焊接缺陷原因和防止措施.doc

一.外观缺陷外观缺陷（表面缺陷）是指不用借助于仪器，从工件表面可以发现的缺陷常见 的夕卜观缺陷有咬边、焊瘤、凹陷及焊接变形等，有时还有表面气孔和表面裂纹 单面焊的根部未焊透等A、咬边是指沿着焊趾,在母材部分形成的凹陷或沟槽,它是由于电弧将焊缝边缘的母 材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充所留下的缺口产生咬边的主要原因：是电弧热量太高，即电流太大,运条速度太小所造成的 焊条与工件间角度不正确，摆动不合理,电弧过长，焊接次序不合理等都会造成 咬边直流焊时电弧的磁偏吹也是产生咬边的一个原因某些焊接位置（立、横、 仰）会加剧咬边咬边减小了母材的有效截面积，降低结构的承载能力，同时还 会造成应力集中,发展为裂纹源咬边的预防:矫正操作姿势，选用合理的规范，采用良好的运条方式都会有利于消除咬边焊角焊缝时，用交流焊代:直流焊也能有效地防止咬边B、焊瘤焊缝中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢出，冷却后形成 的未与母材熔合的金属瘤即为焊瘤焊接规范过强、焊条熔化过快、焊条质量欠 佳（如偏芯），焊接电源特性不稳定及操作姿势不当等都容易带来焊瘤在横、 立、仰位置更易形成焊瘤 焊瘤常伴有未熔合、夹渣缺陷，易导致裂纹。

同时，焊瘤改变了焊缝的实际尺寸， 会带来应力集中管子内部的焊瘤减小了它的内径，可能造成流动物堵塞防止焊瘤的措施：使焊缝处于平焊位置z正确选用规范，选用无偏芯焊条，合理 操作C、凹坑凹坑指焊缝表面或背面局部的低于母材的部分凹坑多是由于收弧时焊条（焊丝床作短时间停留造成的（此时的凹坑称为弧坑）, 仰立、横焊时，常在焊缝背面根部产生内凹凹坑减小了焊缝的有效截面积，弧 坑常带有弧坑裂纹和弧坑缩孔防止凹坑的措施:选用有电流衰减系统的焊机，尽量选用平焊位置，选用合适的焊接规范,收弧时让焊条在熔池内短时间停留或环形摆动,填满弧坑D、未焊满未焊满是指焊缝表面上连续的或断续的沟槽填充金属不足是产生未焊满的根本 原因规范太弱，焊条过细，运条不当等会导致未焊满未焊满同样削弱了焊缝，容易产生应力集中,同时，由于规范太弱使冷却速度增 大，容易带来气孔、裂纹等防止未焊满的措施：加大焊接电流,加焊盖面焊缝E、烧穿烧穿是指焊接过程中，熔深超过工件厚度,熔化金属自焊缝背面流岀,形成穿孔 性缺焊接电流过大，速度太慢，电弧在焊缝处停留过久，都会产生烧穿缺陷工件间 隙太大，钝边太小也容易出现烧穿现象烧穿是锅炉压力容器产品上不允许存在的缺陷，它完全破坏了焊缝，使接头丧失 其联接飞及承载能力。

防治措施：选用较小电流并配合合适的焊接速度,减小装配间隙，在焊缝背面加 设垫板或药垫，使用脉冲焊,能有效地防止烧穿F、其他表面缺陷：(1 )成形不良指焊缝的外观几何尺寸不符合要求有焊缝超高，表面不光滑, 以及焊缝过宽，焊缝向母材过渡不圆滑等2) 错边指两个工件在厚度方向上错开一定位置,它既可视作焊缝表面缺陷, 又可视作装配成形缺陷3 )塌陷单面焊时由于输入热量过大，熔化金属过多而使液态金属向焊缝背面 塌落，成形后焊缝背面突起，正面下塌4 )表面气孔及弧坑缩孔5 )各种焊接变形如角变形、扭曲、波浪变形等都属于焊接缺陷0角变形也属 于装配成形缺陷二气孔和夹渣A、气孔气孔是指焊接时，熔池中的气体未在金属凝固前逸出，残存于焊缝之中所形成的空穴其气体可能是熔池从外界吸收的，也可能是焊接冶金过程中反应生成的1) 气孔的分类气孔从其形状上分，有球状气孔、条虫状气孔；从数量上可分为单个气孔和群状 气孑S群状气孔又有均匀分布气孔，密集状气孔和链状分布气孔之分按气孔内 气体成分分类,有氢气孔、氮气孔、二氧化碳气孔、一氧化碳气孔、氧气孔等 熔焊气孔多为氢气孔和一氧化碳气孔2) 气孔的形成机理常温固态金属中气体的溶解度只有高温液态金属中气体溶解度的几十分之一至 几百分之一，熔池金属在凝固过程中，有大量的气体要从金属中逸出来。

