但是，加热区域的金属因受到周围温度较低的金属阻止，却不能自由膨胀；而冷却时又由于周围金属的牵制不能自由地收缩。结果这部分加热的金属存在拉应力，而其它部分的金属则存在与之平衡的压应力。当这些应力超过金属的屈服极限时，将产生焊接变形；当超过金属的强度极限时，则会出现裂缝。（二）焊缝的外部缺陷1.焊缝增强过高如图 2-20 所示 ,当焊接坡口的角度开得太小或焊接电流过小时，均会出现这种现象。焊件焊缝的危险平面已从M-M 平面过渡到熔合区的N-N 平面， 由于应力集中易发生破坏，因此，为提高压力容器的疲劳寿命，要求将焊缝的增强高铲平。2.焊
8、缝过凹如图 2-21 所示，因焊缝工作截面的减小而使接头处的强度降低。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - 3.焊缝咬边在工件上沿焊缝边缘所形成的凹陷叫咬边，如图 2-22 所示。 它不仅减少了接头工作截面，而且在咬边处造成严重的应力集中。4.焊瘤熔化金属流到溶池边缘未溶化的工件上，堆积形成焊瘤，它与工件没有熔合，见图2-23 。焊瘤对静载强度无影响，但会引起应力集中，使动载强度降低。5.烧穿如图 2-24 所示。烧穿
9、是指部分熔化金属从焊缝反面漏出，甚至烧穿成洞，它使接头强度下降 . （三）焊缝的内部缺陷1.未焊透未焊透是指工件与焊缝金属或焊缝层间局部未熔合的一种缺陷。未焊透减弱了焊缝工作截面，造成严重的应力集中，大大降低接头强度，它往往成为焊缝开裂的根源。2.夹渣焊缝中夹有非金属熔渣，即称夹渣。夹渣减少了焊缝工作截面，造成应力集中，会降低焊缝强度和冲击韧性。3.气孔焊缝金属在高温时，吸收了过多的气体（如H2）或由于溶池内部冶金反应产生的气体（如 CO），在溶池冷却凝固时来不及排出，而在焊缝内部或表面形成孔穴，即为气孔。气孔的存在减少了焊缝有效工作截面，降低接头的机械强度。若有穿透性或连续性气孔存在，会严重
10、影响焊件的密封性。4.裂纹焊接过程中或焊接以后，在焊接接头区域内所出现的金属局部破裂叫裂纹。裂纹可能产生在焊缝上，也可能产生在焊缝两侧的热影响区。有时产生在金属表面，有时产生在金属内部。通常按照裂纹产生的机理不同，可分为热裂纹和冷裂纹两类。（ 1）热裂纹热裂纹是在焊缝金属中由液态到固态的结晶过程中产生的，大多产生在焊缝金属中。其产生原因主要是焊缝中存在低熔点物质（如FeS ，熔点 1193 ），它削弱了晶粒间的联系，当受到较大的焊接应力作用时，就容易在晶粒之间引起破裂。焊件及焊条内含S、Cu 等杂质多时，就容易产生热裂纹。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -
11、 - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 热裂纹有沿晶界分布的特征。当裂纹贯穿表面与外界相通时，则具有明显的氢化倾向。（ 2）冷裂纹冷裂纹是在焊后冷却过程中产生的，大多产生在基体金属或基体金属与焊缝交界的熔合线上。 其产生的主要原因是由于热影响区或焊缝内形成了淬火组织，在高应力作用下，引起晶粒内部的破裂，焊接含碳量较高或合金元素较多的易淬火钢材时，最易产生冷裂纹。焊缝中熔入过多的氢，也会引起冷裂纹。裂纹是最危险的一种缺陷，它除了减少承载截面之外，还会产生严重的应力集中，在使用中裂纹会逐渐扩大，
12、最后可能导致构件的破坏。所以焊接结构中一般不允许存在这种缺陷，一经发现须铲去重焊。焊接的检验对焊接接头进行必要的检验是保证焊接质量的重要措施。因此，工件焊完后应根据产品技术要求对焊缝进行相应的检验，凡不符合技术要求所允许的缺陷，需及时进行返修。焊接质量的检验包括外观检查、 无损探伤和机械性能试验三个方面。这三者是互相补充的，而以无损探伤为主。（一）外观检查外观检查一般以肉眼观察为主，有时用520 倍的放大镜进行观察。通过外观检查，可发现焊缝表面缺陷，如咬边、焊瘤、表面裂纹、气孔、夹渣及焊穿等。焊缝的外形尺寸还可采用焊口检测器或样板进行测量。（二）无损探伤隐藏在焊缝内部的夹渣、气孔、 裂纹等缺陷
