焊接缺陷培训课件

2、冷裂纹
冷裂纹的特征 多出现在焊道与母材熔合线附近的热影响区中，多为穿 晶裂纹，而热裂纹多出现在焊缝。 冷裂纹无氧化色彩，有金属光泽。 冷裂纹多发生在冷却过程甚至很低的温度，区间逐渐产 生的，具有延迟性质，主要是延迟裂纹。 冷裂纹产生原因（三大因素） 焊接接头(焊缝和热影响区及熔合区)的淬火倾向严重，产 生淬火组织，导致接头性能脆化。
焊接接头含氢量较高，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分 子，造成非常大的局部压力，使接头脆化；磷含量过高同 样产生冷裂纹。 存在较大的拉应力。 因氢的扩散需要时间，所以冷裂纹在焊后需延迟一段时 间才出现。由于是氢所诱发的，也叫氢致裂纹。 防止冷裂纹的措施 选用碱性焊条或焊剂，减少焊缝金属中氢的含量，提高焊 缝金属塑性。 焊条焊剂要烘干,减少焊缝金属中扩散氢含量。 焊缝坡口及附近母材要去油、水、除锈，减少氢的来源。
焊接裂纹的分类



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，熔合区裂纹、 焊趾裂纹及热影响区裂纹。 按产生的温度可分为热裂纹（如结晶裂纹、液化裂纹等）、 冷裂纹（如氢致裂纹、层状撕裂等）再热裂纹层状撕裂以 及应力腐蚀裂纹。
1、热裂纹（又称结晶裂纹）
2、焊接的特点:
焊接与其它连接方法有本质的区别,不仅在宏观上建立了永久 性的联系,在微观上也建立了组织之间的原子级的内在联系.
焊接比其它连接方法具有更高的强度,密封性,且质量可靠,生 产率高,便于实现自动化. 节省金属,工艺简单,可以很方便的采用锻-焊,铸-焊等复 合工艺,生产大型复杂的机械结构和零件.
焊接是一个不均匀加热的过程,焊后的焊缝易产生焊接应 力,易引起变形.
3、焊接的种类:
根据焊接的过程可分为三 类: (1)熔化焊: 将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法. 主要有电弧焊,气焊,电渣焊,等离子弧焊,电子束焊,激光焊等.
(2)压力焊: 通过加压和加热的综合作用,以实现金属接合的焊接方法. 主要包括电阻焊,摩擦焊,爆炸焊等.
碳当量（Carbon Equivalent)公式
国际焊接学会 Mn Co Ni Cr Mo V Ceq C 6 15 5 英国BS2462
Mn Si Ni Cr Mo V Cu Ceq C 6 24 13 5 4 15
日本焊接学会
Mn Si Ni Cr Mo V Ceq C 6 24 40 5 4 4
(3)钎焊: 以熔点低于被焊金属熔点的焊料填充接头形成焊缝的焊接 方法. 主要包括软钎焊和硬钎焊.
钢材的焊接性
（一）钢材的焊接性 钢材的焊接性：采用一定焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式的 条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即其对焊接加工的适应性。 焊接性一般包括两个方面：
工艺焊接性：主要指在给定的焊接工艺条件下，形成完好焊接接头的

未焊透产生的一般原因 坡口角度或间隙过小，钝边过大、坡口边缘不齐或装 配不良。 焊接工艺参数选用不当。 焊件坡口表面清理不净、有较厚的油和锈蚀,背面清根 不彻底。
防止未焊透产生的措施 正确选用和加工坡口尺寸。 选择合适的焊接电流和焊接速度，运条摆动要适当，随时注 意调整焊条角度。 认真清除坡口边缘两侧污物，封底焊清根要彻底。
焊 接 概 述
1、焊接的概念
通过加热或加压(或两者并用),并且用(或不用)填充材料,使焊件达 到原子间结合的连接方法。 熔焊接时需要加热: 加热可使被焊金属接头熔化,形成共同的熔池,凝固后连接起来. 固态下焊接时需要加热或加压并加热: 加压力是使被焊金属的连接处产生塑性变形,以增加它们的真实 接触面积. 加热是为了增加金属塑性和原子的扩散能力.

