焊接缺陷

焊接缺陷

英文词条名：weld defects

焊接过程的特点：

焊接与炼钢相似，是一个冶炼过程。但这个过程比炼钢的时间短得多，有它自己的一些特点。

一、温度高 以手工电弧焊为例，其电弧温度高达6000～8000℃，使焊件与电焊条之间发生强烈熔化和蒸发(熔滴的平均温度达1800～2400℃)，外界的气体(如：N2、02、H2等)大量的分解溶入熔池，其数量比炼钢要大很多倍，那么凝固后的金属，有可能产生气孔，使机械性能下降。

二、温差大 焊接是局部加热，从冷态开始至加热熔化，熔池的温度可达1700℃以上，其周围又是冷态金属，两者温度差巨大，从而使构件产生较大的内应力和变形，严重者可能产生裂纹，以至断裂。

三、熔池小，冷却快 由于熔池休积小，手工电弧焊只有8～L 0MM3，自动焊大一些，也不过9—30MM3，焊缝金属从熔化到凝固只有几秒钟，平均冷却速度约在4～100℃/秒，比铸锭冷却速高1000倍，在这样短的时间内，冶金反应是不平衡，也就是说是不完善的。因而，焊缝金属的成份分布不均匀，偏析较大。4

四、组织差别大 焊接时，温度高，液体金属蒸发，化学元素的烧损，有些元素在焊缝金属和基本金属之间相互扩散，近缝区段所处的温度又不同，冷却后焊接接头的显微组

织差别极大，明显的影响焊接接头性能。

焊接缺陷的危害性：

正是由于焊接过程的上述特点，导致该区域焊接缺陷的产生。焊接缺陷对锅炉压力容器安全运行的危害是巨大的，主要表现在以下三个方面：

1）由于缺陷的存在，减少了焊缝的承载截面积，削弱了拉伸强度。

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，容易产生裂绞并扩展。

3）缺陷可能穿透筒壁，发生泄漏，影响致密性。

焊接缺陷的分类：

焊接缺陷从宏观上看，可分为：

裂纹

未熔合

未焊透

夹渣

气孔

形状缺陷（又称焊缝金属表面缺陷或叫接头的几何尺寸缺陷，如咬边，焊瘤等。）

1.裂纹（焊接裂纹）：

在焊接应力及其它致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面而产生缝隙，称为焊接裂纹。它具有尖锐的缺口和大的长宽比特征。

裂纹是焊接缺陷中危害性最大的一种，焊接结构的破坏大部分是由于裂纹造成。 。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）的缺陷称为面积型缺陷，它的出现将显著减少承载截面积，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。

产生机理：

冶金因素 指的是由于焊缝产生不同程度的物理与化学状态的不均匀，如低熔共晶组成元素S、P、SI等发生偏析、富集导致的热裂纹。此外，在热影响区金属中，快速加热和冷却使金属中的空位浓度增加，同时由于材料的淬硬倾向，降低材料的抗裂性能，在一定的力学因素下，这些都是生成裂纹的冶金因素。

力学因素 由于快热快冷产生了不均匀的组织区域，由于热应变不均匀而导至不同区域产生不同的应力，造成焊接接头金属处于复杂的应力——应变状态。内在的热应力、组织应力和外加的拘束应力，以及应力集中相叠加构成了导致接头金属开裂的力学条件。

按其方向可分为纵向裂纹、横向裂纹，辐射状（星状）裂纹。

按发生的部位可分为根部裂纹、弧坑裂纹，熔合区裂纹、焊趾裂纹及热响裂纹。

按产生的温度可分为热裂纹（如结晶裂纹、液化裂纹等）、冷裂纹（如氢致裂纹、层状撕裂等）以及再热裂纹。

冷裂纹：焊接接头冷却到较低温度时(对于钢来说在MS温度，即奥氏体开始转变为马氏体的温度以下)产生的焊接裂纹。最主要、最常见的冷裂纹为延迟裂纹（即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹---因为氢是最活跃的诱发因素，而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间）。

冷裂纹主要产生在热影响区和焊缝的根部，基本上与焊缝轴线垂直。

冷裂纹是无分叉的纯裂纹，电子显微镜断口检查发现，它是一种穿晶型裂纹或穿晶与沿晶混合型裂纹，在淬硬性较大钢中，一般是沿晶裂纹，而在淬硬性低的钢中，则是穿晶裂纹。

冷裂纹产生原因：

焊接接头存在淬硬组织，性能脆化；

扩散氢含量较高，使接头性能脆化，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力；

存在较大的焊接拉应力。

冷裂纹的预防措施：

用碱性焊条，减少焊缝金属中氢含量、提高焊缝金属塑性；

减少氢来源，焊材要烘干，接头要清洁（无油、锈、水）；

避免产生淬硬组织，焊前预热、焊后缓冷；

降低焊接应力，采用合理的工艺规范，焊后热处理等；

焊后立即进行消氢处理（即加热到250℃左右，保温，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面）。