13、的检验。目前使用最普遍的是采用X 射线检验，还有超声波探伤和磁力探伤。X 射线检验是利用X 射线对焊缝照相,根据底片影像来判断内部有无缺陷、缺陷多少和类型。再根据产品技术要求评定焊缝是否合格。超声波探伤的基本原理如图2-25 所示。超声波束由探头发出，传到金属中，当超声波束传到金属与空气界面时，它就折射而通过焊缝。如果焊缝中有缺陷，超声波束就反射到探头而被接受，这时荧光屏上就出现了反射波。根据这些名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - -
14、- - - - 反射波与正常波比较、鉴别， 就可以确定缺陷的大小及位置。超声波探伤比X 光照相简便得多，因而得到广泛应用。但超声波探伤往往只能凭操作经验作出判断，而且不能留下检验根据。对于离焊缝表面不深的内部缺陷和表面极微小的裂纹，还可采用磁力探伤。（三）水压试验和气压试验对于要求密封性的受压容器，须进行水压试验和（或） 进行气压试验，以检查焊缝的密封性和承压能力。其方法是向容器内注入1.25 1.5 倍工作压力的清水或等于工作压力的气体（多数用空气），停留一定的时间，然后观察容器内的压力下降情况，并在外部观察有无渗漏现象，根据这些可评定焊缝是否合格。（四）焊接试板的机械性能试验无损探伤可以发
15、现焊缝内在的缺陷，但不能说明焊缝热影响区的金属的机械性能如何，因此有时对焊接接头要作拉力、冲击、弯曲等试验。这些试验由试验板完成。所用试验板最好与圆筒纵缝一起焊成，以保证施工条件一致。然后将试板进行机械性能试验。实际生产中， 一般只对新钢种的焊接接头进行这方面的试验。焊接检验焊接检验内容包括从图纸设计到产品制出整个生产过程中所使用的材料、工具、设备、工艺过程和成品质量的检验，分为三个阶段：焊前检验、焊接过程中的检验、焊后成品的检验。检验方法根据对产品是否造成损伤可分为破坏性检验和无损探伤两类。1）焊前检验焊前检验包括原材料（如母材、焊条、焊剂等）的检验、焊接结构设计的检查等。2）焊接过程中的检
16、验包括焊接工艺规范的检验、焊缝尺寸的检查、夹具情况和结构装配质量的检查等。3）焊后成品的检验焊后成品检验的方法很多，常用的有以下几种：（1）外观检验焊接接头的外观检验是一种手续简便而又应用广泛的检验方法，是成品检验的一个重要内容，主要是发现焊缝表面的缺陷和尺寸上的偏差。一般通过肉眼观察，借助标准样板、 量规和放大镜等工具进行检验。若焊缝表面出现缺陷，焊缝内部便有存在缺陷的可能。（2）致密性检验贮存液体或气体的焊接容器，其焊缝的不致密缺陷，如贯穿性的裂纹、气孔、夹渣、未焊透和疏松组织等， 可用致密性试验来发现。致密性检验方法有：煤油试验、 载水试验、 水冲试验等。（3）受压容器的强度检验受压容器
17、，除进行密封性试验外，还要进行强度试验。常见有水压试验和气压试验两种。它们都能检验在压力下工作的容器和管道的焊缝致密性。气压试验比水压试验更为灵敏和迅速，同时试验后的产品不用排水处理，对于排水困难的产品尤为适用。但试验的危险性比水压试验大。进行试验时，必须遵守相应的安全技术措施，以防试验过程中发生事故。（4）物理方法的检验物理的检验方法是利用一些物理现象进行测定或检验的方法。材料或工件内部缺陷情况的检名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - -
18、- - - - - 查，一般都是采用无损探伤的方法。目前的无损探伤有超声波探伤、射线探伤、渗透探伤、磁力探伤等 射线探伤射线探伤是利用射线可穿透物质和在物质中有衰减的特性来发现缺陷的一种探伤方法。按探伤所使用的射线不同，可分为X 射线探伤、 射线探伤、高能射线探伤三种。由于其显示缺陷的方法不同，每种射线探伤都又分电离法、荧光屏观察法、照相法和工业电视法。射线检验主要用于检验焊缝内部的裂纹、未焊透、气孔、夹渣等缺陷。 超声波探伤超声波在金属及其它均匀介质传播中，由于在不同介质的界面上会产生反射，因此可用于内部缺陷的检验。 超声波可以检验任何焊件材料、任何部位的缺陷， 并且能较灵敏地发现缺陷位置，
