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焊缝缺陷图谱


焊 缝 缺 陷 图 谱
焊接基本知识
1、焊接的冶金特点 什么叫焊接:
两个分离的物体(同种或异种材料)通过原子或分子之间的结合和扩散造成永久性联接的工艺过程叫焊 接。

熔化焊是金属材料焊接的主要方法:
熔化焊接时,被焊金属在热源作用下被加热,发生局部熔化,同时熔化了的金属、熔渣、气相之间进行 着一系列影响焊缝金属的成分、组织和性能的化学冶金反应,随着热源的离开,熔化金属开始结晶,由液态 转为固态,形成焊缝。

熔化焊的冶金特点:
⑴、温度高 以手工电弧焊为例,电弧温度高达 6000℃~8000℃,熔滴温度约 1800℃~2400℃,在如此高温下,外 界气体会大量分解,溶入液态金属中,随后又在冷却过程中析出,所以焊缝易形成气孔缺陷。 ⑵、温度梯度大 焊接是局部加热,熔池温度在 1700℃以上,而其周围是冷态金属,形成很陡的温度梯度,从而会导致较 大的内应力,引起变形或产生裂纹缺陷。 ⑶、熔池小,冷却速度快 熔池的体积,手工焊约 2cm3~10 cm3,自动焊约 9 cm3~30 cm3,金属从熔池到凝固只有几秒钟,在这样 短的时间里,冶金反应是不平衡的,因此焊缝金属成分不均匀,偏析较大。

2、焊缝的结晶特点
焊接熔池从高温冷却到常温,其间经历过两次组织变化过程;第一次是液态金属转变为固体金属的结晶 过程,称为一次结晶;第二次是温度降低到相变温度时,发生组织转变,称为第二次结晶。 一次结晶从熔合线上开始,晶体的生长方向指向溶池中心,形成柱状晶体,当柱状晶生长至相互接触时, 结晶过程即告结束。焊缝表面形态以及热裂纹、气孔等缺陷的成因、形态、位置均与一次结晶有关。 对低碳钢及低合金钢,一次结晶的组织为奥氏体,继续冷却到低于相变温度时,奥氏体分解为铁素体和 珠光体,冷却速度影响着铁素体和珠光体的比率和大小,进而影响焊缝的强度、硬度和塑性韧性,当冷却速 度很大时,有可能产生淬硬组织马氏体,冷裂纹的形成与淬硬组织有关。

3、焊缝的组成及热影响区组织
焊接接头由焊缝和热影响区两部分组成。 二次结晶不仅仅发生在焊缝,也发生在靠近焊缝的基本金属区域,该区域在焊接过程中受到不同程度的 加热,在不同温度下停留一段时间后又以不同速度冷却下来,最终获得各不相同的组织和机械性能,称为热 影响区。根据组织特征可将热影响区划分为熔合区、过热区、相变重结晶区和不完全重结晶区四个小区,其 中熔合区和过热区组织晶粒粗大,塑性很低,是产生裂纹、局部脆性破坏的发源地,是焊接接头的薄弱环节。 1

焊缝缺陷的分类
1.外部缺陷
在焊缝的表面,用肉眼或低倍放大镜就可看到,如咬边,焊瘤,弧坑,表面气孔和裂纹等。

2.内部缺陷
位于焊缝内部,必须通过各种无损检测方法或破坏性试验才能发现。内部缺陷有未焊透,未熔合,夹渣, 气孔,裂纹等,这些缺陷是我们无损检测人员检查的主要对象。

焊缝缺陷的危害性:
1

1、 由于缺陷的存在,减少了焊缝的承载截面积,削弱了静力拉伸强度。 2、 由于缺陷形成缺口,缺口尖端会发生应力集中和脆化现象,容易产生裂纹并扩展。 3、 缺陷可能穿透焊缝,发生泄漏,影响致密性。

