第3章焊接与切割(第1节)课件

第三章第三章 焊接与切割焊接与切割 返回返回 焊接焊接是现代制造技术中重要的金属连接技术。是现代制造技术中重要的金属连接技术。焊接成形技术的本质在于：是利用加热或加压焊接成形技术的本质在于：是利用加热或加压（或者加热和加压），使分离的两部分金属靠得（或者加热和加压），使分离的两部分金属靠得足够近，原子互相扩散，形成原子间的结合的连足够近，原子互相扩散，形成原子间的结合的连接方法。接方法。在机械制造、建筑、车辆、石油化工、原子在机械制造、建筑、车辆、石油化工、原子能、航空航天等部门得到广泛运用。能、航空航天等部门得到广泛运用。焊接运用焊接运用 连接方法分类连接方法分类 可拆式连接：螺纹联接、摩擦联接 不可拆式连接：焊接、粘接、铆接焊接的特点焊接的特点：优点：优点：1）连接性能好，密封性好，承压能力高）连接性能好，密封性好，承压能力高；2）省料，重量轻，成本低；）省料，重量轻，成本低；3）加工装配工序简单，生产周期短）加工装配工序简单，生产周期短；4）易于实现机械化和自动化。）易于实现机械化和自动化。缺点缺点：1 1）焊接结构是不可拆卸的，要更换修理不便焊接结构是不可拆卸的，要更换修理不便 ；2 2）焊接接头的组织和性能往往要变坏；焊接接头的组织和性能往往要变坏；3 3）要产生焊接残余应力和焊接变形；要产生焊接残余应力和焊接变形；4 4）会会产产生生焊焊接接缺缺陷陷，如如裂裂纹纹、未未焊焊透透、夹夹渣渣、气气孔等孔等。焊接方法可分为：焊接方法可分为：1 1）熔熔化化焊焊：利利用用局局部部加加热热的的方方法法，把把工工件件的的焊焊接接处处加加热热到到熔熔化化状状态态，形形成成熔熔池池，然然后后冷冷却却结结晶晶，形成焊缝，将两部分金属连接称为一个整体。形成焊缝，将两部分金属连接称为一个整体。2）压压力力焊焊：在在焊焊接接过过程程中中需需要要加加压压的的一一类类焊焊接接方法。方法。3）钎钎焊焊：利利用用熔熔点点比比母母材材低低的的填填充充金金属属熔熔化化后后，填填充充接接头头间间隙隙并并与与固固态态的的母母材材相相互互扩扩散散实实现现连连接接的一种焊接方法。的一种焊接方法。熔熔焊焊的的焊焊接接过过程程是是利利用用热热源源先先把把工工件件局局部部加加热热到到熔熔化化状状态态，形形成成熔熔池池，然然后后随随着着热热源源向向前前移移去，熔池液体金属冷却结晶，形成焊缝。去，熔池液体金属冷却结晶，形成焊缝。其其焊焊接接过过程程包包括括加加热热过过程程、冶冶金金过过程程和和结结晶晶过程。过程。根根据据热热源源的的不不同同可可分分为为气气焊焊、电电弧弧焊焊、电电渣渣焊焊、激激光光焊焊、电电子子束束焊焊、等等离离子子弧弧焊焊等等，以以下下以以电弧焊为例来分析。电弧焊为例来分析。第一节第一节 焊接成形基础焊接成形基础一、熔焊的冶金过程一、熔焊的冶金过程（一）焊接电弧（一）焊接电弧1、焊接电弧的产生、焊接电弧的产生 焊焊接接电电弧弧是是在在焊焊条条与与工工件件之之间间产产生生的的强强烈烈、持持久久又又稳稳定定的的气气体体放放电电现现象象。焊焊接接引引弧弧时时，焊焊条条和和工工件件瞬瞬间间接接触触形形成成短短路路，强强大大的的电电流流产产生生强强烈烈电电阻阻热热使使接接触触点点熔熔化化甚甚至至蒸蒸发发，当当焊焊条条提提起起时时，在在电电场场作作用用下下，热热的的金金属属发发射射大大量量电电子子，电电子子碰碰撞气体使之电离，正、负离子和电子构成电弧。撞气体使之电离，正、负离子和电子构成电弧。2、焊接电弧的结构、焊接电弧的结构 电电弧弧由由阴阴极极区区、阳阳极极区区和和弧弧柱柱区区三三部部分分组组成成，如如图图3-1所所示。