1、题目： 结合生产实例分析焊接缺陷危害及其采取的工艺措施 学 号： 070900100022 姓 名： 指导教师： 专 业： 班 级： 完成时间： 摘 要本文系统地讨论和分析了焊接缺陷定义,分类,焊接工程中缺欠形成的一般条件，缺欠影响和缺欠修复。涉及焊接应力与变形、接头性能变化（强韧性、疲劳强度、蠕变断裂强度与耐蚀性等） 、各类裂纹和气孔等。重点分析了各种影响因素的作用，强调缺欠形成的有关基本概念。金属构件如果存在焊接缺陷,将直接影响到产品的和性能.因此,采取措施,避免焊接缺陷。关键词：金属构件,焊接缺陷,工艺措施，目录1 绪论.;.31.1 选题的目的和意义.31.2 研究的基本内容.32 焊
2、接缺陷概述.32.1 焊接缺陷定义.32.2 常见焊接缺陷.83 焊接缺陷分析.83.1 常见焊接缺陷产生原因.83.2 常见焊接缺陷危害.123.3 常见焊接缺陷防治措施.124 结合生产实例阐述典型焊接工艺措施.134.1 厚板和铸钢件焊接采取工艺措施.134.2 天然气管道下线焊接采取工艺措施.14 5 结论.166 参考文献.177 致谢.18第 2 页1 绪论1.1 选题的目的和意义随着焊接技术的发展和进步，焊接结构的应用越来越广泛，几乎渗透到国民经济的各个领域，如石油与化工设备、起重运输设备、宇宙运载工具、车辆与船舶制造、冶金、矿山、建筑结构及国防工业建设等。很多重要的焊接结构，如
3、压力容器、核反应堆器件、桥梁、船舶等都对其焊接质量有着很高的要求，不允许出现一丝的缺陷，如果出现缺陷，就可能造成巨额的经济损失。情况严重时甚至造成人员的伤亡。在我们身边的许多事物可以触及到焊接的领域，我们生活的环境里存在许多焊接的产物，所以焊接质量的重要性不言而喻。由于焊接结构的特殊性，复杂性和质量的重要性，决定了为确保焊接结构的完整性，可靠性，安全性和使用性，这些就确定了研究焊接缺陷及采取的工艺措施的重要性。1.2 研究的基本内容（1）查阅有关图书和网络收集材料，深入焊接生产实际调查研究掌握第一手资料（2）结合焊接生产的实际现场条件，确定具体的焊接结构，对某些具体缺陷加以讨论分析找出产生缺陷
4、的原因（3）结合具体缺陷采取相应的工艺措施，给出具体实施方案（4）绘出焊接结构图2 焊接缺陷概述2.1 焊接缺陷定义焊接过程中，在焊接接头上产生的金属不连续、不致密或链接不良的现象称为焊接缺陷。焊接缺陷的产生原因十分复杂，既有冶金因素，也有工艺因素，还有应力因素。有时环境因素影响也很大。因此，焊接缺陷各种类较多。焊接检测人员必须熟悉缺陷的种类、特征，才能及时发现缺陷，保证生产顺利进行。焊接缺陷基本上可以分为三类：（1）尺寸上的缺陷包括焊接结构的尺寸误差和焊缝形状不佳等。（2）结构上的缺陷包括气孔、夹渣、非金属夹渣物、融合不良、未焊透、咬边、裂纹、表面缺陷等。（3）性质上的缺陷包括力学性能和化学