焊缝纵向裂纹示意图 一、 焊缝纵向裂纹 X 光底片

焊缝纵向裂纹 1

焊缝纵向裂纹 2 2

焊缝纵向裂纹 3

焊缝纵向裂纹 4

焊缝纵向裂纹 5

焊缝纵向裂纹 6

2

焊缝纵向裂纹 7

焊缝纵向裂纹 8

焊缝纵向裂纹 9

焊缝纵向裂纹 10

焊缝纵向裂纹 11

焊缝纵向裂纹 12 3

焊缝纵向裂纹 13

焊缝纵向裂纹 14

焊缝纵向裂纹 15

焊缝纵向裂纹 16

焊缝纵向裂纹 17

焊缝纵向裂纹 18

焊缝纵向裂纹 19 焊缝纵向裂纹 20 纵向裂纹的表面特征是沿焊缝长度方向出现的黑线,它既可以是连续线条,也可以是间断线条。纵向裂 纹影像产生的原因是沿焊缝长度破裂而导致的不连续黑线。 4

3

二、热影响区纵向裂纹 X 光底片

热影响区纵裂 1 热影响区纵裂 2 热影响区撕裂呈线性黑色锯齿状,平行于熔合线,穿晶扩展,表面无明显氧化色彩,属脆性断口的延迟 裂纹。

焊缝横向裂纹示意图 三、焊缝横向裂纹 X 光底片

焊缝横向裂纹 1

焊缝横向裂纹 2 5

焊缝横向裂纹 3 焊缝横向裂纹 4 焊缝横向裂纹的表征是横在焊接影像上的一根细小黑线(直线或曲线) ,它产生的原因是由焊缝上的金 属破裂引起的。当焊接应力为拉应力并与氢的析集和淬火脆化同时发生时,极易产生冷裂纹。

四、母材裂纹 X 光底片
4

母材裂纹 1

母材裂纹 2

裂纹:
材料局部断裂形成的缺陷。

裂纹的分类方法:
按延伸方向可分为纵向裂纹、横向裂纹、辐射状裂纹; 按发生部位可分为焊缝裂纹、热影响区裂纹、熔合区裂纹、焊趾裂纹、弧坑裂纹、母材裂纹; 按发生条件和时机可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹。

1、 热裂纹产生的机理:
发生于焊缝金属凝固末期,敏感温度区间大致在固相线附近的高温区,最常见的热裂纹区是结晶裂纹, 其生成原因是在焊缝金属凝固过程中,结晶偏析使杂质生成的低熔点共晶物富集于晶界,形成所谓“液态薄 膜” ,由于焊缝凝固收缩而受到拉应力,最终开裂形成裂纹。 结晶裂纹最常见的情况是沿焊缝中心长度方向开裂,为纵向裂纹。有时也发生在焊缝内部两个柱状晶体 之间,为横向裂纹。 孤坑裂纹是另一种形态的常见的热裂纹。 热裂纹都是沿晶界开裂,通常发生在杂质较多的碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢等材料焊缝中。 6

2、冷裂纹产生的机理:
①、焊接拉应力的作用: 金属在焊后冷却至马氏体转变温度(大致在 300℃-200℃)以下时被冷却过程中的过度热应力拉开, 常发生在热影响区熔合线附近的过热区中。 ②、氢的聚集作用: 在焊接高温作用下,氢以原子状态进入熔池中,随着熔池温度的不断降低,氢在金属中的溶解度急剧下 降;在金属发生相变时其溶解度将发生突变。焊接时冷却速度很快,氢来不及逸出而残留在焊缝中,过饱和 的氢就向热影响区扩散,聚集在熔合线附近,氢原子结合成氢分子,以气体状态进入到金属的细微孔隙中, 并造成很大的压力,使局部产生很大的应力而形成冷裂纹。 氢的扩散在不同材料中速度不同,因此这类冷裂纹产生的时间也不同,有时在焊接后立即出现,有时在 焊后几天,几周甚至更长的时间才出现,这就是冷裂纹的延迟性,具有更大的危险性。

3、再热裂纹产生的机理:
是指某些含钼、钒、铬、铌、钛等沉淀强化元素的低合金高强钢和耐热钢,焊接冷却后又重新加热(通 常是消除应力热处理)的过程中,在焊接热影响区的粗晶区产生的裂纹。产生裂纹的原因是再加热时焊接残 余应力松弛,导致较大的附加变形,与此同时热影响区的粗晶部位会析出合金碳化物组成的沉淀硬化相,如 果粗晶部位的蠕变塑性不足以适应应力松弛所产生的附加变形,则沿晶界发生裂纹。再热裂纹的敏感温度区 间为 550℃-650℃。

