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常见问题
钢材的常见焊接缺陷有哪些?原因分析及其防治措施有哪些?
2020-10-16 15:31:02    来源:    浏览:12次
  常见的焊接缺陷(内部缺陷):
  (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。
  原因分析造成未焊透的主要原因是:对口间隙过小、坡口角度偏小、钝边厚、焊接线能量小、焊接速度快、焊接操作手法不当。防治措施⑴对口间隙严格执行标准要求,最好间隙不小于2㎜。⑵对口坡口角度,按照壁厚和DL/T869-2004《火力发电厂焊接技术规程》的要求,或者按照图纸的设计要求。一般壁厚小于20㎜的焊口采用V型坡口,单边角度不小于30°,不小于20㎜的焊口采用双V型或U型等综合性坡口。⑶钝边厚度一般在1㎜左右,如果钝边过厚,采用机械打磨的方式修整,对于单V型坡口,可不留钝边。⑷根据自己的操作技能,选择合适的线能量、焊接速度和操作手法。⑸使用短弧焊接,以增加熔透能力。
  (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。
  原因分析造成未熔合的主要原因是焊接线能量小,焊接速度快或操作手法不恰当。防治措施⑴适当加大焊接电流,提高焊接线能量;⑵焊接速度适当,不能过快;⑶熟练操作技能,焊条(枪)角度正确。
  (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。
  根本原因是焊接过程中,焊接本身产生的气体或外部气体进入熔池,在熔池凝固前没有来得及溢出熔池而残留在焊缝中。
  防治措施预防措施主要从减少焊缝中气体的数量和加强气体从熔池中的溢出两方面考虑,主要有以下几点:⑴焊条要求进行烘培,装在保温筒内,随用随取;⑵焊丝清理干净,无油污等杂质;⑶焊件周围10~15㎜范围内清理干净,直至发出金属光泽;⑷注意周围焊接施工环境,搭设防风设施,管子焊接无穿堂风;⑸氩弧焊时,氩气纯度不低于99.95%,氩气流量合适;⑹尽量采用短弧焊接,减少气体进入熔池的机会;⑺焊工操作手法合理,焊条、焊枪角度合适;⑻焊接线能量合适,焊接速度不能过快;⑼按照工艺要求进行焊件预热。
  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)。
  原因分析⑴焊件清理不干净、多层多道焊层间药皮清理不干净、焊接过程中药皮脱落在熔池中等;⑵电弧过长、焊接角度部队、焊层过厚、焊接线能量小、焊速快等,导致熔池中熔化的杂质未浮出而熔池凝固。
  防治措施⑴焊件焊缝破口周围10~15㎜表面范围内打磨清理干净,直至发出金属光泽;⑵多层多道焊时,层间药皮清理干净;⑶焊条按照要求烘培,不使用偏芯、受潮等不合格焊条;⑷尽量使用短弧焊接,选择合适的电流参数;⑸焊接速度合适,不能过快。
  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
  (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,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 编着)
  (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。
  焊瘤、内凹或下陷原因分析造成这些缺陷的原因是:对口间隙大,钝边薄、宽,熔池温度过高,熔池存在一个地方时间过长,对熔池的控制不当造成的,在形成凹陷缺陷时,电弧的推力不够也是重要原因。
  防治措施⑴对口间隙符合标准要求,一般为2~3㎜;对于对口间隙不均匀的焊口,用机械打磨等方法设法修整到规定要求。⑵对于坡口钝边不符合要求的进行打磨修整至规定要求。⑶选择合适的焊接线能量以及合适的焊接速度,控制熔池温度在合适的范围,不过高。⑷仰焊部位焊接尽量采用短弧焊接,增强电弧推力。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。