热裂纹：焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的裂纹。

按裂纹产生的机理、形态和温度区间不同，焊接热裂纹可分为:凝固裂纹，液化裂纹，多边化裂纹和失塑裂纹4种

热裂纹产生的部位：焊接热裂纹通常产生于焊缝金属内，也可能在焊接熔合线邻近的热影响区组织内(母材金属)，发生在弧坑中的热裂纹往往是星状的。

热裂纹产生的原因：焊缝中低熔点共晶组成元素S、P、SI等发生偏析、富集，导致大量低熔点的共晶物聚集于晶界上，在冷却结晶过程中，焊缝收缩而产生拉力，使焊缝在高温时沿晶界开裂，从而产生热裂纹。

热裂纹的预防措施

冶金方面：控制焊缝化学成分，严格控制会形成低熔点共晶的杂质元素含量；改变焊缝组织状态，细化晶粒。

工艺方面：①控制焊缝形状，从焊接构件设计和焊接工艺上设法尽量减少在脆性温度区间的拉伸应变；②合理选用焊接材料（一般选用具有较强脱硫能力的碱性焊条和焊剂）；③制定合理的焊接工艺规范，选择合理的焊接方向和焊接顺序；④使用引弧板，尽量减少焊接热作用。

再热裂纹：焊后焊件在一定温度范围内再次加热（消除应力热处理或其它加热过程）而产生的裂纹。

再热裂纹产生的部位：通常在熔合线附近的粗晶区中，从焊趾部位开始，延向细晶区停止。

再热裂纹产生的原因：钢中碳化物形成元素CR、MO、V等的沉淀强化造成的晶内二次强化作用。

再热裂纹机理：焊接时，熔合线附近的热影响区金属被加热到1300℃以上的高温，此时碳化物相继分解，碳化物形成元素CR、MO、V等溶于奥氏体中。在快冷过程中，上述元素来不及析出而以过饱和的形式保留在奥氏体中。焊后再次加热时，在温度作用下碳化物从固溶体中析出，在原奥氏体晶粒内呈弥散分布，使晶粒明显强化，即晶粒强度升高，变形困难。由于应力松驰而产生的塑性变形就会集中在强度较低的晶界，使之产生滑移，晶界移滑往往显示出很低的抗变形能力，从而导致晶界开裂。

防止产生再热裂纹的方法：

母材及焊接材料的选用。

预热 预热温度为200～450℃。若焊后能及时后热，可适当降低预热温度。例如，18MNMONB钢焊后在180℃热处理2H，预热温度可降低至180℃。

焊接线能量的控制。一般来说，增大线能量可以降低拘束力，能使再热裂纹倾向有所减小；若线能量大得使奥氏体晶粒粗化严重，则促使再热裂纹倾向增大。

应用低强度焊缝， 使焊缝强度低于母材以增高其塑性变形能力。

减少焊接应力， 合理地安排焊接顺序、减少余高、避免咬边及根部未焊透等缺陷以减少焊接应力。

2. 未 熔 合

是指熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未完全熔化结合的部分。

点焊时母材与母材之间未完全熔化结合的部分。

未熔合可分为坡口未熔合、焊道之间未熔合（包括层间未熔合）、焊缝根部未熔合。按其间成分不同，可分为白色未熔合（纯气隙、不含夹渣）、黑色未熔合（含夹渣的）。

产生机理：

A.电流太小或焊速过快（线能量不够）；

B.电流太大，使焊条大半根发红而熔化太快，母材还未到熔化温度便覆盖上去。

C.坡口有油污、锈蚀；

D.焊件散热速度太快，或起焊处温度低；

E.操作不当或磁偏吹，焊条偏弧等。

未熔合：是一种类似于裂纹的极其危险的缺陷。未熔合本身就是一种虚焊， 在交变载荷工作状态下， 应力集中，极易开裂，是最危险缺陷之一。

3. 未 焊 透

焊接时接头根部未完全熔透的现象，也就是焊件的间隙或钝边未被熔化而留下的间隙，或是母材金属之间没有熔化，焊缝熔敷金属没有进入接头的根部造成的缺陷。

未焊透可分为双面焊未焊透和单面焊未焊透两种

1. 单V坡口未焊透

2．X坡口未焊透

3．无坡口未焊透

产生未焊透缺陷的主要原因

焊接电流过小，焊接速度过快；坡口角度太小；根部钝边太厚；间隙太小；焊条角度不当；电弧太长或偏吹（偏弧）等。

未焊透的危害性

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。它除降低焊缝的强度外，也容易在未焊透区域延伸成裂纹，导致材料断裂，尤其连续未焊透更是一种危险缺陷。