产生裂纹的三大因素:
拘束应力、淬硬组织和扩散氢。

延迟裂纹发生的部位:
热影响区,少数在焊缝上,纵向和横向都有发生。常出现在低合金高强钢和中、高碳钢的焊接接头。焊 趾裂纹、热影响区裂纹、焊道下裂纹、根部裂纹等都是延迟裂纹常见的形态。

裂纹微观形态:
穿晶开裂,也有沿晶开裂。

裂纹是危害性最大的一种焊接缺陷:
5

裂纹是一种面积型缺陷[具有三维尺寸的缺陷称为体积型缺陷,具有二维尺寸(第三维尺寸极小)的缺陷 称为面积性缺陷],它的出现将显著减少承载面积,更严重的是裂纹端部形成尖锐缺口,应力高度集中,很容 易扩展导致破坏。

防止裂纹的措施:
1)焊前预热,焊后缓慢冷却,使热影响区的奥氏体分解能在足够高温度区间内进行,避免淬硬组织的 产生,同时也有减少焊接应力的作用。 2)焊接后即时进行低温退火,去氢处理,消除焊接时产生的应力,并使氢及时扩散到外界去。 3)选用低氢型焊条和碱性焊剂等;焊材按规定烘干,并严格清理坡口。 4)加强焊接时的保护和被焊处表面的清理,避免氢的侵入。 5)选用合理的焊接规范(例如:焊接速度过大或过小均易产生淬硬组织) ,采用合理的对口组装焊接 顺序,以改善焊件的应力状态。 7

未熔合示意图 焊缝未熔合 X 光底片

未熔合 1

未熔合 2

未熔合 3

未熔合 4

6

未熔合 5

未熔合 6 8

未熔合 7

未熔合 8

未熔合 9

坡口咬边(未熔)示意图 坡口咬边(未熔)X 光底片

坡口咬边(未熔)1

坡口咬边(未熔)2

9 坡口咬边(未熔)影像的表面特征是较黑的细长起伏宽度不一的黑线{线内常含有熔渣},可以是一根黑 线,也可以是多根黑线,它产生的原因是长条形空腔出现在焊缝坡口的两侧。 未熔合影像的表面特征为一根或多根长条形的平行黑线,未熔合线较直,有时较黑的密集斑点会沿未熔 合线散布。它产生的原因是由焊接金属与母材金属之间长条形的间隙而引起的。

未熔合:
熔焊时,焊缝金属与母材金属、或焊缝金属之间未熔化结合在一起的部分,对口点焊时,母材与母材之 间未完全熔化结合的部分。

7

未熔合的种类:
按其所在部位,未熔合可分为坡口未熔合、根部未熔合、层间未熔合三种。

未熔合产生的原因:
焊接电流过小;焊接速度过快;焊接角度不对;产生了弧偏吹现象;焊接处于下坡焊位置,母材未熔化 时已被铁水覆盖;母材表面有污物或氧化物影响熔敷金属与母材间的熔化结合等。

未熔合的危害:
未熔合也是一种面积型缺陷,坡口未熔合和根部未熔合对承载截面积的减小非常明显,应力集中也比较 严重,其危害性仅次于裂纹。

防止措施:
正确选用坡口和电流,坡口清理干净,正确操作防止焊偏等。

10

未焊透示意图 未焊透 X 光底片

未焊透 1

未焊透 2

未焊透 3 未焊透 4 未焊透影像表面特征为焊缝中心部分呈规则性的边缘整齐的直线,成连续的或间断的黑色条纹,产生的 原因是焊缝坡口钝边的根部未完全溶化。 11

未焊透:
母材根部钝边金属之间没有熔化,焊缝金属没有进入接头的根部或根部未完全熔透的现象叫未焊透。

未焊透类型:
可分为双面焊未焊透和单面焊未焊透两种。

未焊透型状:
可分为双边未焊透与单边未焊透两种。

未焊透产生的原因:
8

焊接电流过小或运条速度过快,焊接速度过快;坡口角度太小;根部钝边太厚;组对间隙太小;焊条角 度不当;电孤太长及电弧偏吹等。

未焊透的危害:
未焊透也是一种比较危险的缺陷,其危害性取决于缺陷的形状、深度和长度。 未焊透缺陷不仅降低了焊接接头的机械性能,而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点,承载后往 往会引起裂纹,是一种危险性缺陷,在受压焊缝中,这类缺陷一般是不允许存在的。