示。1）阴阴极极区区：电电子子发发射射区区，热热量量约占约占36%，平均温度，平均温度2400K；2）阳阳极极区区：受受电电子子轰轰击击区区域域，热热 量量 约约 占占 43%，平平 均均 温温 度度2600K；3）弧弧柱柱区区：阴阴、阳阳两两极极间间区区域域，几几乎乎等等于于电电弧弧长长度度，热热量量21%，弧弧 柱柱 中中 心心 温温 度度 可可 达达 6000-8000K。图图3-1 电弧的结构示意图电弧的结构示意图电弧放电的实质：电弧放电的实质：把电能转换为热能、光能和机械能的能量转换过程。焊接电弧构造及热量、温度分布焊接电弧构造及热量、温度分布电弧的静特性曲线电弧的静特性曲线 电弧是一个非线性的负载。一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压与电弧电流之间的关系，称为焊接电弧的静态伏安特性或静态特性，如图为电弧的静态特性曲线，电弧两端的电压与通过电弧的电流不成正比，所以电弧是非线性负载。a点：未焊接时的电压称为焊机室载电压(V)ab段：电离度低时，焊接电流增大，电弧电压降低，电弧不稳定；bc段：电离度高，焊接电流增大，电弧电压维持不变(即电流可调，电压不变)，电弧稳定；过c点：电弧电压随焊接电流增加而增大。电弧长度增加，曲线上升（如图红线所示）。焊接电弧的稳定性焊接电弧的稳定性 焊接过程中，电弧容易引燃而保持稳定的性能叫做电弧稳定性。影响电弧稳定的因素：影响电弧稳定的因素：焊接电源：直流电源电弧稳定性好，交流电源电弧稳定性较差；焊条类型：酸性焊条电弧稳定性好，碱性焊条电弧稳定性较差。电弧偏吹：药皮偏心 磁偏吹(不均匀直流磁场引起)（二）焊接冶金过程（二）焊接冶金过程 焊焊接接的的冶冶金金过过程程如如图图3-23-2所所示示,母母材材、焊焊条条受受电电弧弧高高温温作作用用熔熔化化形形成成金金属属熔熔池池，进进行行熔熔化化、氧氧化化、还还原原、造造渣渣、精精炼炼及及合合金金化化等等物物理、化学过程。理、化学过程。金金属属与与氧氧的的作作用用对对焊焊接接质质量量影影响响最最大大，氧氧与与多多种种金金属属发发生生氧氧化反应。化反应。图图3-2 焊条电弧焊过程焊条电弧焊过程焊缝形成过程焊缝形成过程 电弧在焊接的过程中，不仅作为一个热源加热熔化焊条、焊丝与母材，同时还是一个力源。焊接时在电弧高温的作用下，被焊金属局部熔化，同时电弧中的气体发生等离子体流动，焊条中的化学反应产生气体，这些都产生电弧吹力，在被焊金属上形成了卵形的凹坑，这个凹坑称为熔池。焊接时焊条倾斜，在电弧吹力作用下，熔池的金属被排向熔池后方，这样电弧就能不断地使深处的被焊金属熔化，达到一定的熔深。药皮熔化过程中会产生气体和液态熔渣。产生的气体充满在电弧和熔池的周围，起到隔绝空气的作用；液态熔渣浮在液体金属表面，起保护液体金属的作用。熔化的焊条金属向熔池过渡，不断填充焊缝。能能溶溶解解在在液液态态金金属属中中的的氧氧化化物物（如如氧氧化化亚亚铁铁），冷冷凝凝时时因因溶溶解解度度下下降降而而析析出出，严严重重影影响响焊焊缝缝质质量量，如如图图3-33-3所所示示；而而大大部部分分金金属属氧氧化化物物（如如硅硅、锰锰化化合合物物）不不溶溶于于液液态态金属，可随渣浮出，净化熔池，提高焊缝质量。金属，可随渣浮出，净化熔池，提高焊缝质量。氢氢易易溶溶入入熔熔池池，在在焊焊缝缝中中形形成成气气孔孔，或或聚聚集集在在焊焊缝缝缺缺陷处造成氢脆。陷处造成氢脆。图图3-3 氧（氧化亚铁）对低氧（氧化亚铁）对低碳钢机械性能的影响碳钢机械性能的影响图图3-4 氢、氮在铁中的溶氢、氮在铁中的溶解度与温度的关系解度与温度的关系图图3-3 氧（氧化亚铁）对低氧（氧化亚铁）对低碳钢机械性能的影响碳钢机械性能的影响图图3-4 氢、氮在铁中的溶氢、氮在铁中的溶解度与温度的关系解度与温度的关系 其其次次空空气气中中的的氮氮气气在在高高温温时时大大量量溶溶于于液液体体金金属属，冷冷却却结结晶晶时时，氮氮溶溶解解度度下下降降，如如图图3-43-4所所示示；析析出出的的氮氮在在焊焊缝缝中中形形成成气气孔孔，部部分分还还以以针针状状氮氮化化物物（FeFe4 4N N）形形式式析析出出；焊焊缝缝中中含含氮氮量量提提高高，使使焊焊缝缝的的强强度度和和硬硬度度增增加加，塑塑性性和和韧韧性性剧烈下降。剧烈下降。焊缝的冶金过程与一般冶金过程比较，具有以焊缝的冶金过程与一般冶金过程比较，具有以下特点：下特点：1 1）金属熔池体积小，熔池处于液态时间短，）金属熔池体积小，熔池处于液态时间短，冶金反应不充分；冶金反应不充分；2）熔池温度高，使金属元素强烈的烧损和蒸）熔池温度高，使金属元素强烈的烧损和蒸发，冷却速度快，易产生应力和变形，甚至开裂。发，冷却速度快，易产生应力和变形，甚至开裂。为保证焊缝质量，可从两方面采取措施：为保证焊缝质量，可从两方面采取措施：1 1）减减少少有有害害元元素素进进入入熔熔池池。主主要要采采用用机机械械保保护护，如如焊焊条条药药皮皮、埋埋弧弧焊焊焊焊剂剂、和和气气体体保保护护焊焊的的保护气体（保护气体（COCO2 2,氩气）等）。氩气）等）。2 2）清清除除已已进进入入熔熔池池的的有有害害元元素素，增增加加合合金金元元素素。如如焊焊条条药药皮皮里里加加合合金金元元素素进进行行脱脱氧氧、去去氢氢、去硫、渗合金等。去硫、渗合金等。（三）焊接热循环（三）焊接热循环 焊焊接接热热循循环环：在在焊焊接接加加热热和和冷冷却却过过程程中中，焊焊接接接接头头上上某某点点的的温温度度随随时时间间变变化化的的过过程程如如图图3-53-5所所示示。不不同同点点，其其热热循循环环是是不不同同，即即最最高高加加热热温温度度，加加热热速速度度和和冷冷却却速速度度均均不不同同。对对焊焊接接质质量量起起重重要要影影响响的的参参数数有有：最最高高加加热热温温度度、在在过过热热温温度度110011000 0C C以以上上停停留留时时间间和和冷冷却却速速度度等等。其其特特点点是是加加热热和和冷冷却却速速度度都都很很快快。对对易易淬淬火火钢钢，焊焊后后发发生生空空冷冷淬淬火火，对对其其它它材材料料，易产生焊接变形、应力及裂纹。易产生焊接变形、应力及裂纹。图图3-5 焊接热循环曲线焊接热循环曲线 以以低低碳碳钢钢为为例例，说说明明焊焊接接过过程程造造成成金金属属组组织织和和性性能能的的变变化化。如如图图3-6所所示示，受受焊焊接接热热循循环环的的影影响响，焊焊缝缝附附近近的的母母材材组组织织或或性性能能发发生生变变化化的的区区域域，叫叫焊焊接接热热影影响响区区，熔熔化化焊焊焊焊缝缝和和母母材材的的交交界界线线叫叫熔熔合合线线，熔熔合合线线两两侧侧有有一一个个很很窄窄的的焊焊缝缝与与热热影影响响区区的的过过渡渡区区，叫叫熔熔合合区区。焊焊接接接接头头由由焊焊缝缝区区、熔熔合合区区和和热影响区热影响区组成。组成。