5、性质等不能满足焊件的使用要求的缺陷。力学的性能值的是抗拉强度、屈服点、伸长率、硬度、冲击吸收功、塑性、疲劳强度、弯曲角度等。化学性质指的是化学成分和耐腐蚀性等。第 3 页2.2 常见的焊接缺陷 （1）未焊透：母体金属接头处中间（X 坡口）或根部（V、U 坡口）的钝边未完全熔合在一起而留下的局部未熔合。未焊透降低了焊接接头的机械强度，在未焊透的缺口和端部会形成应力集中点，在焊接件承受载荷时容易导致开裂。 （如图 1）某钢板对接焊缝 X 射线照相底片V 型坡口，手工电弧焊，未焊透（图 1）（2）未熔合：固体金属与填充金属之间（焊道与母材之间） ，或者填充金属之间（多道焊时的焊道之间或焊层之间）局部
6、未完全熔化结合，或者在点焊（电阻焊）时母材与母材之间未完全熔合在一起，有时也常伴有夹渣存在。 （如图 2 中未融合）（图 2）（3）气孔：在熔化焊接过程中，焊缝金属内的气体或外界侵入的气体在熔池金属冷却凝固前未来得及逸出而残留在焊缝金属内部或表面形成的空穴或孔隙，视其形态可分为单第 4 页个气孔、链状气孔、密集气孔（包括蜂窝状气孔）等，特别是在电弧焊中，由于冶金过程进行时间很短，熔池金属很快凝固，冶金过程中产生的气体、液态金属吸收的气体，或者焊条的焊剂受潮而在高温下分解产生气体，甚至是焊接环境中的湿度太大也会在高温下分解出气体等等，这些气体来不及析出时就会形成气孔缺陷。尽管气孔较之其它的缺陷其
7、应力集中趋势没有那么大，但是它破坏了焊缝金属的致密性，减少了焊缝金属的有效截面积，从而导致焊缝的强度降低。 （如图 3）某钢板对接焊缝 X 射线照相底片V 型坡口，手工电弧焊，密集气孔（图 3） （4）夹渣与夹杂物：熔化焊接时的冶金反应产物，例如非金属杂质（氧化物、硫化物等）以及熔渣，由于焊接时未能逸出，或者多道焊接时清渣不干净，以至残留在焊缝金属内，称为夹渣或夹杂物。视其形态可分为点状和条状，其外形通常是不规则的，其位置可能在焊缝与母材交界处，也可能存在于焊缝内。另外，在采用钨极氩弧焊打底+手工电弧焊或者钨极氩弧焊时，钨极崩落的碎屑留在焊缝内则成为高密度夹杂物（俗称夹钨） 。 （如图 4）第
8、 5 页W18Cr4V（高速工具钢）-45 钢棒对接电阻焊缝中的夹渣断口照片 钢板对接焊缝 X 射线照相底片V 型坡口，手工电弧焊，局部夹渣钢板对接焊缝 X 射线照相底片V 型坡口，手工电弧焊，两侧线状夹渣 钢板对接焊缝 X 射线照相底片V 型坡口，钨极氩弧焊打底+手工电弧焊，夹钨（图 4） （5）裂纹：焊缝裂纹是焊接过程中或焊接完成后在焊接区域中出现的金属局部破裂的表现。 （如图 5）焊缝金属从熔化状态到冷却凝固的过程经过热膨胀与冷收缩变化，有较大的冷收缩应力存在，而且显微组织也有从高温到低温的相变过程而产生组织应力，更加上母材非焊接部位处于冷固态状况，与焊接部位存在很大的温差，从而产生热应
9、力等等，这些应力的共同作用一旦超过了材料的屈服极限，材料将发生塑性变形，超过材料的强度极限则导致开裂。裂纹的存在大大降低了焊接接头的强度，并且焊缝裂纹的尖端也成为承载后的应力集中点，成为结构断裂的起源。裂纹可能发生在焊缝金属内部或外部，或者在焊缝附近的母材热影响区内，或者位于母材与焊缝交界处等等。根据焊接裂纹产生的时间和温度的不同，可以把裂纹分为以下几类：a.热裂纹（又称结晶裂纹）：产生于焊缝形成后的冷却结晶过程中，主要发生在晶界上，金相学中称为沿晶裂纹，其位置多在焊缝金属的中心和电弧焊的起弧与熄弧的弧坑处，呈纵向或横向辐射状，严重时能贯穿到表面和热影响区。热裂纹的成因与焊接时产生的偏析、冷热
