第一节常见的焊接缺陷及质量检验

第一节　常见的焊接缺陷及质量检验

一、常见的焊接缺陷

在焊接生产过程中，由于焊接规范选择、焊前准备和操作方法等不当，便会造成各种焊接缺陷。焊接缺陷会导致应力集中，降低承载能力，缩短使用寿命，甚至造成脆断。常见焊接缺陷按其在焊缝中位置不同，可分为内部缺陷和外部缺陷两类。

外部缺陷：位于焊缝表面，用肉眼或低倍放大镜就可以看到，如焊缝外形尺寸不符合要求、咬边、焊瘤、内凹、弧坑、表面气孔、表面裂纹及表面夹渣等。

内部缺陷位于焊缝内部，必须借助检测仪器或破坏性试验才能发现，如焊缝内的夹渣、未焊透、未熔合、气孔、裂纹等。

一般技术规程规定：裂纹、未焊透、未熔合和表面夹渣等是不允许有的；咬边、内部夹渣和气孔等缺陷不能超过一定的允许值，对于超标缺陷必须进行彻底去除和焊补。

常见的焊接缺陷产生的原因、危害及防止措施如下。

1.咬边

由于焊接工艺参数选择不当或操作方法不正确，在焊件上沿焊缝边缘所形成的沟槽或凹陷叫咬边。如图6－1所示。

咬边不仅减弱了焊接接头强度，而且因应力集中容易引发裂纹。在重要的结构或承受动载荷的结构中，一般不允许咬边存在。

咬边的产生，是由于焊件被熔化去一定深度，而填充金属又未能及时流过去补充所致。因而在电流过大，电弧拉得太长以及焊条角度不当及运条方法不当时，均会造成咬边。平对接焊一般不易出现，而平角、立、横和仰焊时，则容易产生咬边。

图6－1　咬边

防止措施：手工电弧焊焊接时要选择合适的焊接电流和焊接速度，电弧不能拉得太长，焊条角度要适当，运条方法要正确。

2.焊瘤

焊接过程中熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤。焊瘤不仅影响焊缝的成形，而且在焊瘤的部位往往还存在夹渣和未焊透。如图6－2所示。

图6－2　焊瘤

焊瘤对静载强度无影响，但会引起应力集中，使动载强度降低，故承受动载荷的焊接结构，对焊瘤大小及每米焊缝上焊瘤的长度要有一定限制。

在角焊、立焊、横焊、仰焊时，容易产生焊瘤。其产生原因主要是：焊接参数选择不当和操作方法不正确。预防方法是压低电弧，适当增加焊速，保持正确的焊条角度，注意电弧不要在一处停留过久。

平对接焊时主要是由于电流太大，造成后半根焊条过热，熔化过快等原因，致使熔池铁水猛增而造成焊瘤。平对接焊时，只要焊接电流大小适当，一般是不会产生这种缺陷的。

钝边过小而根部间隙过大，焊接电流大而焊接速度快，焊工操作技能水平低等，都可能造成焊瘤。

防止措施：根据不同的焊接位置要选择合适的焊接工艺参数，严格控制熔孔的大小，提高焊工操作水平等。

3.焊缝尺寸不合要求

这主要是指焊缝宽度（角焊缝指焊脚长度）和焊缝余高、余高差不符合技术要求，或沿焊缝长度上焊缝尺寸不均匀，这些都会减低接头强度。如焊缝余量过高，截面过渡处造成应力集中，而焊缝低于母材，则得不到足够的接头强度；焊缝不一致，不但浪费焊条，而且使焊件变形，并且应力也增大，影响焊缝与母材的结合强度，还会造成焊缝成形不美观。

造成焊缝尺寸不合要求的原因是：焊接规范选用不当或焊接操作不熟练，坡口角度不当或钝边装配间隙不均匀。

防止措施：选择适当的坡口角度和装配间隙，提高装配质量，选择合适的焊接工艺参数，提高焊工的操作技术水平等。

4.夹渣

焊后在焊缝中残留焊渣称夹渣，可分为点状夹渣和条状夹渣两种。夹渣减少了焊缝有效工作截面，造成了应力集中，降低了焊缝强度和冲击韧性，容易使焊接结构在承载时遭受破坏。

造成夹渣的原因是：焊接规范选择不当，如焊接电流过小，焊速过快，使焊缝金属冷却太快，夹渣物来不及浮出，焊接时运条不正确，使熔化金属和熔渣混淆不清；焊接材料与母材化学成分匹配不当；坡口设计、加工不合适；焊件焊前清理不好，多层焊的前一层熔渣未清除干净等。

防止措施：选择脱渣性能好的焊条，认真地清除层间熔渣，合理地选择焊接工艺参数，焊接过程中及时调整焊条角度和选择合理的运条方法。特别是在采用酸性焊条时，必须使熔渣在熔池的后面，若熔渣流到熔池的前面，就很容易产生夹渣。

5.气孔

焊接时，熔池中的气体在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴称为气孔。气孔是一种常见的焊接缺陷，分为焊缝内部气孔和外部气孔。气孔有圆形、椭圆形、虫形、针状形和密集形等多种，若有穿透性或连续性气孔存在的话，这些气孔的存在不仅会影响焊缝的致密性，而且将减少焊缝的有效面积，降低焊缝的力学性能。如图6－3所示。

图6－3　气孔示意图

产生气孔的主要原因是：焊前焊件坡口上的油、锈、氧化皮未清除干净；焊条受潮，使用前没有烘干；药皮脱落或焊条烘干温度过高或过低；电弧过长等，致使焊缝中熔入较多的气体，加之焊接电流过小或焊速过快，气体来不及逸出，从而产生气孔。另外，焊接电流过大，使药皮过热分解失去了保护作用或碱性焊条极性不对时，也容易产生气孔。操作方法不当，如收弧动作太快，易产生缩孔，接头引弧动作不正确，易产生密集气孔等。

防止措施：选用抗气孔能力强的酸性焊条；焊前应仔细清理焊件坡口两侧20～30mm的油、锈、水分、氧化皮等，在采用碱性焊条时，这点尤为重要；焊条不能受潮，否则，焊前必须烘干；焊接电流和焊接速度要适中，尽量采用短弧焊；野外施工要有防风设施；不允许使用失效的焊条，如焊芯锈蚀，药皮开裂、剥落、偏心度过大等。

6.裂纹

存在于焊缝或热影响区内部或表面的缝隙叫裂纹。裂纹可能产生在焊缝上，也可能产生在焊缝两侧的热影响区，有时产生在金属表面，有时产生在金属内部。通常按照裂纹产生的机制不同，可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂；按其产生的部位不同可分为纵向裂纹、横向裂纹、放射状裂纹、弧坑裂纹等。如图6－4、图6－5所示。

图6－4　热裂纹分布示意图

图6－5　冷裂纹分布示意图

裂纹是焊接结构中最危险的一种缺陷，不但会使产品报废，甚至可能引起严重的事故。

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间所产生的焊接裂纹叫热裂纹，它是一种不允许存在的最危险的焊接缺陷。根据热裂纹产生的机制、温度区间和形态，热裂纹可分成结晶裂纹、高温液化裂纹和高温低塑性裂纹。

产生的原因：主要是熔池金属中的低熔点共晶物和杂质在结晶过程中，形成严重的晶内和晶间偏析，在焊接应力作用下，沿着晶界被拉开，形成热裂纹。热裂纹一般多发生在奥氏体不锈钢、镍合金和铝合金中，低碳钢焊接时一般不产生热裂纹，但随着钢的含碳量增高，热裂倾向也增大。

防止措施：严格控制母材及焊接材料的硫、磷等有害杂质的含量，降低热裂纹的敏感性；调节焊缝金属的化学成分，改善焊缝组织，细化晶粒，提高塑性，减少或分散偏析程度；采用碱性焊接材料，降低焊缝中杂质的含量，改善偏析程度；选择合适的焊接工艺参数，适当地提高焊缝成形系数，采用多层多道焊法；断弧时采用与母材相同的引出板或逐渐灭弧，并填满弧坑，避免在弧坑处产生热裂纹。

冷裂纹：焊接接头冷却到较低温度下（对于钢来说在Ms温度以下）产生的焊接裂纹称为冷裂纹。冷裂纹可在焊后立即出现，也有可能经过一段时间，比如几小时、几天，甚至更长时间才出现，这种裂纹又称延迟裂纹。它是冷裂纹中比较普遍的一种形态，具有更大的危险性。

