焊接缺陷及防止措施

1、外形瑕疵

外形瑕疵(表层瑕疵)是指不用借助于仪器,从钻孔表层可以发现的瑕疵。常见的外形瑕疵有咬边、焊瘤、突起及冲压变形等,有时还有表层导管和表层裂缝。实心焊的表皮未焊透等。A、咬边

是指沿着焊趾,在助焊剂部分逐步形成的突起或凹槽, 它是虽然静电将凹槽边缘的助焊剂熔融后没有得到熔敷合金的充分补充所留下的缺口。造成咬边的主要其原因是静电热量太高,即电阻太大,运条速率太小所引致的。铜焊与钻孔间角度不恰当,转动片面,静电过长,冲压次序片面等单厢引致咬边。三相焊时静电的磁偏吹也是造成咬边的一个其原因。某些冲压边线(立、横、仰)会加剧咬边。咬边增大了助焊剂的有效率孔径,降低结构的承载力,与此同时还会引致应力集中,发展为裂缝源。矫治操作方式坐姿,换用科学合理的规范化,采用良好的运条方式单厢有利于消除咬边。焊角凹槽时,用交流焊代替三相焊也能有效率地避免咬边。B、焊瘤

凹槽中的液态合金流到加热严重不足未熔融的助焊剂上或从凹槽表皮溢出,加热后逐步形成的未与助焊剂charged的合金瘤即为焊瘤。冲压规范化过强、铜焊熔融过快、铜焊质量不佳(如偏芯),冲压电源特性不稳定及操作方式坐姿失当等都难增添焊瘤。在横、立、仰边线更易逐步形成焊瘤。

焊瘤常伴有未charged、夹渣瑕疵,易引致裂缝。与此同时,焊瘤改变了凹槽的实际尺寸,会增添应力集中。管子内部的焊瘤增大了它的管径,可能引致流动物堵塞。

避免焊瘤的举措:使凹槽处于平焊边线,恰当换用规范化,换用样本均值芯铜焊,科学合理操作方式。

C、突起

突起指凹槽表层或左上角局部的低于助焊剂的部分。

突起多是虽然收弧时铜焊(塞雷县)周生短时期逗留引致的(此时的突起称为弧坑),仰立、横焊时,常在凹槽左上角表皮造成凸起。

突起增大了凹槽的有效率孔径,弧坑常带有弧坑裂缝和弧坑缩孔。

避免突起的举措:换用有电阻衰减系统的JGD5,尽量换用平焊边线,换用合适的冲压规范化,收弧时让铜焊在硝酸锶内短时期逗留或环形转动,清空弧坑。

D、未焊满

未焊满是指凹槽表层上连续的或间歇性的凹槽。充填合金严重不足是造成未焊满的根本其原因。规范化很弱,铜焊而要,运条失当等会引致未焊满。未焊满同样削弱了凹槽,难造成应力集中,与此同时,虽然规范化很弱使加热速率增大,难增添导管、裂缝等。

避免未焊满的举措:加大冲压电阻,加焊Daye凹槽。

E、掀开

掀开是指冲压过程中,熔深超过钻孔厚度,熔融合金自凹槽左上角流出,逐步形成圆孔性缺。

冲压电阻过大,速率太慢,静电在凹槽处逗留过久,单厢造成掀开瑕疵。钻孔间隙太大,钝边太小也难出现掀开现象。

掀开是锅炉压力容器产品上不允许存在的瑕疵,它完全破坏了凹槽,使接头丧失其联接飞及承载力。

换用较小电阻并配合合适的冲压速率,增大装配间隙,在凹槽左上角加设垫板或药垫,使用脉冲焊,能有效率地避免掀开。

F、其他表层瑕疵:

（1）成形不良：指凹槽的外形几何尺寸不符合要求。有凹槽超高,表层不光滑,以及凹槽过宽,凹槽向助焊剂过渡不圆滑等。

（2）错边：指两个钻孔在厚度方向上错开一定边线,,它既可视作凹槽表层瑕疵,又可视作装配成形瑕疵。

（3）塌陷：实心焊时虽然输入热量过大,熔融合金过多而使液态合金向凹槽左上角塌落, 成形后凹槽左上角突起,正面下塌。

（4）表层导管及弧坑缩孔。

（5）各种冲压变形如角变形、扭曲、波浪变形等都属于冲压瑕疵O角变形也属于装配成形瑕疵。2、导管和夹渣

A、导管

导管是指冲压时,硝酸锶中的气体未在合金凝固前逸出,残存于凹槽之中所逐步形成的空穴。其气体可能是硝酸锶从外界吸收的,也可能是冲压冶金过程中反应生成的。

(1) 导管的分类导管从其形状上分,有球状导管、条虫状导管；从数量上可分为单个导管和群状导管。群状导管又有均匀分布导管,密集状导管和链状分布导管之分。按导管内气体成分分类,有氢导管、氮导管、二氧化碳导管、一氧化碳导管、氧导管等。熔焊导管多为氢导管和一氧化碳导管。