19、但对缺陷的性质、形状和大小较难确定。所以超声波探伤常与射线检验配合使用。磁力检验磁力检验是利用磁场磁化铁磁金属零件所产生的漏磁来发现缺陷的。按测量漏磁方法的不同，可分为磁粉法、磁感应法和磁性记录法，其中以磁粉法应用最广。磁力探伤只能发现磁性金属表面和近表面的缺陷，而且对缺陷仅能做定量分析，对于缺陷的性质和深度也只能根据经验来估计。渗透检验渗透检验是利用某些液体的渗透性等物理特性来发现和显示缺陷的，包括着色检验和荧光探伤两种，可用来检查铁磁性和非铁磁性材料表面的缺陷。第四节焊接缺陷与焊接质量检验（1）热裂纹热裂纹是在焊缝金属中由液态到固态的结晶过程中产生的，大多产生在焊缝金属中。其产生原因主要是
20、焊缝中存在低熔点物质（如FeS，熔点 1193 ），它削弱了晶粒间的联系，当受到较大的焊接应力作用时，就容易在晶粒之间引起破裂。焊件及焊条内含S、Cu 等杂质多时，就容易产生热裂纹。热裂纹有沿晶界分布的特征。当裂纹贯穿表面与外界相通时，则具有明显的氢化倾向。（2）冷裂纹冷裂纹是在焊后冷却过程中产生的，大多产生在基体金属或基体金属与焊缝交界的熔合线上。其产生的主要原因是由于热影响区或焊缝内形成了淬火组织，在高应力作用下，引起晶粒内部的破裂，焊接含碳量较高或合金元素较多的易淬火钢材时，最易产生冷裂纹。焊缝中熔入过多的氢，也会引起冷裂纹。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -
21、- - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 裂纹是最危险的一种缺陷，它除了减少承载截面之外，还会产生严重的应力集中，在使用中裂纹会逐渐扩大，最后可能导致构件的破坏。所以焊接结构中一般不允许存在这种缺陷，一经发现须铲去重焊。二、焊接的检验对焊接接头进行必要的检验是保证焊接质量的重要措施。因此，工件焊完后应根据产品技术要求对焊缝进行相应的检验，凡不符合技术要求所允许的缺陷，需及时进行返修。焊接质量的检验包括外观检查、 无损探伤和机械性能试验三个方面。这三者是互相补充的，而以无损探伤为主。（
22、一）外观检查外观检查一般以肉眼观察为主，有时用 520 倍的放大镜进行观察。通过外观检查， 可发现焊缝表面缺陷，如咬边、焊瘤、表面裂纹、气孔、夹渣及焊穿等。焊缝的外形尺寸还可采用焊口检测器或样板进行测量。（二）无损探伤隐藏在焊缝内部的夹渣、气孔、裂纹等缺陷的检验。目前使用最普遍的是采用X 射线检验，还有超声波探伤和磁力探伤。X 射线检验 是利用 X 射线对焊缝照相, 根据底片影像来判断内部有无缺陷、缺陷多少和类型。再根据产品技术要求评定焊缝是否合格。超声波探伤 的基本原理如图2-25 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - -
23、 - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 超声波束由探头发出，传到金属中， 当超声波束传到金属与空气界面时，它就折射而通过焊缝。如果焊缝中有缺陷，超声波束就反射到探头而被接受，这时荧光屏上就出现了反射波。根据这些反射波与正常波比较、鉴别，就可以确定缺陷的大小及位置。超声波探伤比X 光照相简便得多，因而得到广泛应用。 但超声波探伤往往只能凭操作经验作出判断，而且不能留下检验根据。对于离焊缝表面不深的内部缺陷和表面极微小的裂纹，还可采用磁力探伤。（三）水压试验和气压试验对于要求密封性的受压容器，须进行水压试验和（或） 进行气压试
24、验，以检查焊缝的密封性和承压能力。其方法是向容器内注入1.25 1.5 倍工作压力的清水或等于工作压力的气体（多数用空气），停留一定的时间，然后观察容器内的压力下降情况，并在外部观察有无渗漏现象，根据这些可评定焊缝是否合格。（四）焊接试板的机械性能试验无损探伤可以发现焊缝内在的缺陷，但不能说明焊缝热影响区的金属的机械性能如何，因此有时对焊接接头要作拉力、冲击、弯曲等试验。这些试验由试验板完成。所用试验板最好与圆筒纵缝一起焊成，以保证施工条件一致。然后将试板进行机械性能试验。实际生产中， 一般只对新钢种的焊接接头进行这方面的试验。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -