根据焊接缺欠的性质、特征可分为不连续性缺欠(如裂纹、夹渣、气孔和未熔合等)和几何偏差缺欠两大类。国家标准GB/T 6417.1—2005《金属熔化焊接头缺欠分类及说明》和GB/T 6417.2—2005《金属压力焊接头缺欠分类及说明》根据缺欠的性质和特征将焊接缺欠分为6大类:第1类,裂纹;第2类,孔穴;第3类,固体夹杂;第4类,未熔合及未焊透;第5类,形状及尺寸不良;第6类,其他缺欠。每一大类中又按缺欠存在的位置及状态分为若干小类。为了方便使用和管理,标准采用缺欠代号表示各种焊接缺欠。
GB/T 6417.1—2005《金属熔化焊接头缺欠分类及说明》对于熔焊接头焊接缺欠按其性质进行了分类,共有6类。
1)裂纹 一种在固态下由局部断裂产生的缺欠,它可能源于冷却或应力效果。在显微镜下才能观察到的裂纹称为微裂纹。裂纹缺欠有以下几种。
①纵向裂纹 基本与焊缝轴线相平行的裂纹,它可能位于焊缝金属、熔合区、热影响区及母材等区域。
②横向裂纹 基本与焊缝轴线相垂直的裂纹。
③放射状裂纹 具有某一公共点的放射状裂纹,这种类型的小裂纹称为星形裂纹。
④弧坑裂纹 在焊缝弧坑处的裂纹,它可能是纵向的、横向的或放射状的。
⑤间断裂纹群 一群在任意方向间断分布的裂纹。
⑥枝状裂纹 源于同一裂纹并且连在一起的裂纹群。
横向裂纹、放射状裂纹、间断裂纹群及枝状裂纹都可能位于焊缝金属、热影响区及母材的区域。
2)孔穴 包括气孔、缩孔、微型缩孔等。
①气孔 残留气体形成的孔穴,有以下几种。
a.球形气孔:球形的孔穴。
b.均布气孔:均匀分布在整个焊缝金属中的一些气孔。
c.局部密集气孔:呈任意几何分布的一群气孔。
d.链状气孔:与焊缝轴线平行的一串气孔。
e.条状气孔:长度方向与焊缝轴线平行的非球形气孔。
f.虫形气孔:因气体逸出而在焊缝金属中产生的一种管状气孔穴,其形状和位置由凝固方式和气体的来源所决定。通常该气孔成串聚集,并呈鲱骨形状。有些虫形气孔可能暴露在焊缝表面上。
g.表面气孔:暴露在焊缝表面的气孔。
②缩孔 由于凝固时收缩造成的孔穴,可以分为以下几种。
a.结晶缩孔:冷却过程中在树枝晶之间形成的长形缩孔,可能残留有气体。这种缺欠通常可在焊缝表面垂直处发现。
b.弧坑缩孔:焊道末端的凹陷孔穴,未被后续焊道消除。
c.末端弧坑缩孔:在焊道末端,减少焊缝横截面处的外露缩孔。
③微型缩孔 仅在显微镜下可以观察到的缩孔等,有以下两种。
a.微型结晶缩孔:冷却过程中,沿晶界在树枝晶之间形成的长形缩孔。
b.微型穿晶缩孔:凝固时,穿过晶界形成的长形缩孔。
3)固体夹杂 是在焊缝金属中残留的固体夹杂物,包含以下几种。
①夹渣 残留在焊缝中的熔渣。
②焊剂夹渣 残留在焊缝中的焊剂渣。
③氧化物夹杂 凝固时残留在焊缝中的金属氧化物。在某些情况下,特别是铝合金焊接时,因焊接熔池保护不良和紊流的双重影响而产生大量的氧化膜,称为皱褶缺欠。
④金属夹杂 残留在焊缝金属中的外来金属颗粒。这些颗粒可能是钨、铜或其他金属。
夹渣、焊剂夹渣、氧化物夹杂等可能是线状的、孤立的或成簇的。
4)未熔合及未焊透
①未熔合 焊缝金属和母材或焊缝金属各焊层之间未结合的部分称为未熔合。它可以分为侧壁未熔合、焊道间未熔合及根部未熔合等几种形式。
②未焊透 实际熔深与公称熔深之间的差异称为未焊透。在焊缝根部的一个或两个熔合面未熔化就是根部未焊透缺欠。
5)形状和尺寸不良 焊缝的外表面形状或接头的几何形状不良,包括以下各项,以及焊缝超高、角度偏差、焊脚不对称、焊缝宽度不齐、根部收缩、根部气孔、变形过大等各种缺欠。
①咬边 母材(或前一道熔敷金属)在焊趾处因焊接而产生的不规则缺口,可分为连续咬边、间断咬边、缩沟、焊道间咬边、局部交错咬边等缺欠。
②凸度过大 角焊缝表面上焊缝金属过高。
③下塌 过多的焊缝金属伸到了焊缝的根部。
④焊缝形面不良 母材金属表面与靠近焊趾处焊缝表面的切面之间的夹角过小。