(2) 导管的逐步形成机理常温固态合金中气体的溶解度只有高温液态合金中气体溶解度的几十分之一至几百分之一,硝酸锶合金在凝固过程中,有大量的气体要从合金中逸出来。当凝固速率大于气体逸出速率时,就逐步形成导管。

(3) 造成导管的主要其原因助焊剂或充填合金表层有锈、油污等,铜焊及焊剂未烘干会增加导管量,因为锈、油污及铜焊药皮、焊剂中的水分在高温下分解为气体,增加了高温合金中气体的含量。冲压线能量过小,硝酸锶加热速率大,不利于气体逸出。凹槽合金脱氧严重不足也会增加氧导管。

(4) 导管的危害导管减少了凹槽的有效率孔径,使凹槽疏松,从而降低了接头的强度,降低塑性,还会引起泄漏。导管也是引起应力集中的因素。氢导管还可能促成冷裂缝。

(5) 避免导管的举措

a. 清除塞雷县,工作坡口及其附近表层的油污、铁锈、水分和杂物。

b. 采用碱性铜焊、焊剂,并彻底烘干。

c. 采用三相反接并用短静电施焊。

d. 焊前预热,减缓加热速率。

e. 用偏强的规范化施焊。

B、夹渣 夹渣是指焊后溶渣残存在凹槽中的现象。

（1） 夹渣的分类

a. 合金夹渣:指钨、铜等合金颗粒残留在凹槽之中,习惯上称为夹钨、夹铜。

b. 非合金夹渣:指未熔的铜焊药皮或焊剂、硫化物、氧化物、氮化物残留于凹槽之中。冶金反应不完全,脱渣性不好。

(2) 夹渣的分布与形状有单个点状夹渣,条状夹渣,链状夹渣和密集夹渣。

(3) 夹渣造成的其原因

a. 坡口尺寸片面；

b. 坡口有污物；

c. 多层焊时,层间清渣不彻底；

d. 冲压线能量小；

e. 凹槽散热太快,液态合金凝固过快；

f. 铜焊药皮,焊剂化学成分片面,熔点过高；

g. 钨极惰性气体保护焊时,电源极性失当,电、流密度大, 钨极熔融脱落于硝酸锶中。

h. 手工焊时,铜焊转动不良,不利于熔渣上浮。

可根据以上其原因分别采取对应举措以避免夹渣的造成。

(4) 夹渣的危害点状夹渣的危害与导管相似,带有尖角的夹渣会造成尖端应力集中,尖端还会发展为裂缝源,危害较大。3、裂缝

凹槽中原子结合遭到破坏,逐步形成新的界面而造成的缝隙称为裂缝。

A、裂缝的分类

根据裂缝尺寸大小,分为三类:

(1) 宏观裂缝:肉眼可见的裂缝。

(2) 微观裂缝:在显微镜下才能发现。

(3) 超显微裂缝:在高倍数显微镜下才能发现,一般指晶间裂缝和晶内裂缝。

从造成温度上看,裂缝分为两类:

(1) 热裂缝:造成于Ac3线附近的裂缝。一般是冲压完毕即出现,又称结晶裂缝。这种二裂缝主要发生在晶界,裂缝面上有氧化色彩,失去合金光泽。

(2) 冷裂缝:指在焊毕冷至马氏体转变温M3点以下造成的裂缝,一般是在焊后一段时间(几小时,几天甚至更长)才出现,故又称延迟裂缝。

按裂缝造成的其原因分,又可把裂缝分为:

（1）再热裂缝:接头加热后再加热至500~700℃时造成的裂缝。再热裂缝造成于沉淀强化的材料(如含Cr、Mo、V、Ti、Nb的合金)的冲压热影响区内的粗晶区,一般从charged线向热影响区的粗晶区发展,呈晶间开裂特征。