(四）焊接接头组织和性能四）焊接接头组织和性能图图4-6 低碳钢焊接接头的组织变化低碳钢焊接接头的组织变化1 1、焊缝区、焊缝区 焊焊接接热热源源向向前前移移去去后后，熔熔池池液液体体金金属属迅迅速速冷冷却却结结晶晶，结结晶晶从从熔熔池池底底部部未未熔熔化化的的半半个个晶晶粒粒开开始始，垂垂直直熔熔合合线线向向熔熔池池中中心心生生长长，呈呈柱柱状状树树枝枝晶晶，如如图图3-73-7所示；结晶过程中将在最所示；结晶过程中将在最图图3-7 焊缝的柱状树枝晶焊缝的柱状树枝晶后后结结晶晶部部位位产产生生成成分分偏偏析析。同同时时焊焊缝缝组组织织是是从从液液体体金金属属结结晶晶的的铸铸态态组组织织，晶晶粒粒粗粗大大，成成分分偏偏析析，组组织织不不致致密密。但但由由于于熔熔池池小小，冷冷却却快快，化化学学成成分分控控制制严严格格，碳碳、硫硫、磷磷都都较较低低，并并含有一定合金元素，故可使焊缝金属的力学性能不低于母材。含有一定合金元素，故可使焊缝金属的力学性能不低于母材。2 2、熔熔合合区区：化化学学成成分分不不均均匀匀，组组织织粗粗大大，往往往往是是粗粗大大的的过过热热组组织织或或粗粗大大的的淬淬硬硬组组织织，使使强强度度下下降降，塑塑性性、韧韧性性极极差差，产产生生裂裂纹纹和和脆脆性性破破坏坏，性性能能是是焊接接头中最差的焊接接头中最差的。图图3-6 低碳钢焊接接头的组织变化低碳钢焊接接头的组织变化3、热热影影响响区区 ：热热影影响响区区各各点点的的最最高高加加热热温温度度不不同同，其其组组织织变变化化也也不不相相同同。如如图图3-63-6所所示示，热热影影响响区区可可分分为为过过热热区区、正火区、部分相变区和再结晶区。正火区、部分相变区和再结晶区。图图3-6 低碳钢焊接接头的组织变化低碳钢焊接接头的组织变化1）过过 热热 区区：最最 高高 加加 热热 温温 度度11000C以以上上的的区区域域，晶晶粒粒粗粗大大，甚甚至至产产生生过过热热组组织织。塑塑性性和和韧韧性性明明显显下下降降，是是热热影影响响区区中中机机械械性性能最差的部位。能最差的部位。2 2）正正火火区区：最最高高加加热热温温度度从从Ac3至至11000C的的区区域域，焊焊后后空空冷冷得得到到晶晶粒粒较较细细小小的的正正火火组组织织，机机械械性性能较好。能较好。3 3）部部分分相相变变区区：最最高高加加热热温温度度从从AcAc1 1至至AcAc3 3的的区区域域，只只有有部部分分组组织织发发生生相相变变，晶晶粒粒不不均均匀匀，性性能能较差。较差。低低碳碳钢钢焊焊接接接接头头的的组组织织、性性能能变变化化如如图图3-6所所示示，熔熔合合区区和和过过热热区区性性能能最最差差，热热影影响响区区越越小小越越好好，其其影影响响因因素素有有焊焊接接方方法法、焊焊接接规规范范、接接头头形式等。形式等。图图3-6 低碳钢焊接接头的组织变化低碳钢焊接接头的组织变化4、影响焊接接头性能的因素影响焊接接头性能的因素 焊焊接接接接头头的的机机械械性性能能决决定定于于它它的的化化学学成成分分和和组组织织。具体有：具体有：1 1）焊接材料，焊丝和焊剂都要影响焊缝的化学成分；）焊接材料，焊丝和焊剂都要影响焊缝的化学成分；2 2）焊焊接接方方法法，一一方方面面影影响响组组织织粗粗细细，一一方方面面影影响响有有害害杂杂质含量；质含量；3 3）焊接工艺。）焊接工艺。焊焊接接时时，为为保保证证焊焊接接质质量量而而选选定定的的诸诸物物理理量量（如如焊焊接接电电流流、电电弧弧电电压压、焊焊接接速速度度、线线能能量量等等）的的总总称称，叫叫焊焊接接工工艺艺参数参数；线线能能量量:指指熔熔化化焊焊时时，焊焊接接能能源源输输入入给给单单位位长长度度焊焊缝缝上上的的能量。能量。显显然然焊焊接接工工艺艺参参数数，影影响响焊焊接接接接头头输输入入能能量量的的大大小小，影影响焊接热循环，从而影响热影响区的大小和接头组织粗细。