焊接缺陷.docx

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焊接缺陷

焊接

焊条电弧焊

     焊接接头的主要缺陷

（1）气孔

    气孔是焊接时熔池中的气泡在焊缝凝固时未能逸出而留下来形成的空穴。

    防治措施：

    a）烘干焊条，仔细清理焊件的带焊表面及附近区域；

    b）采用合适的焊接电流，正确操作。

（2）夹渣

    夹渣是焊后残留在焊缝中的熔渣。

    预防措施：

    a）仔细清理带焊表面；

b）多层焊时层间要彻底清渣；

    c）减缓熔池的结晶速度。

    （3）焊接裂纹

    a）热裂

    热裂是焊接过程中，焊接接头的金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹。

    预防措施：

    减小结构刚度、焊前预热、减小合金化、选用抗裂性好的低氢型焊条等。

    b）冷裂

    焊接接头冷却到较低温度时产生的焊接裂纹。

    预防措施：

    a）用低氢型焊条并烘干、清除焊件表面的油污和锈蚀；

    b）焊前预热、焊后热处理。

    （4）未焊透

    未焊透是焊接接头根部未完全熔透的现象。

    产生原因：

    坡口角度或间隙太小、钝边过厚、坡口不洁、焊条太粗、焊速过快、焊接电流太小以及操作不当等所致。

    （5）未溶合

    未溶合是焊缝与母材之间未完全熔化结合的现象。

    产生原因：

    坡口不洁、焊条直径过大及操作不当等造成。

    （6）咬边

    咬边是沿焊趾的母材部分产生的沟槽或凹陷的现象。

    产生原因：

    焊接电流过大、电弧过长、焊条角度不当等所致。

（六）、焊接变形

    1．焊接应力与变形的原因

    焊接时局部加热是焊件产生焊接应力与变形的根本原因。

    2．焊接变形的基本形式

    3．防止与减小焊接变形的工艺措施

（1）反变形法

（2）加余量法

    （3）刚性夹持法

    （4）选择合理的焊接工艺

    4．减小焊接应力的工艺措施

（1）选择合理的焊接顺序

（2）预热法

    （3）焊后退火处理

埋弧自动焊

　　电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，称为埋弧焊。

埋弧焊的引弧、送进焊条一般均由自动装置来完成，因此又称为埋弧自动焊。

（一）、埋弧自动焊的焊接过程

（二）、埋弧自动焊的主要特点

    1、生产率高

    2、焊接质量高而且稳定

    3、节约焊接材料

    4、改善了劳动条件

    5、适用于平焊长直焊缝和较大直径的环形焊缝。

对于短焊缝、曲折焊缝、狭窄位置及薄板的焊接，不能发挥其长处。

  （三）、焊丝和焊剂

  （四）、埋弧自动焊的工艺特点

    1、焊前准备工作要求严格

　　2、焊接熔深大

    3、采用引弧板和引出板

    4、采用焊剂垫或钢垫板

    5、采用导向装置

等离子弧焊与切割

（一）、等离子弧的概念

    1、一般焊接电弧为自由电弧，电弧区只有部分气体被电离，温度不够集中。

    2、当自由电弧压缩成高能量密度的电弧，弧柱气体被充分电离，成为只含有正离子和负离子的状态时，即出现物质的第四态——等离子体。

    等离子弧具有高温（15000~30000K）、高能量密度（480千瓦/厘米2）和等离子流高速运动（最大可数倍与声速）

    3、等离子弧焊的三种压缩效应

（1）机械压缩效应

    在等离子枪中，当高频震荡引弧以后，气体电离形成的电弧通过焊嘴细小喷孔，受到喷嘴内壁的机械压缩。

（2）热压缩效应

    由于喷嘴内冷却水的作用，使靠近喷嘴内壁处的气体温度和电离度急剧降低，迫使电弧电流只能从弧柱中心通过，使弧柱中心电流密度急剧增加，电弧截面进一步减小，这是对电弧的第二次压缩。