10、不均以及焊条（填充金属）或母材中的硫含量过高有关。b.冷裂纹：焊接完成后冷却到低温或室温时出现的裂纹，或者焊接完成后经过一段时间才出现的裂纹（这种冷裂纹称为延迟裂纹，特别是诸如14MnMoVg、18MnMoNbg、14MnMoNbB 等合金钢种容易产生此类延迟裂纹，也称之为延迟裂纹敏感性钢） 。冷裂纹多出现在焊道与母材熔合线附近的热影响区中，其取向多与熔合线平行，但也有与焊道轴线呈纵向或横向的冷裂纹。冷裂纹多为穿晶裂纹（裂纹穿过晶界进入晶粒） ，其成因与焊道热影响区的低塑性组织承受不了冷却时体积变化第 6 页及组织转变产生的应力而开裂，或者焊缝中的氢原子相互结合形成分子状态进入金属的细微孔隙中
11、时将造成很大的压应力连同焊接应力的共同作用导致开裂（称为氢脆裂纹） ，以及焊条（填充金属）或母材中的磷含量过高等因素有关。c.再热裂纹：焊接完成后，如果在一定温度范围内对焊件再次加热（例如为消除焊接应力而采取的热处理或者其他加热过程，以及返修补焊等）时有可能产生的裂纹，多发生在焊结过热区，属于沿晶裂纹，其成因与显微组织变化产生的应变有关。对接焊缝上的纵向表面裂纹与外咬边的荧光磁粉检测显示照片（照片来源：日本 EISHIN KAGAKU CO.,LTD） 合金钢板对接焊缝 X 射线照相底片V 型坡口，气体保护焊-钨极氩弧焊，横裂纹 厚度 14mm 低合金钢板对接焊缝 X 射线照相底片，X型坡口，
12、自动焊，纵向裂缝（照片来源：焊缝射线照相典型缺陷图谱崔秀一 张泽丰 李伟 编著） （图5） （6）偏析：在焊接时因金属熔化区域小、冷却快，容易造成焊缝金属化学成分分布不均匀，从而形成偏析缺陷，多为条状或线状并沿焊缝轴向分布。（7）咬边与烧穿：这类缺陷属于焊缝的外部缺陷。当母体金属熔化过度时造成的穿透（穿孔）即为烧穿。在母体与焊缝熔合线附近因为熔化过强也会造成熔敷金属与母体金属的过渡区形成凹陷，即是咬边。根据咬边处于焊缝的上下面，可分为外咬边（在坡口开口大的一面）和内咬边（在坡口底部一面） 。咬边也可以说是沿焊缝边缘低于母材表面的凹槽状缺陷。 （如图 6） ）钢板对接焊缝 X 射线照相底片V 型
13、坡口，手工电弧焊，外部咬边 钢板对接焊缝 X 射线照相底片V 型坡口，手工电弧焊，内部咬边（图 6）第 7 页（8） 其他的焊缝外部缺陷还有：焊瘤：焊缝根部的局部突出，这是焊接时因液态金属下坠形成的金属瘤。焊瘤下常会有未焊透缺陷存在，这是必须注意的。内凹或下陷：焊缝根部向上收缩低于母材下表面时称为内凹，焊缝盖面低于母材上表面时称为下陷。 溢流：焊缝的金属熔池过大，或者熔池位置不正确，使得熔化的金属外溢，外溢的金属又与母材熔合。弧坑：电弧焊时在焊缝的末端（熄弧处）或焊条接续处（起弧处）低于焊道基体表面的凹坑，在这种凹坑中很容易产生气孔和微裂纹。焊偏：在焊缝横截面上显示为焊道偏斜或扭曲。加强高（也