响焊接热循环，从而影响热影响区的大小和接头组织粗细。4 4）焊后热处理：如正火，能细化接头组织，改善性能。）焊后热处理：如正火，能细化接头组织，改善性能。5 5）接接头头形形式式，工工件件厚厚度度、施施焊焊环环境境温温度度和和预预热热等等均均会会影影响响焊后冷却速度，从而影响接头的组织和性能。焊后冷却速度，从而影响接头的组织和性能。1 1、金属焊接性的概念：、金属焊接性的概念：焊焊接接性性是是金金属属材材料料对对焊焊接接加加工工的的适适应应性性，主主要要指指在在一一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。包包括括工工艺艺焊焊接接性性，即即在在一一定定焊焊接接工工艺艺条条件件下下，一一定定的的金金属属形形成成焊焊接接缺缺陷陷的的敏敏感感性性；使使用用焊焊接接性性，焊焊接接接接头头对对使使用要求的适应性，包括焊接接头的力学及其他特殊性能。用要求的适应性，包括焊接接头的力学及其他特殊性能。焊焊接接性性能能随随焊焊接接方方法法、焊焊接接材材料料和和焊焊接接工工艺艺而而变变，不不同同条条件件下下焊焊接接性性能能有有很很大大差差别别。如如钛钛的的手手工工电电弧弧焊焊接接性性极极差，但氩弧焊则好。差，但氩弧焊则好。二、金属的焊接性能二、金属的焊接性能2 2、金属焊接性的间接评价方法、金属焊接性的间接评价方法 碳碳当当量量法法：在在粗粗略略估估计计碳碳钢钢和和低低合合金金结结构构钢钢的的焊焊接接性性能能时时，把把钢钢中中的的合合金金元元素素（包包括括碳碳）的的含含量量按按其其对对焊焊接接性性影影响响程程度度换换算算成成碳碳的的相相当当含含量量，其其总总和和叫叫碳碳当当量量。其其计计算算公式如下：公式如下：碳碳当当量量越越高高，焊焊接接性性越越差差。一一般般当当CECE0.6%时时，冷冷裂裂倾倾向向严严重重，焊焊接接性性差差，需需采采用用较较高的预热温度和其他严格的工艺措施。高的预热温度和其他严格的工艺措施。值值得得注注意意的的是是钢钢材材的的焊焊接接性性还还受受结结构构刚刚度度、焊焊后后应应力力条条件件、环环境境温温度度的的影影响响；故故应应根根据据具具体体情情况况进进行行抗抗裂裂试试验验及使用焊接性试验。及使用焊接性试验。1 1、焊接应力与变形产生的原因、焊接应力与变形产生的原因 焊焊件件在在焊焊接接过过程程中中受受到到局局部部加加热热和和冷冷却却是是产产生生焊焊接接应应力力和和变变形形的的主主要要原原因因。图图3-9是是低低碳碳钢钢平平板板对对接接焊时产生应力和变形的示意图。焊时产生应力和变形的示意图。平平板板焊焊接接时时，要要产产生生热热胀胀冷冷缩缩；加加热热时时，如如自自由由膨膨胀胀则则如如a）中中虚虚线线所所示示，但但由由于于受受到到阻阻碍碍，产产生生同同样样伸伸长长；故故高高温温处处产产生生压压应应力力，低低温温处处产产生生拉拉应应力力；两两者者平平衡衡。冷冷却却后后，由由于于冷冷却却速速度度不不同同，高高温温处处冷冷却却慢慢，收收缩缩大大，同同样样最最后后在在高高温温处处产生拉应力，低温处产生压应力。产生拉应力，低温处产生压应力。图图3-9 平板对接焊的应力平板对接焊的应力a)焊接过程中焊接过程中b)冷却后冷却后三、焊接应力和变形三、焊接应力和变形 一一般般情情况况下下，焊焊件件塑塑性性好好，结结构构刚刚度度小小时时，焊焊件件收收缩缩容容易易，焊焊件件变变形形大大，焊焊接接应应力力小小；反反之之焊焊接接变变形形小小，焊焊接接应力大。焊接变形的基本形式应力大。焊接变形的基本形式如表如表3-13-1所示。所示。