预防措施 正确选择焊接工艺参数，采用合理的焊接电流。 认真操作，消除根部未熔合缺陷产生。 注意层间修整，避免出现沟槽及运条不当而导致未熔合。 正确处理焊接停留时间。
（3）未焊透

定义及特征 焊接时焊接接头底层未完全熔透的现象。未焊透缺陷有 时为表面缺陷（单面焊缝），有时为内部缺陷(双面焊缝)。 未焊透主要影响和削弱截面积引起应力集中，消弱焊接 连接的强度可达60%-80%。没有熔透的缺陷在施工中 经常有发生，重要结构均不允许存在未焊透。


三、熔池小，冷却快 由于熔池休积小，手工电弧焊只 有8～l 0mm3，自动焊大一些，也不过9—30mm3，焊缝金 属从熔化到凝固只有几秒钟，平均冷却速度约在4～ 100℃/秒，比铸锭冷却速高1000倍，在这样短的时间内， 冶金反应是不平衡，也就是说是不完善的。因而，焊缝金 属的成份分布不均匀，偏析较大。 四、组织差别大 焊接时，温度高，液体金属蒸发，化 学元素的烧损，有些元素在焊缝金属和基本金属之间相互 扩散，近缝区段所处的温度又不同，冷却后焊接接头的显 微组织差别极大，明显的影响焊接接头性能。

氮溶入熔池而产生。

气孔产生的一般原因和预防措施 焊接部位不洁净容易产生气孔。因此，焊接部位要求在焊 接前清除油污、铁锈等脏物；使用低氢焊条焊接时要求更 为严格。 焊条和焊剂一定要严格按照规定的温度进行烘焙和保温。 要求采取适宜的焊接规范，不要采用过大的焊接电流。 注意控制母材及焊材的化学成分。 焊接速度过快，焊接时操作不当，电弧拉得过长，使得有 较多气体溶入金属溶液内。 气体保护焊时应调节气体流量至适当值。

定义及特征 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，未熔合常伴有夹渣存在。
（2）未熔合

未熔合产生的一般原因 焊接热输入太低，电弧指向偏斜，坡口侧壁有锈垢及 污物，层间清渣不彻底等。
热裂纹的特征 热裂纹可发生在焊缝区或热影响区,沿焊缝长度方向 分布。 热裂纹的微观特征是沿晶界开裂，所以又称晶间裂 纹。因热裂纹在高温下形成，所以有氧化色彩。 焊后立即可见。

热裂纹产生原因。 焊缝金属的晶界上存在低熔点共晶体（含硫、磷、铜 等杂质）。 接头中存在拉应力。
防止措施 冶金因素方面： 选用适宜的焊接材料，严格控制有害杂质碳、硫、磷的含 量。Fe和FeS易形成低熔点共晶，其熔点为988℃，很容易 产生热裂纹。 缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高 塑性减少偏析。 工艺因素方面： 确定合理的焊接工艺参数，严格控制焊缝截面形状，避免 突高，扁平圆弧过渡。减缓焊缝的冷却速度，以减小焊接 应力。如采用小线能量，焊前预热，合理的焊缝布置等。
工件焊前预热，焊后缓冷（大部分材料的温度可查 表），可降低焊后冷却速度，避免产生淬硬组织， 并可减少焊接残余应力。 采取减小焊接应力的工艺措施，如对称焊，小线能 量的多层多道焊等，焊后进行清除应力的退火处理。 焊后立即进行去氢（后热）处理，加热到250℃，保 温2～6h，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面。
能力，特别是接头对产生裂纹的敏感性，也称抗裂性；
使用焊接性：在给定的焊接工艺条件下，焊接接头在使用条件下安全
运行的能力，包括焊接接头的力学性能和其它特殊性能（如耐高温、耐 腐蚀、抗疲劳等）。
焊接性是金属的工艺性能在焊接过程中的反映，了解及评
价金属材料的焊接性，是焊接结构设计、确定焊接方法、制定焊接工艺 的重要依据。

焊条内含硫、磷、碳高时焊缝容易产生裂纹。硫磷是有害 元素,含硫高焊缝有热脆性，含磷高焊缝有冷脆性，焊条 含硫磷量都必须在0.0035以下。 被焊结构刚性大、构件的焊接顺序不当也容易产生裂纹。 当顺序安排不当时会形成焊接收缩受阻，妨碍焊缝的自由 收缩，以致产生较大的收缩应力而产生焊缝裂纹。 焊接时周围的环境温度低，或在风口散热条件过好造成散 热过快也会引起裂纹。
（二）钢的焊接性评定方法 钢是焊接结构中最常用的金属材料，因而评定钢的焊接 性显得尤为重要。由于钢的裂纹倾向与其化学成分有密切关 系，因此，可以根据钢的化学成分评定其焊接性的好坏。 通常将影响最大的碳作为基础元素，把其它合金元素的 质量分数对焊接性的影响折合成碳的相当质量分数，碳的质 量分数和其它合金元素的相当质量分数之和称为碳当量，它 是评定钢的焊接性的一个参考指标。