当凝固 速度大于气体逸出速度时,就形成气孔3) 产生气孔的主要原因母材或填充金属表面有锈、油污等,焊条及焊剂未烘干会增加气孔量,因为锈、 油污及焊条药皮、焊剂中的水分在高温下分解为气体，增加了高温金属中气体的 含量焊接线能量过小，熔池冷却速度大，不利于气体逸出焊缝金属脱氧不足 也会增加氧气孔4) 气孔的危害气孔减少了焊缝的有效截面积，使焊缝疏松，从而降低了接头的强度，降低塑性” 还会引起泄漏气孔也是引起应力集中的因素氢气孔还可能促成冷裂纹5 )防止气孑L的措施a清除焊丝，工作坡口及其附近表面的油污、铁锈、水分和杂物b.采用碱性焊条、焊剂,并彻底烘干c・采用直流反接并用短电弧施焊d. 焊前预热，减缓冷却速度e. 用偏强的规范施焊B、夹渣夹渣是指焊后溶渣残存在焊缝中的现象1) 夹渣的分类a. 金属夹渣:指铝、铜等金属颗粒残留在焊缝之中，习惯上称为夹铝、夹铜b. 非金属夹渣:指未熔的焊条药皮或焊剂、硫化物、氧化物、氮化物残留于焊缝 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) 夹渣产生的原因a.坡口尺寸不合理;b.坡口有污物;c.多层焊时z层间清渣不彻底；d.焊接线能 量小；e.焊缝散热太快，液态金属凝固过快；f.焊条药皮，焊剂化学成分不合理， 熔点过高；g・¥%极惰性气体保护焊时，电源极性不当,电、流密度大，铝极熔化 脱落于熔池中。

h.手工焊时，焊条摆动不良，不利于熔渣上浮可根据以上原因 分别采取对应措施以防止夹渣的产生4) 夹渣的危害点状夹渣的危害与气孔相似，带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中，尖端还会发 展为裂纹源，危害较大三、裂纹焊缝中原子结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙称为裂纹A、裂纹的分类根据裂纹尺寸大小，分为三类：(1) 宏观裂纹：肉眼可见的裂纹2 )微观裂纹：在显微镜下才能发现3 )超显微裂纹：在高倍数显微镜下才能发现，一般指晶间裂纹和晶内裂纹从产生温度上看，裂纹分为两类:(1)热裂纹：产生于Ac3线附近的裂纹一般是焊接完毕即出现，又称结晶裂纹这种二裂纹主要发生在晶界，裂纹面上有氧化色彩，失去金属光泽2) 冷裂纹：指在焊毕冷至马氏体转变温度M3点以下产生的裂纹，一般是在焊后一段时间(几小时z几天甚至更长)才出现z故又称延迟裂纹按裂纹产生的原因分,又可把裂纹分为：(1 )再热裂纹：接头冷却后再加热至500~700弋时产生的裂纹再热裂纹产生 于沉淀强化的材料(如含Cr、Mo、V、Ti、Nb的金属)的焊接热影响区内的 粗晶区，一般从熔合线向热影响区的粗晶区发展，呈晶间开裂特征2 )层状撕裂主要是由于钢材在轧制过程中,将硫化物(MnS )、硅酸盐类等 杂质夹在其中，形成各向异性。