表表3-1 焊接变形的基本形式焊接变形的基本形式2、焊接应力与变形的危害焊接应力与变形的危害焊接应力焊接应力：1 1）增加结构工作时的应力，降低承载能力；）增加结构工作时的应力，降低承载能力；2 2）引起焊接裂纹，甚至脆断；）引起焊接裂纹，甚至脆断；3 3）促使产生应力腐蚀裂纹。）促使产生应力腐蚀裂纹。4 4）残余应力衰减会产生变形，引起形状、尺寸不稳定。）残余应力衰减会产生变形，引起形状、尺寸不稳定。焊接变形焊接变形：1）使工件形状尺寸不合要求；）使工件形状尺寸不合要求；2）影响组装质量；）影响组装质量；3）矫正焊接变形很费工时，增加成本，降低接头塑性；）矫正焊接变形很费工时，增加成本，降低接头塑性；4）使使结结构构形形状状发发生生变变化化，并并产产生生附附加加应应力力，降降低低承承载载能能力。力。3 3、焊接应力和变形的防止、焊接应力和变形的防止 （1 1）焊接应力）焊接应力的防止及消除措施的防止及消除措施1 1）结构设计要避免焊缝密集交叉，焊缝截面和长度要尽可能小；）结构设计要避免焊缝密集交叉，焊缝截面和长度要尽可能小；2 2）采取合理的焊接顺序，使焊缝较自由的收缩；）采取合理的焊接顺序，使焊缝较自由的收缩；如图如图3-103-10所示所示；图图3-10 合理安排焊接顺序合理安排焊接顺序 一般焊接顺序为：一般焊接顺序为：1 1）先先焊焊收收缩缩量量较较大大的的焊缝；焊缝；2)2)工工作作时时受受力力较较大大的的焊缝；焊缝；3)3)先先焊焊错错开开的的短短焊焊缝缝，后焊直通的长焊缝。后焊直通的长焊缝。3 3）焊焊缝缝仍仍处处在在较较高高温温度度时时，锤锤击击或或辗辗压压焊焊缝缝使使金金属属伸伸长长，减少残余应力；减少残余应力；4 4）采用小线能量焊接，多层焊，减少残余应力；）采用小线能量焊接，多层焊，减少残余应力；5 5）焊前预热可减少工件温差，减少残余应力；）焊前预热可减少工件温差，减少残余应力；6 6）焊后进行去应力退火，消除焊接残余应力。）焊后进行去应力退火，消除焊接残余应力。（2）焊接变形）焊接变形的防止和消除措施的防止和消除措施1）结结构构设设计计要要避避免免焊焊缝缝密密集集交交叉叉，焊焊缝缝截截面面和和长长度度要要尽尽可可能能小，与防止应力一样也是减少变形的有效措施；小，与防止应力一样也是减少变形的有效措施；2 2）焊焊前前组组装装时时，采采用用反反变变形形法法 ，如如图图3-113-11，3-123-12，3-133-13所所示；示；图图3-11 平板对接焊反变形平板对接焊反变形图图3-12 工字梁反变形工字梁反变形图图3-13 壳体焊接反变形壳体焊接反变形3 3）刚刚性性固固定定法法，但但会会产产生生较较大大的的残残余余应应力力，如如图图3-143-14所所示；示；4 4）采用合理的焊接规范；）采用合理的焊接规范；a)平板对接焊平板对接焊 b)法兰焊接法兰焊接图图3-14 刚性固定防止变形刚性固定防止变形5 5）选选用用合合理理的的焊焊接接顺顺序序，如如图图3-103-10的的对对称称焊焊，图图3-153-15的的分段退焊。分段退焊。图图3-10 合理安排焊接顺序合理安排焊接顺序 图图3-15 长焊缝的分段退焊长焊缝的分段退焊6 6）采采用用机机械械或或火火焰焰矫矫正正法法来来减减少少变变形形。如如图图3-163-16，3-173-17所示。所示。图图3-16 机械矫正法机械矫正法 图图3-17 火焰矫正法火焰矫正法 由由于于焊焊接接产产生生的的焊焊接接接接头头不不完完好好的的现现象象叫叫焊焊接接缺缺陷陷，主主要要有有未未焊焊透透、未未熔熔合合、咬咬边边，气气孔孔、裂裂纹纹、夹渣、焊瘤等。