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1、焊接缺陷培训课件焊焊 接接 概概 述述1 1、焊接的概念、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。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:熔焊接时需要加热: 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.2 2、焊接的特点、焊接的特点: :焊接与其它连接方法有本质的区别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不仅在宏观上建立了永久性的联系性的联系, ,在微观上也建立了组织之间的原子级的内在联系在微观上也建立
2、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焊接比其它连接方法具有更高的强度, ,密封性密封性, ,且质量可靠且质量可靠, ,生生产率高产率高, ,便于实现自动化便于实现自动化. .节省金属节省金属, ,工艺简单工艺简单, ,可以很方便的采用锻可以很方便的采用锻- -焊焊, ,铸铸- -焊等复焊等复合工艺合工艺, ,生产大型复杂的机械结构和零件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接是一个不均匀加热的过程, ,焊后的焊缝易产生焊接应焊后的焊缝易产生焊接应力力, ,易引起变形易引起变形. .3 3、焊接的种类、焊接的种类: :(1)(1)熔化焊熔化焊
3、: :根据焊接的过程可分为三类根据焊接的过程可分为三类: :将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法. .主要有电弧焊主要有电弧焊, ,气焊气焊, ,电渣焊电渣焊, ,等离子弧焊等离子弧焊, ,电子束焊电子束焊, ,激光焊等激光焊等. .(2)(2)压力焊压力焊: :(3)(3)钎焊钎焊: :通过加压和加热的综合作用通过加压和加热的综合作用, ,以实现金属接合的焊接方法以实现金属接合的焊接方法. .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方法. .主要包括电阻焊主要包括电阻焊, ,摩擦焊
4、摩擦焊, ,爆炸焊等爆炸焊等. .主要包括软钎焊和硬钎焊主要包括软钎焊和硬钎焊. .（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：u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能力，特别是接头对产生裂纹的敏感性，也称抗裂性；u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
5、法、制定焊接工艺的重要依据。钢材的焊接性钢材的焊接性（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碳当量，它是评定钢的焊接性的一个参考指标。碳当量（碳当量（Carbon Equivalent)公式公式国际焊接学会日本焊接学会英国BS2462 碳当量越高，裂纹倾向越大，钢的焊接性越差。一般认为：uCeq0.6%时，钢的淬
6、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），（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(焊接工艺评定焊接工艺评定)。焊接过程的特点n n 焊接与炼钢相似，是一个冶炼过程。但这个过程比炼钢焊接与炼钢相似，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。的时间短得多，有它自己的一些特点。uu一、温度高一、温度高 以手工电弧焊为例，其电弧温度高达以手工电弧焊为例，其电弧温度高达6000600080008
7、000，使焊件与电焊条之间发生强烈熔化和蒸发，使焊件与电焊条之间发生强烈熔化和蒸发( (熔熔滴的平均温度达滴的平均温度达180018002400)2400)，外界的气体，外界的气体( (如：如：N2N2、0202、H2H2等等) )大量的分解溶入熔池，其数量比炼钢要大很多倍，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。那么凝固后的金属，有可能产生气孔，使机械性能下降。uu二、温差大二、温差大 焊接是局部加热，从冷态开始至加热熔化，焊接是局部加热，从冷态开始至加热熔化，熔池的温度可达熔池的温度可达17001700以上，其周围又是冷态金属，两者以上
8、，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。者可能产生裂纹，以至断裂。uu三、熔池小，冷却快三、熔池小，冷却快 由于熔池休积小，手工电弧焊只由于熔池休积小，手工电弧焊只有有8 8l 0mm3l 0mm3，自动焊大一些，也不过，自动焊大一些，也不过9 930mm330mm3，焊缝金，焊缝金属从熔化到凝固只有几秒钟，平均冷却速度约在属从熔化到凝固只有几秒钟，平均冷却速度约在4 4100/100/秒，比铸锭冷却速高秒，比铸锭冷却速高10001000倍，在这样短的时间内，倍，在这样短的时间内，冶
9、金反应是不平衡，也就是说是不完善的。因而，焊缝金冶金反应是不平衡，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。属的成份分布不均匀，偏析较大。uu四、组织差别大四、组织差别大 焊接时，温度高，液体金属蒸发，化焊接时，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。微组织差别极大，明显的影响焊接接头性能。焊接缺陷的危害性n n正是由于焊接过程的上述特点，导致该区域焊接
10、缺陷的产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，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：主要表现在以下三个方面：uu1 1）由于缺陷的存在，减少了焊缝的承载截面积，削弱了）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。拉伸强度。uu2 2）由于缺陷形成缺口，缺口尖端会发生应力集中和脆化）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。现像，容易产生裂绞并扩展。uu3 3）缺陷可能穿透筒壁，发生泄漏，影响致密性。）缺陷可能穿透筒壁，发生泄漏，影响致密性。焊接缺陷的分
11、类n n焊接缺陷从宏观上看，可分为：焊接缺陷从宏观上看，可分为：uu裂纹裂纹uu未熔合未熔合uu未焊透未焊透uu夹渣夹渣uu气孔气孔uu形状缺陷（又称焊缝金属表面缺陷或叫接头的几何尺寸缺形状缺陷（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。）陷，如咬边，焊瘤等。）（1）焊接裂纹定义定义 在焊接应力及其它致脆因素共同作用下在焊接应力及其它致脆因素共同作用下, ,焊接接头中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。生的裂缝。焊接裂纹的一般原因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。如钢与母材
12、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。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，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。方可施焊。焊条内含硫、磷、碳高时焊缝容易产生裂纹。硫磷是有害焊条内含硫、磷、碳高时焊缝容易产生裂纹。硫磷是有害元素元
13、素, ,含硫高焊缝有热脆性，含磷高焊缝有冷脆性，焊条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含硫磷量都必须在0.00350.0035以下。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。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。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。热过快也会引起裂纹。uu按其
14、方向可分为纵向裂纹、横向裂纹，辐射状（星状）裂按其方向可分为纵向裂纹、横向裂纹，辐射状（星状）裂纹。纹。uu按发生的部位可分为根部裂纹、弧坑裂纹，熔合区裂纹、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。焊趾裂纹及热影响区裂纹。uu按产生的温度可分为热裂纹（如结晶裂纹、液化裂纹等）、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。及应力腐蚀裂纹。焊接裂纹的分类热裂纹产生原因。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、铜焊缝金属的晶
15、界上存在低熔点共晶体（含硫、磷、铜等杂质等杂质）。）。接头中存在拉应力。接头中存在拉应力。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。1 1、热裂纹（又称结晶裂纹）、热裂纹（又称结晶裂纹）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
16、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。2 2、冷裂纹、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。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。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
