常见的气焊焊接缺陷及产生的原因.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流常见的气焊焊接缺陷及产生的原因.精品文档.常见的气焊焊接缺陷及产生的原因         常见的气焊焊接缺陷可分为外部缺陷和内部缺陷两大类。外部缺陷位于焊缝的外表面，一般用肉眼或低倍放大镜即可以发现。常见的外部缺陷包括焊缝尺寸不符合要求、表面气孔、裂纹、咬边、未焊满、凹坑、烧穿和焊瘤等；内部缺陷位于焊缝内部，需用破坏性试验或无损探伤等方法才能发现，如内部气孔、裂纹、夹渣、未焊透、未熔合等。        一、焊缝尺寸不符合要求        焊缝的尺寸与设计上规定的尺寸不符，或者焊缝成型不良，出现高低、宽窄不一、焊波粗劣等现象。焊缝尺寸不符合要求，不仅影响焊缝的美观，还会影响焊缝金属与母材的结合，造成应力集中，影响焊件的安全使用。        焊缝尺寸不符合要求产生的原因主要有：接头边缘加工不整齐、坡口角度或装配间隙不均匀；焊接工艺参数不正确，如火焰能率过大或过小、焊丝和焊嘴的倾角配合不当、气焊焊接速度不均匀等；操作技术不当，如焊嘴或焊丝横向摆动不一致等。        防止焊缝高低、宽窄不一、焊波粗劣的措施有：正确调整火焰能率：将焊件接头边缘调整齐；气焊过程中焊嘴、焊丝的横向摆动要一致；焊接速度要均匀且不要向熔池内填充过多的焊丝。        二、未焊透        焊接时接头根部未完全熔透的现象称为未焊透，详见图71。        未焊透不仅降低了焊接接头的机械性能，而且在未焊透的缺口及末端处形成应力集中，进一步引起裂纹的产生。在重要的焊缝中，若发现有未焊透缺陷，必须铲除，重新补焊。        产生未焊透的原因较多，通常有焊接接头在气焊前未经清理干净，如存在氧化物、油污等；坡口角度过小、接头间隙太小或钝边过厚；焊嘴号码过小，火焰能率不够或焊接速度过快；焊件的散热速度过快，使得熔池存在的时间短，以致填充金属与母材之间不能充分地熔合。        防止未焊透采取的措施，除了选择合理的坡口型式和装配间隙外，应在焊前进行清理，消除坡口两侧的氧化物和油污；根据板厚正确选用相应的焊嘴和焊丝直径；在焊接时选择合理的火焰能率和焊接速度；尤其是对导热快、散热面积大的焊件，要进行焊前预热和在焊接过程中加热焊件。        三、未熔合        熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未完全熔化结合的部分称为未熔合，详见图72。        未熔合减小了焊缝有效工作截面，使焊接接头的承载能力下降；在未熔合处还可以引起应力集中，导致裂纹的产生。        产生未熔合的主要原因是由于火焰能率过小，并且气焊火焰偏向坡口一侧，使母材或前一层焊缝金属未熔化就被填充金属敷盖所造成的；若坡口或前一层焊缝表面有锈或污物时，也会形成未熔合。在气焊时，注意观察坡口两侧熔化情况；采用稍大的火焰能率；焊接速度不宜过快，确保母材或前一层焊缝金属熔化等措施可以有效地防止未熔合的产生。        四、咬边        由于焊接工艺参数选择不当，或操作技术不正确，沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷称为咬边，详见图73。        咬边使母材金属的有效截面减少，减弱了焊接接头的强度，并且咬边处引起应力集中，承载后有可能在咬边处产生裂纹，甚至引起结构的破坏。在一般焊接结构中，咬边的深度通常不允许超过0.5mm；对于承受载荷的重要的焊接构件，如高压容器、管道等，不允许存在咬边。        产生咬边的原因是，火焰能率过大，焊嘴倾角不正确，焊嘴与焊丝摆动不当等。