14、称为焊冠、盖面）过高：焊道盖面层高出母材表面很多，一般焊接工艺对于加强高的高度是有规定的，高出规定值后，加强高与母材的结合转角很容易成为应力集中处，对结构承载不利。以上的外部缺陷多容易使焊件承载后产生应力集中点，或者减小了焊缝的有效截面积而使得焊缝强度降低，因此在焊接工艺上一般都有明确的规定，并且常常采用目视检查即可发现这些外部缺陷。3 焊接缺陷分析 3.1 常见缺陷产生原因第 8 页(一) 未焊透（1）由于坡口角度小，钝边过大，装配间隙小或错口；所选用的焊条直径过大，使熔敷金属送不到根部。（2）焊接电源小，远条角度不当或焊接电弧偏向坡口一侧；气焊时，火焰能率过小或焊速过快。（3）由于操作不当
15、，使熔敷金属未能送到预定位置，号者未能击穿形成尺寸一定的熔孔。（4）用碱性低氢型焊条作打底焊时，在平焊接头部位也容易产生未焊透。主要是由于接头时熔池溢度低，或采用一点法以及操作不当引起的。(二) 未熔合（1）手工电弧焊时，由于运条角度不当或产生偏弧，电弧不能良好地加热坡口两侧金属，导致坡口面金属未能充分熔化。（2）在焊接时由于上侧坡口金属熔化后产生下坠，影响下侧坡口面金属的加热熔化，造成“冷接” 。（3）横接操作时，在上、下坡口面击穿顺序不对，未能先击穿下坡口后击穿上坡口，或者在上、下坡口面上击穿熔孔位置未能错开一定的距离，使上坡口熔化金属下坠产生粘接，造成未熔合。（4）气悍时火焰能率小，氩弧
16、焊时电弧两侧坡口的加热不均，或者坡口面存在污物等。(三) 焊瘤（1）由于钝边薄，间隙大，击穿熔孔尺寸大。（2）由于焊接电流过大击穿焊接时电弧燃烧，加热时间过长，造成熔池温度增高，溶池体积增大，液态金属因自身重力作用下坠而形成烛瘤，焊瘤大多存在于平焊、立焊速度过慢等。（四）冷缩孔：（1）由于钝边薄，间隙大，击穿熔孔尺寸大。第 9 页（2）由于焊接电流过大击穿焊接时电弧燃烧，加热时间过长，造成熔池温度增高，溶池体积增大，液态金属因自身重力作用下坠而形成烛瘤，焊瘤大多存在于平焊、立焊速度过慢等。（五）气孔（1）因熔池温度低，熔池存在时间短，气体未能在有效时间内逸出，这种情况主要与焊接规范等因素有关。
17、（2）打底击穿焊时，熔敷金属给送的过多，使熔池液态金原较厚，灭弧停歇时间长，造成气体难以全部逸出。（3）由于运条角度不适当，影响了电弧气氛的保护用用，或操作不熟练，不稳以及沿熔池前六坡口间隙方向灭弧都会导致产生气孔。（4）碱性低氢型焊条的药皮比酸性的薄干燥温度又高，因此药皮较脆。采用撞击法引弧很容易将焊条引弧端药皮撞掉，使熔滴失去或减电弧气氛以及熔溢的保护作用，引起焊缝产生气孔，此外，在焊条引弧端的粘接处，也会产生密集的气孔。（5）气焊或氢弧焊时，由于焊口清理不干净，有锈、油污质等，同时操作时，焊接速度过快，焊丝和焊炬的角度，以及摆动不适当等也会产生气孔。（六）夹渣（1）手工电弧焊时，由于运条角度，或操作不当，使熔渣和熔池金属不能良好地分离。（2）由于焊条药皮受潮；药皮开裂或变质，药皮或坡脱落进入熔池又未能充分熔化或反应不完全，使熔？不能浮出熔池表面，而造成夹渣。（3）在中间焊层作填充焊时，由于前层焊道过渡不平调、高低、凹凸不均或焊道清渣不彻底，焊接时熔渣未能熔化浮出而形成层间夹渣。（4）气焊时火焰能率太小或氩弧焊时规范不适当；以及焊丝焊炬角度不适当，焊丝摆动、搅拌熔池操作不当等。