定义 焊接时，熔池中的气体在金属凝固时未能逸出而形成的空穴。

（5）气孔
气孔分类 焊缝气孔有三种：氢气孔、一氧化碳气孔、氮气孔。 氢气孔： 高温时，氢在液体中的溶解度很大，大量的氢溶入焊 缝熔池中，而焊缝熔池在热源离开后快速冷却，氢的溶解度急 速下降，析出氢气，产生氢气孔。 一氧化碳气孔：当熔池氧化严重时，熔池存在较多的FeO，在 熔池温度下降时，将发生如下反应： FeO+C = Fe+CO↑ 此时，若熔池已开始结晶，则CO将来不及逸出，便产生CO 气孔。 熔池氧化愈严重，含碳量愈高，越易产生CO气孔。 氮气孔：熔池保护不好时，空气中的
碳当量越高，裂纹倾向越大，钢的焊接性越差。一般认为： Ceq<0.4%时，钢的淬硬和冷裂倾向不大,焊接性良好 Ceq=0.4%～0.6%时，钢的淬硬和冷裂倾向逐渐增加,焊接性 较差,焊接时需要采取一定的预热、缓冷等工艺措施，以防止 产生裂纹； Ceq>0.6%时，钢的淬硬和冷裂倾向严重，焊接性很差，一般 不用于生产焊接结构。 碳当量公式仅用于对材料焊接性的粗略估算，在实际生产 中，应通过直接试验（焊接性试验），模拟实际情况下的结 构、应力状况和施焊条件，在试件上焊接，观察试件的开裂情 况，并配合必要的接头使用性能试验进行评定(焊接工艺评定)。
焊接过程的特点



焊接与炼钢相似，是一个冶炼过程。但这个过程比炼钢 的时间短得多，有它自己的一些特点。 一、温度高 以手工电弧焊为例，其电弧温度高达 6000～8000℃，使焊件与电焊条之间发生强烈熔化和蒸发 (熔滴的平均温度达1800～2400℃)，外界的气体(如：N2、 02、H2等)大量的分解溶入熔池，其数量比炼钢要大很多 倍，那么凝固后的金属，有可能产生气孔，使机械性能下 降。 二、温差大 焊接是局部加热，从冷态开始至加热熔化， 熔池的温度可达1700℃以上，其周围又是冷态金属，两者 温度差巨大，从而使构件产生较大的内应力和变形，严重 者可能产生裂纹，以至断裂。

（4）夹渣

定义及特征 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பைடு நூலகம்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。

夹渣与夹杂的一般原因 坡口角度或焊接电流太小。 焊件边缘有氧割或碳弧气刨熔渣，边缘清理不净，有残留 氧化物铁皮和碳化物等。 酸性焊条时,由于电流小或运条不当形成糊渣。 碱性焊条时,由于电弧过长或极性不正确也会造成夹渣。 预防措施 清除焊道上的杂质、污物，尤其是焊接坡口要保持清洁干 燥，控制铁水与熔渣分离。 按焊接工艺数据要求，选用合适的焊接电流和焊接速度， 运条摆动要适当。 多层焊时,加强焊接过程的层道清理，仔细观察坡口两侧熔 化情况,每一层都要认真清理焊渣。 使用合适规格的焊条、选用适宜的坡口形式及尺寸。
焊接缺陷的分类

焊接缺陷从宏观上看，可分为： 裂纹 未熔合 未焊透 夹渣 气孔 形状缺陷（又称焊缝金属表面缺陷或叫接头的几何尺寸缺 陷，如咬边，焊瘤等。）
（1）焊接裂纹

定义 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新界面产 生的裂缝。 焊接裂纹的一般原因 与母材的化学成分、结晶组织、冶炼方法等有关。如钢 的含碳量越高或合金量越高，钢材的硬度就越高，通常 越容易在焊接时产生裂纹。 焊接时冷却速度高容易产生裂纹。所以焊接时应避开风 口和避免被雨水淋湿。在焊接中，高碳钢或合金钢时， 要根据母材的成分或特性，有的要采取加热保温措施后 方可施焊。
焊接缺陷的危害性




正是由于焊接过程的上述特点，导致该区域焊接缺陷的产 生。焊接缺陷对冶金设备及构件安全运行的危害是巨大的， 主要表现在以下三个方面： 1）由于缺陷的存在，减少了焊缝的承载截面积，削弱了 拉伸强度。 2）由于缺陷形成缺口，缺口尖端会发生应力集中和脆化 现像，容易产生裂绞并扩展。 3）缺陷可能穿透筒壁，发生泄漏，影响致密性。