在气焊操作中，不论采用什么焊法，都要使焊丝带住铁水，而不使其下流；火焰应正对焊缝中心，保持熔池不过大而且使焊丝的运动范围达到熔池的边缘，就可有效地防止咬边。五、烧穿        在焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷称为烧穿，详见图74。        产生烧穿的原因主要是接头处间隙过大或钝边太薄；火焰能率过大；气焊速度太慢。尤其是焊接薄板时，容易发生烧穿。选择合理的坡口，坡口角度和间隙不宜过大，钝边不宜过小；火焰能率和焊接速度适当；薄板单面焊采用加铜垫板或焊剂垫等方法均可防止熔化金属自背面流出、形成穿孔即烧穿发生。        六、凹坑        焊后在焊缝表面或焊缝背面形成低于母材金属表面的局部低洼部分称为凹坑，详见图75。        在凹坑内不仅容易产生气孔、夹渣和微小的裂纹，而且还会使该处焊缝的强度严重削弱，尤其是在气焊收尾时一定要将凹坑填满。在气焊薄板时，若火焰能率过大或收尾时间过短，未将熔池填满均可形成凹坑。        七、过热        气焊时，当金属被加热到一定温度时，其组织和性能会发生变化。金属过热的特征是金属表面变黑，氧化皮增多，金属晶粒粗大，金属变脆。有金属过热的地方应用机械的方法去除，然后补焊。产生过热的原因主要是：火焰能率过大，焊接速度过慢，焊炬在某处停留时间过长，采用氧化焰焊接等。防止过热的主要措施有：严格选择焊接工艺参数，根据焊件的厚度选用合适的焊炬和焊嘴；采用中性焰或轻微碳化焰，正确掌握焊接速度，防止熔池金属温度过高等。        八、焊瘤        在焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝金属之外未熔化的母材上所形成的金属瘤称为焊瘤，详见图76。        焊瘤不仅影响焊缝的外观，而且在焊瘤出现的同时还伴随着未焊透的发生，因此，容易引起应力集中。管道内部的焊瘤，会使管内流通面积减小，甚至造成堵塞。产生焊瘤的主要原因是，火焰能率太大；焊接速度太慢；焊件装配间隙过大；焊丝和焊嘴角度不正确等。一般当立焊或仰焊时应选用比平焊小的火焰能率；焊件的装配间隙不能太大；焊丝和焊嘴的角度适当等能有效地防止焊瘤。        九、夹渣        焊后残留在焊缝中的熔渣称为夹渣，详见图77。        夹渣与夹杂物不同，夹杂物是由于焊接冶金反应产生的，焊后残留在焊缝金属中的非金属杂质，如氧化物、硫化物、硅酸盐等。夹杂物一般尺寸很小，呈分散分布。夹渣一般尺寸较大，常为一毫米至几毫米长。夹渣在金相试样磨片上可直接观察到，用射线探伤也可以检查出来。        由于夹渣外形不规则，大小相差悬殊，对接头性能影响就比较严重。夹渣会降低焊接接头的塑性和韧性，夹渣的尖角引起应力集中，特别是对于淬火倾向较大的焊缝金属，容易在夹渣尖角处产生很大的集中应力而形成焊接裂纹。        产生夹渣的原因有：母材或焊丝的化学成分不当；在坡口边缘有污物存在、焊层和焊道间的熔渣未清除干净；焊接时，火焰能率过小，使熔池金属和熔渣所得到的热量不足，流动性降低，使熔渣浮不上来；熔池金属冷却速度过快，使熔渣来不及浮出就已凝固；焊丝和焊嘴角度不正确等。防止产生夹渣的措施包括：选用合格的焊丝；焊前对坡口清理，彻底清除焊丝表面的锈蚀和油污，在焊接时应彻底清除焊层间的熔渣；选择合理的火焰能率和其它焊接工艺参数；在焊接时，注意熔渣的流动方向，随时调整焊丝和焊嘴的角度，并不断地用焊丝将熔池内的熔渣挑出来，使熔渣能顺利地浮到熔池的表面。        十、气孔        焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴称为气孔。