（2）层状撕裂主要是虽然钢材在轧制过程中,将硫化物(MnS)、硅酸盐类等杂质夹在其中,逐步形成各向异性。在冲压应力或外拘束应力的使用下,合金沿轧制方向的杂物开裂。

（3）应力腐蚀裂缝:在应力和腐蚀介质共同作用下造成的裂缝。除残余应力或拘束应力的因素外,应力腐蚀裂缝主要与凹槽组织组成及形态有关。

B、裂缝的危害裂缝,尤其是冷裂缝,增添的危害是灾难性的。世界上的压力容器事故除极少数是虽然设计片面,选材失当的其原因引起的以外,绝大部分是虽然裂缝引起的脆性破坏。

C、热裂缝(结晶裂缝)

(1) 结晶裂缝的逐步形成机理热裂缝发生于凹槽合金凝固末期,敏感温度区大致在固相线附近的高温区,最常见的热裂缝是结晶裂缝,其生成其原因是在凹槽合金凝固过程中,结晶偏析使杂质生成的低熔点共晶物富集于晶界,逐步形成所谓液态薄膜,在特定的敏感温度区(又称脆性温度区)间,其强度极小,虽然凹槽凝固收缩而受到拉应力,最终开裂逐步形成裂缝。结晶裂缝最常见的情况是沿凹槽中心长度方向开裂,为纵向裂缝,有时也发生在凹槽内部两个柱状晶之间,为横向裂缝。弧坑裂缝是另一种形态的,常见的热裂缝。热裂缝都是沿晶界开裂,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气凹槽中

(2) 影响结晶裂缝的因素

a. 合金元素和杂质的影响碳元素以及硫、磷等杂质元素的增加,会扩大敏感温度区,使结晶裂缝的造成机会增多。

b. 加热速率的影响加热速率增大,一是使结晶偏析加重,二是使结晶温度区间增大,两者单厢增加结晶裂缝的出现机会。

c. 结晶应力与拘束应力的影响在脆性温度区内,合金的强度极低,冲压应力又使这飞部分合金受拉,当拉应力达到一定程度时,就会出现结晶裂缝。

(3) 避免结晶裂缝的举措

a. 增大硫、磷等有害元素的含量,用含碳量较低的材料冲压。

b. 加入一定的合金元素,增大柱状晶和偏析。如铝、锐、铁、镜等可以细化晶粒。

c. 采用熔深较浅的凹槽,改善散热条件使低熔点物质上浮在凹槽表层而不存在于凹槽中。

d. 科学合理换用冲压规范化,并采用预热和后热,增大加热速率。

e. 采用科学合理的装配次序,增大冲压应力。

D、再热裂缝

(1) 再热裂缝的特征

a. 再热裂缝造成于冲压热影响区的过热粗晶区。造成于焊后热处理等再次加热的过程中。

b. 再热裂缝的造成温度:碳钢与合金钢550~650℃奥氏体不锈钢约300℃。

c. 再热裂缝为晶界开裂(沿晶开裂)。

d. 最易造成于沉淀强化的钢种中。

e. 与冲压残余应力有关。

(2)再热裂缝的造成机理

a. 再热裂缝的造成机理有多种解释,其中模形开裂理论的解释如下:

近缝区合金在高温热循环作用下,强化相碳化物(如碳化铁、碳化饥、碳化镜、碳化错等)沉积在晶内的位错区上,使晶内强化强度大大高于晶界强化,尤其是当强化相弥散分布在晶粒内时, 阻碍晶粒内部的局部调整,又会阻碍晶粒的整体变形,这样,虽然应力松弛而增添的塑性变形就主要由晶界合金来承担,于是,晶界应力集中,就会造成裂缝,即所谓的模形开裂。