  外部缺陷
  一、焊缝成型差1、现象焊缝波纹粗劣,焊缝不均匀、不整齐,焊缝与母材不圆滑过渡,焊接接头差,焊缝高低不平。2、原因分析焊缝成型差的原因有:焊件坡口角度不当或装配间隙不均匀;焊口清理不干净;焊接电流过大或过小;焊接中运条(枪)速度过快或过慢;焊条(枪)摆动幅度过大或过小;焊条(枪)施焊角度选择不当等。3、防治措施⑴焊件的坡口角度和装配间隙必须符合图纸设计或所执行标准的要求。⑵焊件坡口打磨清理干净,无锈、无垢、无脂等污物杂质,露出金属光泽。⑶加强焊接联系,提高焊接操作水平,熟悉焊接施工环境。⑷根据不同的焊接位置、焊接方法、不同的对口间隙等,按照焊接工艺卡和操作技能要求,选择合理的焊接电流参数、施焊速度和焊条(枪)的角度。4、治理措施⑴加强焊后自检和专检,发现问题及时处理;⑵对于焊缝成型差的焊缝,进行打磨、补焊;⑶达不到验收标准要求,成型太差的焊缝实行割口或换件重焊;⑷加强焊接验收标准的学习,严格按照标准施工。
  二、焊缝余高不合格1、现象管道焊口和板对接焊缝余高大于3㎜;局部出现负余高;余高差过大;角焊缝高度不够或焊角尺寸过大,余高差过大。2、原因分析焊接电流选择不当;运条(枪)速度不均匀,过快或过慢;焊条(枪)摆动幅度不均匀;焊条(枪)施焊角度选择不当等。3、防治措施⑴根据不同焊接位置、焊接方法,选择合理的焊接电流参数;⑵增强焊工责任心,焊接速度适合所选的焊接电流,运条(枪)速度均匀,避免忽快忽慢;⑶焊条(枪)摆动幅度不一致,摆动速度合理、均匀;⑷注意保持正确的焊条(枪)角度。4、治理措施⑴加强焊工操作技能培训,提高焊缝盖面水平;⑵对焊缝进行必要的打磨和补焊;⑶加强焊后检查,发现问题及时处理;⑷技术员的交底中,对焊角角度要求做详细说明。
  三、焊缝宽窄差不合格1、现象焊缝边缘不匀直,焊缝宽窄差大于3㎜。2、原因分析焊条(枪)摆动幅度不一致,部分地方幅度过大,部分地方摆动过小;焊条(枪)角度不合适;焊接位置困难,妨碍焊接人员视线。3、防治措施⑴加强焊工焊接责任心,提高焊接时的注意力;⑵采取正确的焊条(枪)角度;⑶熟悉现场焊接位置,提前制定必要焊接施工措施。4、治理措施⑴加强练习,提高焊工的操作技术水平,提高克服困难位置焊接的能力;⑵提高焊工质量意识,重视焊缝外观质量;⑶焊缝盖面完毕,及时进行检查,对不合格的焊缝进行修磨,必要时进行补焊。
  四、咬边1、现象焊缝与木材熔合不好,出现沟槽,深度大于0.5㎜,总长度大于焊缝长度的10%或大于验收标准要求的长度。2、原因分析焊接线能量大,电弧过长,焊条(枪)角度不当,焊条(丝)送进速度不合适等都是造成咬边的原因。3、治理措施⑴根据焊接项目、位置,焊接规范的要求,选择合适的电流参数;⑵控制电弧长度,尽量使用短弧焊接;⑶掌握必要的运条(枪)方法和技巧;⑷焊条(丝)送进速度与所选焊接电流参数协调;⑸注意焊缝边缘与母材熔化结合时的焊条(枪)角度。4、治理措施⑴对检查中发现的焊缝咬边,进行打磨清理、补焊,使之符合验收标准要求;⑵加强质量标准的学习,提高焊工质量意识;⑶加强练习,提高防止咬边缺陷的操作技能。
  五、错口1、现象表现为焊缝两侧外壁母材不在同一平面上,错口量大于10%母材厚度或超过4㎜。2、原因分析焊件对口不符合要求,焊工在对口不合适的情况下点固和焊接。3、防治措施⑴加强安装工的培训和责任心;⑵对口过程中使用必要的测量工器具;⑶对于对口不符合要求的焊件,焊工不得点固和焊接。4、治理措施⑴加强标准和安装技能学习,提高安装工技术水平;⑵对于产生错口,不符合验收标准的焊接接头,采取割除、重新对口和焊接。
  六、弯折1、现象由于焊缝的横向收缩或安装对口偏差而造成的垂直于焊缝的两侧母材不在同一平面上,形成一定的夹角。2、原因分析⑴安装对口不合适,本身形成一定夹角;⑵焊缝熔敷金属在凝固过程中本身横向收缩;⑶焊接过程不对称施焊。3、防治措施⑴保证安装对口质量;⑵对于大件不对称焊缝,预留反变形余量;⑶对称点固、对称施焊;⑷采取合理的焊接顺序。4、治理措施⑴对于可以使用火焰校正的焊件,采取火焰校正措施;⑵对于不对称焊缝,合理计算并采取预留反变形余量等措施;⑶采取合理焊接顺序,尽量减少焊缝横向收缩,采取对称施焊措施;⑷对于弯折超标的焊接接头,无法采取补救措施,进行割除,重新对口焊接。