产生的原因：马氏体转变而形成的淬硬组织拘束度大而形成的焊接残余应力和残留在焊缝中的氢是产生冷裂纹的主要原因。

预防措施：选用低氢型焊接材料，使用前严格按照说明书的规定进行烘焙；焊前清除焊件上的油污、水分，减少焊缝中氢的含量；选择合适的焊接工艺参数和热输入，减少焊缝的淬硬倾向；焊后立即进行消氢处理，使氢从焊接接头溢出；对于淬硬倾向高的钢材，焊前预热，焊后及时进行热处理，改善接头的组织和性能；采用降低焊接应力方法和各种工艺措施。

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他加热过程）而产生的裂纹叫再热裂纹。

产生的原因：再热裂纹一般发生在含钒、铬、钼、硼等合金元素的低合金高强钢、珠光体耐热钢及不锈钢中，经受一次焊接热循环后，再加热到第三区域（500℃～560℃）而产生的，裂纹大多起源于焊接热影响区的粗晶区。再热裂纹大多数产生于厚件和应力集中处，多层焊时有时也会产生再热裂纹。

预防措施：在满足设计要求的前提下，选择低强度的焊接材料，使焊缝强度低于母材，应力在焊缝中松弛，避免热影响区产生裂纹。尽量减少焊接残余应力和应力集中，控制焊接热输入，合理地选择预热和热处理温度，尽可能地避开敏感区范围的温度。

一般常用的防止裂纹的办法有如下几种：

选用含杂质少，可焊性好的钢材作焊接结构用钢；

对于含碳量较高或合金元素较多，可焊性不太好的钢材，焊前可进行预热，焊后保温缓冷，以降低接头冷却速度，这是防止冷裂纹的有效方法；

选用抗裂性能好的碱性焊条；

采用合理的焊接顺序，选择合适的焊接规范，尽量减少焊接应力。

裂纹是最危险的一种缺陷，它除了减少承载面之外，还会产生严重的应力集中，在使用过程中裂纹会逐步扩大，最后导致构件的破坏。所以焊接结构中一般不允许存在这种缺陷，一经发现必须铲去后重新焊接。

7.烧穿

烧穿是指部分熔化金属从焊缝反面漏出，甚至烧穿成洞。这种缺陷在底层焊缝和薄板焊接时最容易发生，它使接头强度下降。必要时需将漏出部分铲成凹槽，然后进行补焊。如图6－6所示。

图6－6　烧穿

产生烧穿的主要原因是：焊接电流过大，焊接过慢或电弧在某处停留过久，装配间隙过大或钝边太小。

预防措施：除针对造成烧穿原因采取相应措施外，还可以采取一些其他的工艺措施，如：在接缝背面垫铜块；在间隙太大处，可用跳弧法或灭弧法焊上一薄层焊缝后再焊等。

8.未熔合

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。未熔合直接降低了接头的力学性能，严重的不熔合会使焊接结构根本无法承受载荷。

产生的原因：主要是焊接速度快而焊接电流小，焊接热输入太低；焊条偏心，焊条与焊件夹角不对，电弧指向偏斜；坡口侧壁有锈垢及污物，层间清渣不彻底等。

预防措施：正确地选择焊接工艺参数，认真进行焊接操作，加强层间清理，提高焊工操作技术水平等。

9.未焊透

未焊透是指焊接接头根部未完全熔透的现象，是指焊件与焊缝金属或焊缝层间局部未熔合的一种缺陷。如图6－7所示。

图6－7　未焊透

未焊透减弱了焊缝工作截面，造成严重的应力集中，大大降低接头强度，它往往成为焊缝开裂的根源。因此，重要的结构中的焊接接头不允许有未焊透存在。

产生原因：产生未焊透的原因很多，主要有坡口、间隙设计不良；焊条角度不正确，操作手势不良；热输入不足，电流过小，焊速太快；坡口焊渣、氧化物未清除等。

预防措施：正确选用和加工坡口尺寸，合理装配，保证间隙，选择合适的焊接电流和焊接速度，提高焊工的操作技术水平。

10.夹钨

钨极惰性气体保护焊时，由钨极的钨粒进入到焊缝中称为夹钨。

产生夹钨的原因：接触引弧；钨电极熔化。

预防措施：采用高频振荡器或高压脉冲发生器引弧；减小焊接电流或加大钨电极直径，旋紧钨电极夹头和减小钨电极伸出长度；调换有裂纹或撕裂的钨电极。