(3) 再热裂缝的避免

a. 注意冶金元素的强化作用及其对再热裂缝的影响。

b. 科学合理预热或采用后热,控制加热速率。

c. 降低残余应力避免应力集中。

d. 回火处理时尽量避开再热裂缝的敏感温度区或缩短在此温度区内的逗留时间。

E、冷裂缝

(1) 冷裂缝的特征

a. 造成于较低温度,且造成于焊后一段时间以后,故又称延迟裂缝。

b. 主要造成于热影响区,也有发生在凹槽区的。

c. 冷裂缝可能是沿晶开裂,穿晶开裂或两者混合出现。

d. 冷裂缝引起的构件破坏是典型的脆断。

(2) 冷裂缝造成机理

a. 瘁硬组织(马氏体)增大了合金的塑性储备。

b. 接头的残余应力使凹槽受拉。

c. 接头内有一定的含氢量。

含氢量和拉应力是冷裂缝(这里指氢致裂缝)造成的两个重要因素。一般来说,合金内部原子的排列并非完全有序的,而是有许多微观瑕疵。在拉应力的作用下,氢向高应力区(瑕疵部位)扩散聚集。当氢聚集到一定浓度时,就会破坏合金中原子的结合键,合金内就出现一些微观裂缝。应力不断作用,氢不断地聚集,微观裂缝不断地扩展,直致发展为宏观裂缝,最后断裂。决定冷裂缝的造成与否,有一个临界的含氢量和一个临界的应力值。当接头内氢的浓度小于临界含氢量,或所受应力小于临界应力时,将不会造成冷裂缝(即延迟时间无限长)。在所有的裂缝中,冷裂缝的危害性最大。

(3) 避免冷裂缝的举措

a. 采用低氢型碱性铜焊,严格烘干,在100~150℃下保存,随取随用。

b. 提高预热温度,采用后热举措,并保证层间温度不小于预热温度,选择科学合理的冲压规范化,避免凹槽中出现洋硬组织。

c. 换用科学合理的冲压顺序,减少冲压变形和冲压应力。

d. 焊后及时进行消氢热处理。4、未焊透

未焊透指助焊剂合金未熔融,凹槽合金没有进入,接头表皮的现象。

A、造成未焊透的其原因

(1) 冲压电阻小,熔深浅。

(2) 坡口和间隙尺寸片面,钝边太大。

(3) 磁偏吹影响。

(4) 铜焊偏芯度太大。

(5) 层间及焊根清理不良。

B、未焊透的危害

未焊透的危害之一是减少了凹槽的有效率孔径,使接头强度下降。其次,未焊透焊透引起的应力集中所引致的危害,比强度下降的危害大得多。未焊透严重降低凹槽的疲劳强度。未焊透可能成为裂缝源,是引致凹槽破坏的重要其原因。未焊透引起的应力集中所引致的危害,比强度下降的危害大得多。未焊透严重降低凹槽的疲劳强度。未焊透可能成为裂缝源,是引致凹槽破坏的重要其原因。

C、未焊透的避免

使用较大电阻来冲压是避免未焊透的基本方法。另外,焊角凹槽时,用交流代替三相以避免磁偏吹,科学合理设计坡口并加强清理,用短弧焊等举措也可有效率避免未焊透的造成。5、未charged

未charged是指凹槽合金与助焊剂合金,或凹槽合金之间未熔融结合在一起的瑕疵。按其所在部位,未charged可分为坡口未charged,层间未charged表皮未charged三种。

A、造成未charged瑕疵的其原因

(1) 冲压电阻过小。

(2) 冲压速率过快。

(3) 铜焊角度不对。

(4) 造成了弧偏吹现象。

(5) 冲压处于下坡焊边线,助焊剂未熔融时已被铁水复盖。

(6) 助焊剂表层有污物或氧化物影响熔敷合金与助焊剂间的熔融结合等。

B、未charged的危害

未charged是一种面积型瑕疵,坡口未charged和表皮未charged对承载孔径的增大都非常明显,应力集中也比较严重,其危害性仅次于裂缝。

C、未charged的避免

采用较大的冲压电阻,恰当地进行施焊操作方式,注意坡口部位的清洁。6、其他瑕疵

(1) 凹槽化学成分或组织成分不符合要求

焊材与助焊剂匹配失当,或冲压过程中元素烧损等其原因,难使凹槽合金的化学成份发生变化,或引致凹槽组织不符合要求。这可能增添凹槽的力学性能的下降,还会影响接头的耐蚀性能。

(2) 过热和过烧

若冲压规范化使用失当,热影响区长时间在高温下逗留,会使晶粒变得粗大,即出现过热组织。若温度进一步升高,逗留时间加长,可能使晶界发生氧化或局部熔融,出现过烧组织。过热可通过热处理来消除,而过烧是不可逆转的瑕疵。

(3) 白点

在凹槽合金的拉断面上出现的象鱼目状的白色斑,即为自点F白点是虽然氢聚集而引致的,危害极大。

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