夹渣、焊瘤等。四、焊接缺陷四、焊接缺陷 未焊透未焊透 未熔合未熔合 咬边咬边 焊接时接头根部未完全熔透的现象。焊接时接头根部未完全熔透的现象。沿焊趾或焊根产生的沟槽。沿焊趾或焊根产生的沟槽。焊缝金属与母材之间或焊道金属之间未完全熔化结合的现象。焊缝金属与母材之间或焊道金属之间未完全熔化结合的现象。气孔气孔 裂纹裂纹 夹渣夹渣 焊后残留在焊缝中的气体形成的孔穴。焊后残留在焊缝中的气体形成的孔穴。焊后残留在焊缝中的熔渣或非金属杂质。焊后残留在焊缝中的熔渣或非金属杂质。焊接缺陷的危害焊接缺陷的危害 1 1）产产生生应应力力集集中中，增增加加焊焊接接结结构构工工作作时时的的应应力，降低承载能力；力，降低承载能力；2 2）引起裂纹，缩短使用寿命；）引起裂纹，缩短使用寿命；3 3）造成脆断。）造成脆断。由于忽视焊接产品质量检验造成的事故屡见不鲜：由于忽视焊接产品质量检验造成的事故屡见不鲜：XXXXXX年年X X月月X X日日，上上海海某某热热电电厂厂供供热热管管道道发生爆炸。发生爆炸。原因：焊后检查不严，未焊透深度达板厚的原因：焊后检查不严，未焊透深度达板厚的80%80%。XXXXXX年年X X月月X X日日，辽辽宁宁某某化化纤纤厂厂盛盛氮氮球球罐罐水水压压试验时发生爆裂。试验时发生爆裂。原因：竣工检查时漏检裂纹。原因：竣工检查时漏检裂纹。1 1、焊接裂纹、焊接裂纹 一一是是热热裂裂纹纹，指指在在固固相相线线附附近近的的高高温温产生的裂纹；产生的裂纹；二二是是冷冷裂裂纹纹，对对钢钢指指在在马马氏氏体体开开始始转转变温度以下产生的裂纹。变温度以下产生的裂纹。（1 1）热热裂裂纹纹：经经常常发发生生在在焊焊缝缝区区，在在结结晶晶过过程程中中产产生生的的叫叫结结晶晶裂裂纹纹；在在热热影影响响区区的的过过热热区区，晶晶间间低低熔熔点点杂杂质质发发生生熔熔化化，产产生生液液化化裂裂纹纹。其其特特征征都都是是沿沿晶晶界界开开裂裂，有氧化色。有氧化色。产生原因有产生原因有：a)a)晶晶界界存存在在液液态态间间层层，焊焊缝缝结结晶晶时时，低低熔熔点点杂杂质质偏偏析；析；b)b)存在焊接拉应力，将晶界液态间层拉裂。存在焊接拉应力，将晶界液态间层拉裂。热裂纹防止措施热裂纹防止措施：a a）限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，如硫磷含量；限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，如硫磷含量；b b）控制焊接规范；控制焊接规范；c c）调调整整焊焊缝缝化化学学成成分分，避避免免低低熔熔点点共共晶晶，缩缩小小结结晶晶温温度度范范围围，改改善善焊焊缝缝组组织织，细细化化焊焊缝缝晶晶粒粒，提提高高塑塑性性，减减少少偏析；偏析；d d）采用能减少焊接应力的工艺措施；采用能减少焊接应力的工艺措施；e e）操作上填满弧坑。操作上填满弧坑。（2 2）冷冷裂裂纹纹：在在焊焊缝缝区区和和热热影影响响区区均均可可能能产产生生。冷冷裂裂纹纹的的形形态态有有：焊焊道道下下裂裂纹纹、焊焊趾趾裂裂纹纹、焊焊根根裂裂纹纹，如如图图3-3-1818所示所示 ；其特点是无分支，为穿晶型，无氧化色。；其特点是无分支，为穿晶型，无氧化色。图图3-18 焊接冷裂纹焊接冷裂纹a焊道下裂纹焊道下裂纹 b焊趾裂纹焊趾裂纹c焊根裂纹焊根裂纹产生原因产生原因：a a）焊焊接接接接头头存存在在淬淬硬硬组织，接头性能脆化；组织，接头性能脆化；b）扩扩散散氢氢的的含含量量较较多多，使使接接头头性性能能脆脆化化，并并造造成很大的局部压力。