4．夹 渣

夹渣是指焊缝金属中残留有外来固体物质所形成的缺陷，以及焊后残留在焊缝中的金属颗粒。

夹渣是焊接过程中比较容易产生的缺陷，通常尤以残留在焊缝金属中的熔剂形成的夹渣最为常见。

熔剂夹渣：是指焊条药皮或焊剂不溶物而产生 的夹渣物。

金属夹渣：是指焊缝金属中残留的金属颗粒。 如：钨金属。

夹渣在焊缝中的形状有：单个点状夹渣、条状夹渣、链状夹渣和密集夹渣等 。

按形态：夹渣可分为点状夹渣、块状夹渣、条状夹渣等。

产生非金属夹渣的主要原因：

焊接电流太小，焊接速度太快：熔池金属凝固过快；运条不正确；铁水与熔渣分离不好；层间清渣不彻底等。

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。

夹渣的危害性：

夹渣是一种体积型缺陷，容易被射线照相检出。夹渣会减少焊缝受力截面。夹渣的棱角容易引起应力集中，成为交变载荷下的疲劳源。

5. 气 孔

气孔是指焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出，而残留下来所形成的空穴。

气孔可分为条虫状气孔、针孔、柱孔，按分布可分为密集气孔，链孔等。

气孔产生部位和形状

气孔分内气孔和外气孔两种：小的很小，在显微镜下才能看到，大的可达Φ6MM以上。气孔是由于气体熔解于液态金属内，在冷却中金属熔解度降低，部分气体企图进入大气，但遇到金属结晶的阻力，使它不能顺利的逸出而残留于金属内，形成了内气孔，或逸在表面形成外气孔。

气孔在焊缝中的分布；

有的是单个气孔，有的是成群状或链状气孔等等。

如焊缝中的单个球形气孔。

大量气孔在焊缝金属中比较均匀地分布。

焊缝中局部密集气孔。

与焊缝轴线平行的链状气孔。

长度方向与焊缝轴线近似平行的非球形的长气孔。

由于气体上浮引起的管状孔穴、虫形孔穴的位置和形状是由固化的形式和气体的来源决定的，通常它们是成群或单个出现并且成人字形分布。

产生气孔的主要原因：

基本金属或填充材料表面有锈、油等未清干净。

焊条及熔剂没有充分烘干。

电弧能量过小或焊速度过快。

焊缝金属脱氧不足。

气孔的危害

焊缝中由于气孔的残留，必然减少焊缝金属的有效截面，从而使焊接接头的强度降低。特别是密集气孔会使焊缝不致密，降低接头塑性和引起构件的焊缝处泄漏。

气孔与裂纹和未焊透比较，它的危害性要差一些，所以标准中允许限量存在。但是，要力求焊缝无气孔或尽量减少气孔数量。

6．形状缺陷

表面缺陷，属于外观检查的范围。

射线照相标准一般均规定：

焊缝经表面检验合格后才能进行射线照相。但是，有时一些未经外观检验或外观检验不合格的焊缝也进行了射线照相；有些构件的某些焊缝难以进行外观检查的，如带垫板管件、液化石油气钢瓶环焊缝、无人孔的小容器合缝、锅炉联箱最后组装的环焊缝等等这些焊缝的内凹和内咬边，都需要无损探伤才能综合评定。

形状缺陷是指焊缝金属表面成形不良或其他原因造成的缺陷，包括咬边、烧穿，根部内凹，收缩沟、弧坑、焊瘤，未焊满，搭接不良等。

①咬边：沿焊趾的母材部位被电弧熔化时所成的沟槽或凹陷，称咬边，它有连续和断续之分。在底片的焊缝边缘（焊趾处），靠母材侧呈现出粗短的黑色条状影像。黑度不均匀，轮廓不明显，形状不规则，两端无尖角。咬边可为焊趾咬边和根部（包部带垫板的焊根内咬边）咬边，如图32所示。

②凹坑（内凹）：焊后焊缝表面或背面（根部）所形成低于母材的局部低洼部分，称为凹坑（根部称内凹），在底片上的焊缝影像中多呈现为不规则的圆形黑化区域，黑度是由边缘向中心逐渐增大，轮廓不清晰，如图33所示。

③收缩沟（含缩根）：焊缝金属收缩过程中，沿背面焊道的两侧或中间形成的根部收缩沟槽或缩根。在底片焊缝根部焊道影像两侧或焊道中间出现的，黑度不均匀，轮廓欠清晰，

外形呈米粒状的黑色影像，如图34所示

④烧穿：焊接过程中，熔化金属由焊缝背面流出后所形成的空洞，称烧穿。它可分为完全烧穿（背面可见洞穴）和不完全烧穿（背面仅能见凸起的鼓疱），在底片的焊缝焊接时流影像中，其形貌多为不规正的圆形，黑度大而不均匀，轮廓清晰的影像，烧穿大多伴随塌漏同生。如图35、36所示。

⑤焊瘤：即熔敷金属在到焊缝在焊缝接头对口，由于厚度不同或内径不等（椭圆度）造成的错口而引起的，大多出现在管子的对接环缝中。在底片上的主要特征是在焊根的一侧出现直线性较强的（明显可见钝边加工痕迹）黑线。轮廓清晰，黑度不均匀，从焊根的焊趾线向焊缝中心是逐渐减小，直至边界消失。靠焊根形成的黑线，是之外的母材表面而未与母材熔合在一起所形成的球状金属物。在底片上多出现在焊趾线（并覆盖焊趾）外侧光滑完整的白色半圆形的影像，焊瘤与母材之间为层状未熔合，瘤中常伴有密集气孔。如图37所示。

⑥错口：常发生边蚀效应所至，如图38所示