气孔又可分为密集气孔、条虫状气孔和针状气孔等。处于焊缝表面的气孔称为表面气孔，处于焊缝内部的气孔称为内部气孔。        根据产生气孔的气体不同，可将气孔分为氢气孔、一氧化碳气孔和氮气孔。氢气孔的产生是由于在焊接时，原先溶于熔池中的氢在熔池结晶时，由于氢的熔解度急剧下降又不能大量析出，便在焊缝中形成氢气孔。对于低碳钢，氢气孔在通常情况下出现在焊缝表面，在个别情况下，氢气孔也可能出现在焊缝内部，但对于有色金属，氢气孔大部分在焊缝内部。氢气孔的断面一般为螺钉状，从焊缝表面看呈圆喇叭口状。在气焊碳钢时，由于冶金反应会产生一定量的一氧化碳，在熔池结晶过程中来不及逸出的一氧化碳残留在焊缝内部形成一氧化碳气孔。多数情况下，一氧化碳气孔出现在焊缝内部，并沿结晶方向分布，呈条虫状。        气孔不仅使焊缝金属的有效工作截面减少，从而使焊缝的机械性能下降，而且还破坏了焊缝的致密性，容易造成泄漏。条虫状气孔和针状气孔比圆形气孔的危害性会更大，在这类气孔中的边缘有可能发生应力集中，致使焊缝的塑性降低。        产生气孔的原因是，熔池周围的空气、火焰分解及燃烧的气体产物、焊件上的杂质产生的气体和返潮的熔剂受热分解后产生的气体通过溶解和化学反应进入熔池，在熔池结晶时，这些气体以气泡的形式往外逸出，如果在熔池凝固前来不及逸出气泡，就会在焊缝中形成气孔。防止气孔产生的措施有：选用合格的焊丝、熔剂；在焊前应将坡口两侧2030mm范围内的油、锈、和水及其它污物清除干净，填加焊丝要均匀，焊嘴的摆动不能过快和过大，注意加强火焰对熔池的保护；气焊熔剂要妥善保存，防止受潮；焊前对工件预热，焊接时选用合适的焊接速度，在焊接终了和焊接中途停顿时，应慢慢撤离焊接火焰，使熔池缓慢冷却，从而使气体充分从熔池中逸出。减少气孔的产生。        十一、裂纹        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的新界面而产生的缝隙称为焊接裂纹，焊接裂纹具有尖锐的缺口和大的长宽比特征。焊接裂纹是最危险的焊接缺陷，严重地影响着焊接结构的使用性能和安全可靠性，焊接裂纹是引起许多焊接结构破坏事故的直接原因。裂纹除了降低焊接接头的强度外，还因裂纹末端的尖锐缺口，引起应力集中，促使裂纹的发展直至焊接接头破坏。        根据形成焊接裂纹的温度可分为热裂纹和冷裂纹，根据裂纹发生的位置可分为焊缝金属中的裂纹和热影响区中的裂纹。            (一)热裂纹焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹称为热裂纹。在焊缝金属中的热裂纹也称为凝固裂纹。        由于被焊件材料大多都是合金，而合金凝固开始到最终结束，是在一定温度范围内进行的，这就是热裂纹产生的基本原因。焊缝金属中许多杂质的凝固温度都低于焊缝金属的凝固温度，因而首先凝固的焊缝金属把低熔点杂质推挤到结晶的晶粒边界，形成一层液体薄膜；再者，焊接时熔池的冷却速度很大时，焊缝金属在冷却过程中发生收缩，使焊缝金属内部产生了拉应力；拉应力把凝固的焊缝金属沿结晶的晶粒边界拉开，又没有足够的液体金属补足时，就会形成微小的裂纹。当随着温度继续下降，拉应力会不断增大，裂纹不断扩大，最后形成了凝固裂纹。        硫是引起钢材焊缝金属中发生凝固裂纹的最主要的元素，硫在钢中与铁化合生成硫化亚铁(FeS)，硫化亚铁又与铁发生反应形成一种共晶物质，凝固温度为988，远低于钢的凝固温度。另外，当钢的含碳量较高时，有利于硫在晶界中富集，所以采用含碳量低的焊接材料有利于防止凝固裂纹的产生。        在热影响区熔合线附近产生的热裂纹称为液化裂纹或称热撕裂。