    （3）电磁收缩效应

    因为弧柱电流密度大大提高而伴生的电磁收缩力使电弧得到第三次压缩。

    因三次压缩效应，使等离子弧直径仅有3mm左右，而能量密度、温度及气流速度大为提高。

（二）、等离子弧焊的特点

    1、能量密度大，温度梯度大，热影响区小，可焊接热敏感性强的材料或制造双金属件。

    2、电弧稳定性好，焊接速度高，可用穿透式焊接，使焊缝一次双面成型，表面美观，生产率高。

    3、气流喷速高，机械冲刷力大，可用于焊接大厚度工件或切割大厚度不锈钢、铝、铜、镁等合金。

    4、电弧电离充分，电流下限达0.1A以下仍能稳定工作，适合于用微束等离子弧（0.2~30A）焊接超薄板（0.01~2mm），如膜盒、热电偶等。

真空电子束焊

真空电子束焊是利用定向高速运动的电子束流撞击工件使动能转化为热能而使工件熔化，形成焊缝。

  真空电子束焊的特点

    1、在真空中进行焊接，焊缝纯净、光洁，呈镜面，无氧化等缺陷。

    2、电子束能量密度高达108瓦/厘米2，能把焊件金属迅速加热到很高温度，因而能熔化任何难熔金属与合金。

熔深大、焊速快，热影响区极小，因此对接头性能影响小，接头基本无变形。

激光焊

  激光焊是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法。

    激光焊的特点：

      1、激光焊能量密度大，作用时间短，热影响区和变形小，可在大气中焊接，而不需气体保护或真空环境。

      2、激光束可用反光镜改变方向，焊接过程中不用电极去接触焊件，因而可以焊接一般电焊工艺难以焊到的部位。

      3、激光可对绝缘材料直接焊接，焊接异种金属材料比较容易，甚至能把金属与非金属焊在一起。

      4、功率较小，焊接厚度受一定限制。

电阻焊

  电阻焊是在焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的工艺方法。

  电阻焊的种类很多，常用的有点焊、缝焊和对焊三种。

（一）、点焊

点焊是将焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。

点焊主要用于薄板焊接。

    点焊的工艺过程：

    1、预压，保证工件接触良好。

    2、通电，使焊接处形成熔核及塑性环。

    3、断点锻压，使熔核在压力继续作用下冷却结晶，形成组织致密、无缩孔、裂纹的焊点。

（二）、缝焊

    缝焊是将焊件装配成搭接或对接接头，并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。

    缝焊主要用于焊接焊缝较为规则、要求密封的结构，板厚一般在3mm以下。

  （三）、对焊

    对焊是使焊件沿整个接触面焊合的电阻焊方法。

    1、电阻对焊

    电阻对焊是将焊件装配成对接接头，使其端面紧密接触，利用电阻热加热至塑性状态，然后断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法，

    电阻对焊主要用于截面简单、直径或边长小于20mm和强度要求不太高的焊件。

    2、闪光对焊

    闪光对焊是将焊件装配成对接接头，接通电源，使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点，在大电流作用下，产生闪光，使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度时，断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法。

    闪光焊的接头质量比电阻焊好，焊缝力学性能与母材相当，而且焊前不需要清理接头的预焊表面。

闪光对焊常用于重要焊件的焊接。

可焊同种金属，也可焊异种金属；可焊0.01mm的金属丝，也可焊20000mm的金属棒和型材。

摩擦焊

摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦所产生的热量，使端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻完成焊接的一种压焊方法。

  摩擦焊的特点：

    1、由于摩擦，焊件接触表面的氧化膜和杂质被清楚，使焊接接头组织致密，不产生气孔和夹渣等缺陷。

    2、即可焊同种金属，更适合于异种金属的焊接。

    3、生产率高。

钎焊

（一）、钎焊的种类

    根据钎料熔点不同，钎焊分为硬钎焊和软钎焊两种。

    1、硬钎焊

    钎料熔点高于450℃的钎焊为硬钎焊。

    硬钎料有铜基、银基、铝基等合金。

    钎剂常用鹏砂、硼酸、氟化物、氯化物等。

    加热方法有火焰加热、盐浴加热、电阻加热、高频感应加热等。

    硬钎焊接接头强度高达490MPa，适用于受力较大及工作温度较高的工件。

    2、软钎焊

    钎料熔点低于450℃的钎焊为软钎焊。

    常用软钎料为锡铅合金。

    常用钎剂为松香、氯化铵溶液等。

    常用烙铁及其它火焰加热。

（二）、钎焊的特点

    1、焊件加热温度低，金属组织和力学性能变化小，焊件变形小，接头光滑平整，焊件尺寸精确。

　　2、可以焊同种或异种金属。

    3、可焊由多条焊缝组成的复杂形状的焊件。

    4、设备简单。

焊接缺陷

   以图片的形式更简单，不过这些缺陷的描述和防止措施都是以实际生产和应用角度来说明的，并没有站在研究和理论层面上分析，还是挺有实用价值的，特别是在分析机器人焊接的时候用到。

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。

（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。

（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。

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

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

（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）。

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

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，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

（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。

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EISHINKAGAKUCO.,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，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）

（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。

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。

钢板对接焊缝X射线照相底片

V型坡口，手工电弧焊，外部咬边

钢板对接焊缝X射线照相底片

型坡口，手工电弧焊，内部咬边