  七、弧坑1、现象焊接收弧过程中形成表面凹陷,并常伴随着缩孔、裂纹等缺陷。2、原因分析焊接收弧中熔池不饱满就进行收弧,停止焊接,焊工对收弧情况估计不足,停弧时间掌握不准。3、防治措施⑴延长收弧时间;⑵采取正确的收弧方法。4、治理措施⑴加强焊工操作技能练习,掌握各种收弧、停弧和接头的焊接操作方法;⑵加强焊工责任心;⑶对已经形成对弧坑进行打磨清理并补焊。
  八、表面气孔1、现象焊接过程中,熔池中的气体未完全溢出熔池(一部分溢出),而熔池已经凝固,在焊缝表面形成孔洞。2、原因分析⑴焊接过程中由于防风措施不严格,熔池混入气体;⑵焊接材料没有经过烘培或烘培不符合要求,焊丝清理不干净,在焊接过程中自身产生气体进入熔池;⑶熔池温度低,凝固时间短;⑷焊件清理不干净,杂质在焊接高温时产生气体进入熔池;⑸电弧过长,氩弧焊时保护气体流量过大或过小,保护效果不好等。3、防治措施⑴母材、焊丝按照要求清理干净。⑵焊条按照要求烘培。⑶防风措施严格,无穿堂风等。⑷选用合适的焊接线能量参数,焊接速度不能过快,电弧不能过长,正确掌握起弧、运条、息弧等操作要领。⑸氩弧焊时保护气流流量合适,氩气纯度符合要求。4、治理措施⑴焊接材料、母材打磨清理等严格按照规定执行;⑵加强焊工练习,提高操作水平和操作经验;⑶对有表面气孔的焊缝,机械打磨清除缺陷,必要时进行补焊。
  九、表面夹渣1、现象在焊接过程中,主要是在层与层间出现外部看到的药皮夹渣。2、原因分析⑴多层多道焊接时,层间药皮清理不干净;⑵焊接线能量小,焊接速度快;⑶焊接操作手法不当;⑷前一层焊缝表面不平或焊件表面不符合要求。3、防治措施⑴加强焊件表面打磨,多层多道焊时层间药皮必须清理干净方可进行次层焊接;⑵选择合理的焊接电流和焊接速度;⑶加强焊工练习,提高焊接操作水平。4、治理措施⑴严格按照规程和作业指导书的要求施焊;⑵对出现表面夹渣的焊缝,进行打磨清除,必要时进行补焊。
  十、表面裂纹1、现象在焊接接头的焊缝、熔合线、热影响区出现的表面开裂缺陷。2、原因分析产生表面裂纹的原因因为不同的钢种、焊接方法、焊接环境、预热要求、焊接接头中杂质的含量、装配及焊接应力的大小等不同,但产生表面裂纹的根本原因是产生裂纹的内部诱因和必须的应力有两点。3、防治措施⑴严格按照规程和作业指导书的要求准备各种焊接条件;⑵提高焊接操作技能,熟练掌握使用的焊接方法;⑶采取合理的焊接顺序等措施,减少焊接应力等。4、治理措施⑴针对每种产生裂纹的具体原因采取相应的对策;⑵对已经产生裂纹的焊接接头,采取挖补措施处理。
  十一、焊缝表面不清理或清理不干净,电弧擦伤焊件1、现象焊缝焊接完毕,焊接接头表面药皮、飞溅物不清理或清理不干净,留有药皮或飞溅物;焊接施工过程中不注意,电弧擦伤管壁等焊件造成弧疤。2、原因分析⑴焊工责任心不强,质量意识差;⑵焊接工器具准备不全或有缺陷。3、防治措施⑴焊接前检查工器具,准备齐全并且正常;⑵加强技术交底,增强焊工责任心,提高质量意识。4、治理措施⑴制定防范措施并严格执行;⑵加大现场监督检查力度,严格验收制度,发现问题及时处理。
  十二、支吊架等T型焊接接头焊缝不包角1、现象T型焊接接头不包角焊接。2、原因分析⑴技术人员交底不清楚或未交底;⑵施焊焊工经验不足或质量意识差,对其危害认识不够。3、防治措施⑴焊接施工前进行技术交底,明确焊接质量;⑵焊工严格按照质量标准施焊。4、治理措施⑴加强技术交底,提高焊工的质量意识并认识其中的危害性;⑵加强过程监督和焊接验收,发现问题及时处理。十三、焊接变形1、现象焊接变形因焊件的不同而表现为翘起、角变形、弯曲变形、波浪变形等多种型式。2、原因分析造成焊接变形的原因有:装配顺序不合理、强力对口、焊接组有收缩自由度小、焊接顺序不合理等。3、防治措施⑴施焊前制定严格的焊接工艺措施,确定好装配顺序、焊接顺序、焊接方向、焊接方法、焊接规范、焊接线能量等;⑵焊前进行技术交底,焊工严格按照措施施工;⑶适当利用反变形法。4、治理措施⑴严格按照措施施工;⑵焊接技术人员在现场指导焊接;⑶发现问题及时采取必要措施。更多钢材相关信息敬请关注福建晨升钢铁
   
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