焊接是機械制造中普遍應用的重要工藝。焊接對技術要求較高,掌握不好,容易出現(xiàn)各類缺陷。現(xiàn)就焊接中常見的缺陷種類及原因進行分析,旨在對焊接工藝的制訂和操作予以指導,從而盡可能地避免缺陷的出現(xiàn)。
先了解一下焊縫的組成結構,焊接接頭一般有三個區(qū)塊:焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū)。焊縫區(qū)指在焊接發(fā)生熔化凝固的區(qū)域,它由熔化的母材和填充金屬組成。熔合區(qū)是焊接接頭中焊縫金屬與熱影響區(qū)的交界處,熔合區(qū)一般很窄,寬度為0.1~0.4mm。熔合區(qū)由于化學成分不均勻,機械性能常常是焊縫中最差的。在填充金屬與母材之間有一條界線,稱為熔合線。熱影響區(qū)指焊接時母材金屬受熱的影響(但未熔化),而發(fā)生金相組織和力學性能變化的區(qū)域。
在機械設計時,有時會需要選擇焊縫系數(shù),即焊接接頭系數(shù)。它是指對接焊接接頭強度與母材強度之比值,用以反映由于焊接材料、焊接缺陷和焊接殘余應力等因素使焊接接頭強度被削弱的程度,是焊接接頭力學性能的綜合反映。如焊縫系數(shù)為1時,代表焊縫的強度與母材強度一致。
焊縫的常見缺陷有裂紋、氣孔、焊瘤等。
一、裂紋
裂紋端部形狀尖銳,應力集中嚴重,對承受交變和沖擊載荷、靜拉力影響較大,是焊接過程中最危險的缺陷。按其產生的原因可分冷裂紋、熱裂紋和再熱裂紋等。
A、冷裂紋指在200℃以下產生的裂紋,它與氫有密切關系,其產生的主要原因是:
1、對大厚工件選用的預熱溫度和焊后緩冷措施不合適。
2、焊材選用不合適。
3、焊接接頭剛性大、工藝不合理。
4、焊縫及其附近產生硬脆組織。
5、焊接規(guī)范選擇不當。
當焊縫為鑄鐵型時,較易出現(xiàn)冷裂紋。當采用異質焊接材料焊接,使焊縫成為奧氏體、鐵素體或銅基焊縫時,由于焊縫金屬有較好的塑性,配合采用合理的冷焊工藝,焊縫金屬不易出現(xiàn)冷裂紋。避免產生冷裂紋的措施:對焊件進行整體加熱(550~700℃),使溫差減小,降低焊接應力;采用加熱減應區(qū)法降低補焊處所受的應力。
熱影響區(qū)的冷裂紋:該種裂紋多數(shù)發(fā)生在含有較多滲碳體及馬氏體的熱影響區(qū),在某些情況下也可能發(fā)生在離熔合線稍遠的熱影響區(qū)。避免產生冷裂紋的措施:對焊件進行整體預熱,使溫差減小,降低焊接應力;
B、熱裂紋指在300℃以上產生的裂紋(主要是凝固裂紋),其產生的主要原因是:
1、成份的影響。焊接純奧氏體鋼、某些高鎳合金鋼和有色金屬時易出現(xiàn)。
2、焊縫中含有較多的硫等有害雜質元素。
3、焊接條件及接頭形狀選擇不當。
當采用低碳鋼與鎳基鑄鐵焊條冷焊時,焊縫較易出現(xiàn)屬于熱裂紋的結晶裂紋。避免熱裂紋的措施:
(1)通過調整焊縫化學成分,使其脆性溫度區(qū)間縮??;
?。?)加入稀土元素,增強脫S、P反應,以及使晶粒細化等途徑,以提高焊縫的抗熱裂紋性
?。?)采用正確的冷焊工藝,使焊接應力降低;
(4)使母材中的有害雜質較少熔入焊縫。
C、再熱裂紋即消除應力退火裂紋。指在高強度鋼的焊接區(qū),由于焊后熱處理或在高溫下使用,在熱影響區(qū)產生的晶界裂紋,其產生的主要原因是:
1、消除應力退火的熱處理條件不當。
2、合金成分的影響。如鉻、鉬、釩、鈮、硼等元素具有增大再熱裂紋的傾向。
3、焊材、焊接規(guī)范選擇不當。
4、結構設計不合理造成大的應力集中。
裂紋方向有縱向和橫向兩種。
焊縫的縱向是指為形成一定長度的焊縫,焊接時焊條(或焊絲)的移動方向。 焊縫出現(xiàn)縱向裂紋,原因如下:
1.焊接技術不合格。
2.焊接材料不合格。如:焊條質量,焊條種類選材不對,焊條受潮等。
3.焊接件不堪受力后產生裂紋,豎向裂縫為剪切力彎曲力所產生。
焊縫的橫向是指為形成一定寬度的焊縫,焊接時焊條的擺動方向。
二、氣孔
在焊接過程中,因氣體來不及及時逸出而在焊縫金屬內部或表面所形成的空穴。其產生的原因是:
1、焊條、焊劑烘干不夠。
2、焊接工藝不夠穩(wěn)定,電弧電壓偏高,電弧過長,焊速過快和電流過小。
3、填充金屬和母材表面油、銹等未清除干凈。
4、未采用后退法熔化引弧點。
5、預熱溫度過低。
6、未將引弧和熄弧的位置錯開。
7、焊接區(qū)保護不良,熔池面積過大。
8、交流電源易出現(xiàn)氣孔,直流焊接的氣孔傾向較小。
三、焊瘤
在焊接過程中,熔化金屬流到焊縫外未熔化的母材上所形成的金屬瘤,它改變了焊縫的橫截面,對動載不利。其產生的原因是:
1、電弧過長、底層施焊電流過大。
2、立焊時電流過大、焊條擺動不當。
3、焊縫裝配間隙過大。
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