防止措施:
合理选用坡口型式,装配间隙和采用正确的焊接工艺等。 12

内凹示意图 焊缝内凹 X 光底片
13

夹钨示意图 焊缝夹钨 X 光底片

夹钨 1

夹钨 2

夹钨 3

夹钨 4

9

夹钨 5

夹钨 6 14

夹钨 7 夹钨 8 夹钨影像的表面特征为焊缝中出现一些不规则的白色斑点,它们是由焊接过程中残留的小块钨渣引起 的。

夹渣示意图 焊缝夹渣 X 光底片

夹渣 1

夹渣 2

夹渣 3

夹渣 4 15

10

夹渣 5

夹渣 6

夹渣 7 夹渣在焊缝中呈现的形态是点状或条状的宽度不一、黑度不一的影像,它们产生的原因是焊接过程中焊 药熔渣或其它低密度杂质清理不干净而留存在焊缝中。

夹渣:
焊缝金属中残留有外来固体物质所形成的缺陷。 夹渣:是指焊后残留在焊缝中的熔渣。 夹杂物:是指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,硫化物等) 。

夹渣的形状:
条状和点状,外形不规则。

夹渣的分类:
按形态,夹渣可分为点状夹渣、块状夹渣、条状夹渣; 按残留固体物质种类,夹渣可分为非金属夹渣和金属夹渣。 非金属夹渣的主要成分是硅酸盐,也有一些是氧化物和硫化物,它们主要来自焊条药皮和焊剂熔渣。金 属夹渣最常见的是钨夹渣(偶见钢质夹珠) ,它是由钨极氩弧焊中的钨极烧损,熔入焊缝中形成。

产生非金属夹渣的主要原因:
焊接电流过小,焊接速度太快;熔池金属凝固过快熔渣来不及浮起;运条不正确;铁水与熔渣分离不好; 边缘和层间清渣不彻底;基本金属和焊接材料化学成分不当,含硫,磷量较多等。