在焊接应力或外拘束应力的使用下，金属沿轧制 方向的杂物开裂3) 应力腐蚀裂纹：在应力和腐蚀介质共同作用下产生的裂纹除残余应力或 拘束应力的因素外,应力腐蚀裂纹主要与焊缝组织组成及形态有关B、裂纹的危害尤其是冷裂纹，带来的危害是灾难性的世界上的压力容器事故除极少数是由于 设计不合理选材不当的原因弓I起的以夕卜绝大部分是由于裂纹引起的脆性破坏C、热裂纹(结晶裂纹)(1) 结晶裂纹的形成机理热裂纹发生于焊缝金属凝固末期，敏感温度区大致在 固相线附近的高温区，最常见的热裂纹是结晶裂纹，其生成原因是在焊缝金属凝 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，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,由于焊缝 凝固收缩而受到拉应力，最终开裂形成裂纹结晶裂纹最常见的情况是沿焊缝中心长度方向开裂,为纵向裂纹,有时也发生在 焊缝内部两个柱状晶之间，为横向裂纹弧坑裂纹是另一种形态的，常见的热裂热裂纹都是沿晶界开裂，通常发生在杂质较多的碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢 等材料气焊缝中(2)影响结晶裂纹的因素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”使结晶裂纹的产生机会增多。

b・冷却速度的影响冷却速度增大，一是使结晶偏析加重，二是使结晶温度区间增大z两者都会增加结晶裂纹的出现机会；c.结晶应力与拘束应力的影响在脆性温度区内,金属的强度极低z焊接应力又使这飞部分金属受拉，当拉应力达到一定程度时，就会出现结晶裂纹3) 防止结晶裂纹的措施 a.减小硫、磷等有害元素的含量”用含碳量较低的材料焊接b.加入一定的合金 元素，减小柱状晶和偏析如铝、锐、铁、镜等可以细化晶粒c.采用熔深较 浅的焊缝,改善散热条件使低熔点物质上浮在焊缝表面而不存在于焊缝中d. 合理选用焊接规范，并采用预热和后热，减小冷却速度e.采用合理的装配次序z 减小焊接应力D、再热裂纹(1)再热裂纹的特征a・再热裂纹产生于焊接热影响区的过热粗晶区产生于焊后热处理等再次加热的 过程中b.再热裂纹的产生温度:碳钢与合金钢550〜650°C奥氏体不锈钢约300°Cc. 再热裂纹为晶界开裂(沿晶开裂)"最易产生于沉淀强化的钢种中e.与焊接残余应力有关2) 再热裂纹的产生机理a.再热裂纹的产生机理有多种解释，其中模形开裂理论的解释如下：近缝区金属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, 由于应力松弛而带来的塑性变形就主要由晶界金属来承担，于是，晶界应力集中, 就会产生裂纹,即所谓的模形开裂。

3 ）再热裂纹的防止a.注意冶金元素的强化作用及其对再热裂纹的影响b.合 理预热或采用后热,控制冷却速度c.降低残余应力避免应力集中d.回火处理 时尽量避开再热裂纹的敏感温度区或缩短在此温度区内的停留时间E、冷裂纹1）冷裂纹的特征a.产生于较低温度,且产生于焊后一段时间以后,故又称延 迟裂纹b.主要产生于热影响区,也有发生在焊缝区的c.冷裂纹可能是沿晶开 裂，穿晶开裂或两者混合出现d.冷裂纹弓|起的构件破坏是典型的脆断2 ）冷裂纹产生机理a.淬硬组织（马氏体）减小了金属的塑性储备b.接头的 残余应力使焊缝受拉c.接头内有一定的含氢量含氢量和拉应力是冷裂纹（这里指氢致裂纹）产生的两个重要因素一般来说, 金属内部原子的排列并非完全有序的，而是有许多微观缺陷在拉应力的作用下, 氢向高应力区（缺陷部位）扩散聚集当氢聚集到一定浓度时，就会破坏金属中 原子的结合键,金属内就岀现一些微观裂纹应力不断作用，氢不断地聚集，微 观裂纹不断地扩展，直致发展为宏观裂纹，最后断裂决定冷裂纹的产生与否, 有一个临界的含氢量和一个临界的应力值o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,将不会产生冷裂纹（即延迟时间无限长）。

在所有的裂纹中，冷裂纹的危害性最大3 )防止冷裂纹的措施a.采用低氢型碱性焊条，严格烘干，在100~150°C下 保存,随取随用b.提高预热温度z采用后热措施,并保证层间温度不小于预热 温度，选择合理的焊接规范，避免焊缝中岀现洋硬组织c.选用合理的焊接顺序, 减少焊接变形和焊接应力“焊后及时进行消氢热处理四、未焊透未焊透指母材金属未熔化,焊缝金属没有进入接头根部的现象A、产生未焊透的原因(1)焊接电流小，熔深浅2)坡口和间隙尺寸不合理，钝边太大3 )磁偏吹影响。