⑤焊瘤 覆盖在母材金属表面,但未与其熔合的过多熔敷金属,可分为焊趾焊瘤及根部焊瘤等。
⑥错边 两个焊件表面应平行对齐时,未达到规定的平行对齐要求而产生的偏差,包括板材的错边及管材的错边等。
⑦下垂 由于重力而导致焊缝金属塌落。
⑧烧穿 焊接熔池塌落导致焊缝内形成的孔洞。
⑨未焊满 因焊接填充金属堆敷不充分,在焊缝表面产生纵向连续或间断的沟槽。
⑩表面不规则 焊缝表面粗糙过度。
焊接接头不良 焊缝再引弧处局部表面不规则,可能发生在盖面焊道及打底焊道。
焊缝尺寸不正确 是指与预先规定的焊缝尺寸产生的偏差,包括焊缝厚度过大、焊缝宽度过大、焊缝有效厚度不足或过大等缺欠。
6)其他缺欠 是指以上5类缺欠未包含的所有其他缺欠。例如电弧擦伤、飞溅(包括钨飞溅)、表面撕裂、磨痕、凿痕、打磨过量、定位焊缺欠(例如焊道破裂或熔合,定位未达到要求就施焊等)、双面焊道错开、回火色(不锈钢焊接区产生的轻微氧化表面)、表面鳞片(焊接区严重的氧化表面)、焊剂残留物、残渣、角焊缝的根部间隙不良,以及由于凝固阶段保温时间加长使轻金属接头发热而造成的膨胀缺欠等。
GB/T 6417.2—2005《金属压力焊接头缺欠分类及说明》对于压焊接头焊接缺欠按其性质进行了分类,共有6类。
1)裂纹 一种在固态下由局部断裂产生的缺欠,通常源于冷却或应力。裂纹缺欠包括纵向裂纹、横向裂纹、星形裂纹、熔核边缘裂纹、结合面裂纹、热影响区裂纹、母材裂纹、焊缝区的表面裂纹以及钩状裂纹(例如对焊试件飞边区域内的裂纹,通常始于夹杂物)等。纵向裂纹及横向裂纹可能位于焊缝、热影响区、未受影响的母材区域中。
2)孔穴 包括气孔、缩孔、锻孔等。
3)固体夹杂 包括夹渣、氧化物夹杂、金属夹杂及铸造金属夹杂等缺欠。夹渣、氧化物夹杂缺欠,可能是孤立或成簇分布。
4)未熔合 接头未完全熔合包括未焊上、熔合不足、箔片未焊合等缺欠。
5)形状和尺寸不良 形状缺欠是指与要求的接头形状有偏差。形状和尺寸不良包括咬边、飞边超限、组对不良、错边、角度偏差、变形、熔核或焊缝尺寸的缺欠,熔核熔深不足、单面烧穿、熔核或焊缝烧穿、热影响区过大、薄板间隙过大、表面缺欠、熔核不连续、焊缝错位、箔片错位及弯曲接头等缺欠。
6)其他缺欠 是指以上5类缺欠未包含的缺欠。例如飞溅、回火色(电焊或缝焊区域的氧化表面)、材料挤出物(从焊接区域挤出的熔化金属,包括飞溅或焊接喷溅)等缺欠。
根据GB/T 33219—2016《硬钎焊接头缺欠》的规定,在硬钎焊接头中产生的金属不连续、不致密、不规则、连接不良及形状或尺寸偏差的现象,称为缺欠。硬钎焊接头的缺欠有以下几类。
1)裂纹 硬钎焊接头的裂纹是指材料的有限分离。在应力及其他致脆因素作用下,形成新界面而产生的缝隙,具有尖锐的缺口和长宽比大的特征,主要沿二维方向扩展。裂纹可以是纵向的或横向的。裂纹可能存在于钎缝金属、钎焊界面、扩散区、热影响区以及未受影响的母材区中。
2)孔穴 包括气穴、气孔、大气窝、表面气孔、表面气泡、填充缺欠及未焊透等,这些缺欠经常伴随产生。
3)固体夹杂 是钎焊金属中残留的外部金属或非金属颗粒固体夹杂物,可以分为氧化物夹杂、金属夹杂以及钎剂夹杂等。
4)结合缺欠 是指硬钎缝金属与母材之间没有结合或没有充分结合的部位,可分为填充缺欠和未钎透。填充缺欠是指钎缝间隙没有完全被填充,未钎透是指熔融钎料未能填满要求的接头长度区域。
5)形状和尺寸缺欠 包括焊瘤、形态不良、错边、角度偏差、变形、局部熔化(或熔穿)、咬边、填充金属溶蚀、凹形钎缝、表面粗糙、不完整或不规则钎角等。
6)其他缺欠 是指不属于以上5类的缺欠,包括钎剂渗漏、飞溅、变色或氧化、母材及填充材料的过度合金化、钎剂残余物、钎焊金属过度流淌及蚀刻等。
焊接产品在制造过程中,不可避免地会出现不同类型的缺欠。分析焊接缺欠的产生原因,是为了有针对性地采取相应的技术措施,减少或消除焊接缺陷,以提高焊接产品的质量。同时,还要对已经出现的缺欠进行分析,研究解决办法及补救措施,并且明确指出缺欠达到什么程度时,就应当判定为缺陷,也就是要通过理论分析与计算确定缺欠的容限。结合具体的焊接产品,确定Q A 、Q B 的质量标准,这是非常重要的工作。