产生金属夹渣的主要原因:
焊接电流过大或钨极直径太小,氩气保护不良引起钨极烧损,钨极触及熔池或焊丝而剥落。

夹渣的危害:
夹渣是一种体积性缺陷,容易被射线照相检出。夹渣会减少焊缝受力载面。夹渣的棱角容易引起应力集 中,成为交变载荷下的疲劳源。

防止措施:
正确选用焊接电流,焊接件的坡口角度不要太小,焊前必须把坡口清理干净,多层焊时必须层层清除干 净焊渣,并合理选择运条角度和焊接速度等。 16

11

密集气孔示意图 一、 焊缝密集气孔 X 光底片

密集气孔 1

密集气孔 2

密集气孔 3

密集气孔 4

密集气孔 5

密集气孔 6 17

密集气孔 7

密集气孔 8

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密集气孔 9

密集气孔 10

密集气孔 11

密集气孔 12

密集气孔 13

密集气孔 14

密集气孔 15

密集气孔 16 18

密集气孔 17

密集气孔 18

密集气孔 19

密集气孔 20

13

密集气孔 21

密集气孔 22

密集气孔 23

密集气孔 24

密集气孔 25

密集气孔 26 19

密集气孔 27

密集气孔 28

密集气孔 29

密集气孔 30

密集气孔 31

密集气孔 32

二、 焊缝链状气孔 X 光底片

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链状气孔 1

链状气孔 2

链状气孔 3

链状气孔 4 20

链状气孔 5 链状气孔 6 密集气孔或链状气孔的表征为出现在簇中的圆形或长条形的黑色斑点,它产生的原因是焊缝中滞留气体 的聚集。

分散气孔示意图
三、焊缝分散气孔

X 光底片

分散气孔 1

分散气孔 2
15

21

分散气孔 3

分散气孔 4

分散气孔 5

分散气孔 6

分散气孔 7 分散气孔表征为黑色圆形轮廓的非常清晰的阴影, 它产生的原因是气体滞留在焊缝里, 使焊缝产生空洞。

三、 焊缝虫状气孔 X 光底片

虫状大气孔 1

虫状大气孔 2

虫状大气孔 3

虫状大气孔 4 22

虫状大气孔 5

虫状大气孔 6
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虫状大气孔 7

气孔:
溶入焊缝金属的气体引起的空洞。

气孔分类:
按形状,气孔可分为球形气孔、条形气孔、针形气孔。 按分布状态,气孔可分为单个气孔、密集气孔、链状气孔、虫状气孔等。

气孔生成机理:
生成气孔的气体主要来自电孤周围的空气、母材和焊材表面的杂质,如油污、锈、水分以及焊条药皮和 焊剂的分解燃烧。熔化了的金属在高温下可以吸收大量气体,冷却时,气体在金属中的熔解度下降,气体便 析出并聚集生成气泡上浮,如果受到焊缝金属结晶的阻碍无法逸出,就会留在金属内生成气孔。

气孔发生的部位:
在焊缝中随机分布,任何部位都有可能出现。

气孔产生的原因:
焊材未按规定温度烘干,焊条药皮变质脱落,焊蕊锈蚀,焊丝清理不干净,手工焊时电流过大,电弧过 长:埋弧焊时电压过高或网路电压波动太大:气体保护焊时保护气体纯度低等,均易产生气孔。

气孔对焊缝的危害:
气孔是一种体积型缺陷。它对焊缝强度的影响主要是减少了受力载面,深气孔(针孔)有时会破坏焊缝 的致密性,降低了机械性能,特别是存在链状气孔时,对弯曲和冲击韧性会有比较明显的降低。

防止措施:
不使用药皮开裂,剥落,变质及焊芯锈蚀的焊条,生锈的焊丝必须除锈后才能使用。所用焊接材料应按 规定温度烘干,坡口及其两侧应清理干净,并要选用合适的焊接电流,电弧电压和焊接速度等。 23

形状缺陷——焊缝金属表面成形不良或其他原因造成的缺陷,包括外咬边、 内咬边、烧穿、根部内凹、收缩沟、弧坑、焊瘤、未焊满等。

外边缘咬边示意图

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焊缝外边缘咬边 X 光底片

焊缝外边缘咬边表征为沿焊接影像边缘的不规则深色密度线,产生的原因是焊缝边缘存在凹槽或沟槽。 24

焊缝内边缘咬边示意图 焊缝内边缘咬边 X 光底片

焊缝内部(根部)咬边表征为靠近焊接影像中心沿根部焊道影像的不规则黑度,产生的原因是焊缝内部 (根部)由焊缝底部边缘沿伸出的凹槽引起的。 25

18

错边示意图 焊缝错边 X 光底片

错边的表征为胶片密度在整个焊接影像胶片宽度上的突变,产生的原因是焊接前金属板或管道没有对齐 (或母材厚度不一)的现象。 26

烧穿示意图 焊缝烧穿 X 光底片

烧穿 1

烧穿 2

烧穿 3 烧穿 4 焊穿的表征是焊接影像中间局部黑度较大,边缘较模糊,它产生的原因是由焊缝底部的严重凹陷或孔穴 引起的;还有一种就是焊穿后根部形成焊瘤,焊瘤中常包有气孔。 27

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过熔透示意图 焊缝过熔透 X 光底片

过熔透表征为焊接影像中间(焊根)密度较高的区域,该区域沿焊缝根部展开。它产生的原因是焊缝根 部(单面焊)熔透金属过多。 28

焊接飞溅示意图 焊接飞溅 X 光底片

焊接飞溅的表征为靠近焊缝的白斑点,产生的原因是由熔焊过程中溅起的金属颗粒落在母材上。

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