成很大的局部压力。c）存存在在较较大大的的焊焊接接拉拉伸应力。伸应力。冷裂纹防止措施冷裂纹防止措施：a a）选用碱性焊条，减少氢含量，提高焊缝金属塑性；选用碱性焊条，减少氢含量，提高焊缝金属塑性；b）焊焊条条和和焊焊剂剂使使用用前前严严格格烘烘干干，去去除除水水分分，减减少少扩扩散散氢氢含含量；量；c）清除焊丝和坡口及两侧母材的锈、油、水，减少氢来源；清除焊丝和坡口及两侧母材的锈、油、水，减少氢来源；d）焊前预热，焊后缓冷；焊前预热，焊后缓冷；e）采用合理的焊接顺序和工艺措施，减少焊接应力；采用合理的焊接顺序和工艺措施，减少焊接应力；f）焊后立即进行消氢处理；焊后立即进行消氢处理；g）焊后进行热处理，消除残余应力。焊后进行热处理，消除残余应力。2 2、气孔、气孔 在在熔熔池池液液体体金金属属冷冷却却结结晶晶时时，产产生生气气体体，气气体体来来不不及及逸逸出出熔熔池池表表面面而而形形成成。焊焊接接气气孔孔有有：氢氢气气孔孔，一一氧氧化化碳气孔，氮气孔。碳气孔，氮气孔。防止措施防止措施：1 1）焊条、焊剂烘干；）焊条、焊剂烘干；2 2）清除焊丝和坡口及两侧母材的锈、油、水；）清除焊丝和坡口及两侧母材的锈、油、水；3 3）采用短弧焊，注意操作技术，控制焊接速度。采用短弧焊，注意操作技术，控制焊接速度。其它缺陷大多是由于焊接规范不当，操作不良。其它缺陷大多是由于焊接规范不当，操作不良。3 3、焊接缺陷的检查、焊接缺陷的检查 焊焊接接缺缺陷陷按按发发生生部部位位可可分分为为表表面面缺缺陷陷和和内内部部缺缺陷。陷。对对表表面面缺缺陷陷：一一般般用用眼眼睛睛或或低低倍倍放放大大镜镜进进行行检检查，查，对表面微裂纹对表面微裂纹，用着色检验或磁粉探伤。，用着色检验或磁粉探伤。视频视频（1 1）着色检验）着色检验：是是一一种种渗渗透透探探伤伤法法，使使用用喷喷罐罐式式气气雾雾剂剂，先先用用清清洗洗气气雾雾剂剂清清洗洗，再再用用渗渗透透气气雾雾剂剂（红红色色）渗渗透透，再再清清洗洗，最最后后用用显显像像气气雾剂（白色）显示。雾剂（白色）显示。（2 2）磁磁粉粉探探伤伤：原原理理是是利利用用外外加加磁磁场场在在焊焊件件上上产产生生的的磁磁力力线线，遇遇有有裂裂纹纹等等缺缺陷陷时时，会会弯弯曲曲跑跑出出焊焊件件表表面面，形形成成漏漏磁磁场场，产产生生极极性性，吸吸附附磁磁粉粉，显显示示裂裂纹纹等等缺缺陷陷的的形形貌貌、部部位位和和尺尺寸寸；如图如图3-193-19所示。所示。对内部缺陷：有射线探伤和超声波探伤。对内部缺陷：有射线探伤和超声波探伤。图图3-19 磁粉检验示意图磁粉检验示意图视频视频（3 3）射射线线探探伤伤：有有x x射射线线，射射线线和和高高能能射射线线；其其原原理理是是利利用用射射线线经经过过裂裂纹纹等等缺缺陷陷时时，衰衰减减较较小小，在在底底片片感感光光较较强强，而而显显示出缺陷的形状、尺寸和位置。示出缺陷的形状、尺寸和位置。如图如图3-203-20，3-213-21所示。所示。图图3-20 X射线探伤示意图射线探伤示意图图图3-21 X光片的识别光片的识别（4 4）超超声声波波探探伤伤：其其原原理理是是向向焊焊接接接接头头发发出出定定向向的的超超声声波波，遇遇有有缺缺陷陷时时，在在超超声声波波到到达达接接头头底底面面之之前前，就就返返回回接接受受器器，在在荧荧光光屏屏上上显显示示出出脉脉冲冲波波形形，从从而而判判断断缺缺陷陷的的位位置置和和大大小小，但不能判断哪种缺陷。但不能判断哪种缺陷。如图如图3-223-22所示。所示。图图3-22 超声波检验示意图超声波检验示意图