1)气孔的控制
①按国家标准要求,加强施工环境控制,现场建立合理的施工清洁区;严禁焊接场所有穿堂风,采取端部封堵等措施。
②按焊接施工方案要求进行坡口清理,严格控制坡口两侧的清洁度;加强现场通风条件,控制空气潮湿度不大于90%。
③加强焊工基本技能的培训,严格执行工艺规程,控制焊接电弧的合适长度。
④焊条电弧焊采用低氢型焊条,焊前按要求烘干。
⑤氩弧焊控制氩气纯度(Ar≥99.99%);按工艺评定要求,控制氩气流量,避免出现紊流。
⑥选择性能稳定且标定合格的焊接设备。
2)夹渣的控制
①加强焊工基本技能的培训,操作中控制铁水与熔渣分离。
②按焊接工艺文件要求,控制焊接电流。
③使用合适规格的焊条,加强焊接过程的层道间清理。
④焊接接地线应在工件中合理牢固接地,控制电弧偏吹。
3)未熔合的控制
①加强焊工基本技能的培训,从操作上消除根部未熔合缺陷的产生。
②注意焊层之间的修整,避免出现沟槽及运条不当而导致未熔合。
③严格按焊接工艺文件要求,采用合理的焊接电流(或焊接热输入)。
④正确处理钨极的打磨角度和焊接停留时间。
4)未焊透的控制
①加强焊接坡口质量检查,控制合理的钝边量。
②加强装配质量检查,严把装配质量关,控制合理的装配间隙和错边量。
③加强焊工基本技能的培训,避免内部缺陷的错判。
④按焊接工艺文件要求采用合理的焊接电流(或焊接热输入)。
⑤使用合适规格的焊材(焊条、焊丝)。
⑥正确处理钨极的打磨角度。
5)错边的控制
①加强焊接坡口的检验,控制两部件的壁厚差达到标准要求。
②加强质量检验人员在现场对装配质量的检查,严把焊接装配质量关,控制合理的错边量。
③加强操作者自检,按要求进行点固焊,确保装配质量。
④加强装配图纸的审查,避免设计在设备、阀门与管道接口尺寸存在问题。
当产品焊接缺陷被检出后,除对它进行评定并作出处理外,还有一项更为重要的工作,即对产生的焊接缺陷进行原因分析。找出产生焊接缺陷的内、外原因,才能“对症下药”,根治焊接缺陷,特别是防止缺陷的再次发生。
了解各种焊接缺陷对结构质量的影响,对控制焊接结构的安全是十分必要的。应明确哪些焊接缺陷可能对焊接结构带来灾难性的后果,哪些焊接缺欠不会对焊接结构安全运行有大的影响。通过严格控制缺欠,可确保优质焊接工程的实现。
①在焊接接头或焊接产品中出现的缺欠,如果不能满足“合于使用”的最低验收标准Q B ,就应当考虑返修。否则,就判定为废品。
②对于影响焊接接头使用安全性的缺欠,必须进行认真的、细致的返修工作;对于符合产品安全使用要求的产品缺欠,可以不必返修。对于缺欠是否应当进行返修进行决策时,必须认真进行技术论证,并经总工程师批准。
③缺欠应当区分为表层缺欠与内部缺欠。表层缺欠应当根据缺欠的形状、尺寸及范围,采用机械加工方法,有时还应配合焊接方法或表面工程技术进行返修。内部缺欠的返修,在机械加工等方式将缺欠清除干净后,主要由焊接方法修复。
④返修工作前应当认真制定返修工艺方案,经过返修焊接工艺评定试验及技术论证后,由该工程项目的总工程师批准。返修工作的原则是要确保产品质量、便于施工、注意节约能源及材料。
⑤在返修工作开始时,清除超标缺欠必须彻底、干净,不留隐患。清除的范围应当比缺欠的部位大出20~30mm。
⑥返修工作中的焊接施工,应当由有经验的高级技工或技师进行认真操作。
⑦返修次数不宜超过2次。
⑧经过返修的部位,应当采用该产品焊接工艺规程中规定的无损检测方法进行复检。
全世界结构钢的年消耗量为(4.5~6.5)亿吨,并以每年5%~8%的速度增长;我国发展的速度更为迅速,近几年每年钢产量都有增长。随着合金结构钢焊接结构的使用范围不断扩大,工程结构中的焊接质量问题也日益突出,应引起人们的高度重视。