多层焊时，前一焊层的一部分即为后一焊层的热影响区，所以，液化裂纹也可能在焊缝层间的熔合线附近产生。液化裂纹产生的原因与凝固裂纹相似，即在不完全熔化区晶界处的易熔杂质有一部分发生熔化，形成液体薄膜，在拉应力的作用下，形成细小的裂纹。液化裂纹一般长约0.5mm，很少超过1mm，这种裂纹可成为冷裂纹的裂源，因此，危害性也很大。        热裂纹显著的特征是断口呈蓝黑色，即金属被高温氧化的颜色。有时在热裂纹里有流入熔渣的迹象。在凹坑内出现的裂纹一般为热裂纹。        防止产生热裂纹的主要措施包括：        1严格控制母材和焊丝中碳、硫、磷的含量。由于锰具有脱硫作用，应适当提高锰的含量。总之，正确选用焊丝的牌号、使用合理、优质的焊丝是防止热裂纹产生的重要措施。        2对于刚性较大的焊件，因焊接时产生的变形小，结果使焊接应力增大，促使热裂纹的产生。在焊接时应选择合适的焊接工艺参数，在必要时应采取预热和缓冷措施，并合理地安排焊接方向和焊接顺序，以减少焊接应力。        3热裂纹极易在凹坑内产生，即弧坑裂纹。气焊时应避免出现凹坑，在气温较低的场所焊接或焊接中途停顿或收尾时，应注意填满凹坑并将火焰缓慢离开。        4调整焊缝金属的合金成分，如焊接铬镍不锈钢时，适当提高焊缝金属的含铬量，可显著增强焊缝金属的抗热裂性能。在焊缝金属中加入可使晶粒细化的元素，如钼、钒、钛、铌、锆、铝等，有利于消除集中分布的液体薄膜，能有效地防止热裂纹的产生。        (二)冷裂纹  焊接接头冷却到较低温度时产生的焊接裂纹称为冷裂纹。冷裂纹和热裂纹的主要区别是：冷裂纹在较低的温度下形成，一般在200300以下形成；冷裂纹不是在焊接过程中产生的，而是在焊后延续一定时间后才产生，如果钢在焊接接头冷却到室温后并在一定时间(几小时、几天、甚至十几天以后)才出现的冷裂纹就称为延迟裂纹；冷裂纹多在焊接热影响区内产生，沿应力集中的焊缝根部所形成的冷裂纹称为焊根裂纹，沿应力集中的焊趾处所形成的冷裂纹，称为焊趾裂纹，在靠近堆焊焊道的热影响区内所形成的裂纹称为焊道下裂纹；冷裂纹有时也在焊缝金属内发生，一般焊缝金属的横向裂纹多为冷裂纹；冷裂纹与热裂纹相比，冷裂纹断口无氧化色。        冷裂纹产生的原因有：钢材的淬火倾向、残余应力、焊缝金属和热影响区的扩散氢含量等。其中氢的作用是形成冷裂纹的重要原因。          当焊缝和热影响区的含氢量较高时，焊缝中的氢在结晶的过程中向热影响区扩散，当该处存在着显微缺陷时，氢原子就会结合成氢分子在该处聚集，形成很大的压力；如果被焊材的淬硬倾向较大，焊后冷却下来，就会在热影响区形成脆而硬的马氏体组织；再加上焊后的焊接残余应力，在上述三方面的因素共同作用下，导致了冷裂纹的产生。由于在不同材料中氢的扩散速度不同，因而使冷裂纹的产生具有延迟性。        防止产生冷裂纹的主要措施包括：        1焊前预热和焊后缓冷。这样不仅能改善焊接接头的组织，降低热影响区的硬度和脆性，还能加速焊缝中的氢向外扩散，同时也起到了减少焊接应力的作用。        2选择合适的焊接工艺参数。尤其是焊接速度，既不能过快，也不能过慢。若焊接速度太快，易形成淬火组织；若焊接速度过慢，就会使热影响区变宽；总之，都会促使产生冷裂纹。在焊接时，应采用合理的装配和焊接顺序，以减少焊接残余应力。        3在气焊前应去除坡口两侧和焊丝表面的油、锈、水等污物，气焊熔剂在使用前应烘干，以减少焊缝中氢的来源。        4重要的焊件焊后应立即进行消除应力的热处理和去氢处理，消除残余应力，使氢从焊接接头中充分逸出。去氢处理，一般指焊件焊后立即在200350的温度下保温26h，然后缓冷，其主要目的是使焊缝金属内扩散的氢加速逸出。 TAG: 气焊工