第1讲 焊接缺陷与电站焊接修复实例

（2）防止措施：减小根部间隙，适当加大钝边， 严格控制装配质量，正确选择焊接电流，适当提 高焊接速度，采用短弧操作，避免过热。
11
焊缝表面形状及尺寸偏差

（1）危害：影响焊缝外观质量，导致应力集中。
（2）形成原因：坡口角度不当，装配间隙不均，
焊接规范(不当，焊接电流过大或过小，焊接速度 不均匀)，运条手法不正确，焊条或焊丝过热等。
咬边
焊瘤
凹坑，未焊满 烧穿 焊缝表面形状与尺寸偏差
咬边

因焊接造成沿焊趾（或焊根）处出现的低于母
材表面的凹陷或沟槽称为咬边。

（1）危害：削弱焊接接头强度，产生应力集中， 降低疲劳寿命。

（2）形成原因：工艺参数不当，操作不正确。 （3）防止措施：工艺；技能
8
焊瘤

焊接过程中，在焊缝根部背面或焊缝表面，出现
裂
纹
由 外 到 内 微 观 形 貌
裂 纹 微 观 形 貌
细晶区
粗 晶 区 焊缝
裂纹由外壁向内壁延伸，裂纹均位于热影响区的粗晶区 ,
裂纹尖端有众多相互平行但不贯通的沿晶裂纹,裂纹发展终止在细 晶区。粗晶区晶粒度6~8级但主裂纹边缘靠熔合线侧的晶粒达到4~ 5级；细晶区晶粒度10级。上述为焊接再热裂纹的典型微观特征。
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未熔合

分类：侧壁未熔合，层间未熔合，根部未熔合。 （1）危害：未熔合属于面状缺陷，易造成应力集中，类 同于裂纹。焊规不允许焊缝存在未熔合。

（2）产生原因：多层焊时，层间和坡口侧壁渣清理不干
净；焊接电流偏小；焊条偏离坡口侧壁距离太大；焊条摆
动幅度太窄等。

（3）防止措施：仔细清除每层焊道和坡口侧壁的熔渣； 正确选择焊接电流，改进运条技巧，注意焊条摆动。

防止措施：预热温度，焊后热处理；选用高塑性低强
度匹配焊材；改进接头设计，修磨焊缝呈圆滑过渡；
正确选择焊后热处理温度。
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焊接冷裂纹类型及特征
层状撕裂
23
4 焊接缺欠的影响
4.1 焊接接头常见失效模式 疲劳 脆性断裂 应力腐蚀开裂 泄漏 失稳 蠕变 过载屈服 腐蚀 腐蚀疲劳

（2）形成原因：焊接电流过大，焊缝间隙太大， 填充金属量不足。

（3）防止措施：正确选择焊接电流和焊接速度， 控制焊缝装配间隙均匀，适当加快填充金属的添 加量。
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烧穿

（1）形成原因：焊接过热，如坡口形状不良，装
配间隙太大，焊接电流过大，焊接速度过慢，操
作不当，电弧过长且在焊缝处停留时间太长等。

（3）防止措施：选择正确焊接规范，适当的焊条 及其直径，调整装配间隙，均匀运条，避免焊条 和焊丝过热。
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3.2 内部缺陷

气孔
夹渣
未熔合 未焊透 裂纹
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气孔
wenku.baidu.com
分类：CO气孔，H2气孔，N2气孔
焊接区气体来源：大气的侵入；溶解于母材、焊
丝和焊芯中的气体；受潮药皮或焊剂熔化时产生 的气体；焊丝或母材上的油污和铁锈等脏物在受 热后分解所释放出的气体；焊接过程中冶金化学 反应产生的气体。
疲劳破坏 低周疲劳破坏 延性断裂 破 坏 类 型 脆性断裂 蠕变断裂 压曲失稳 凹损 腐蚀 应力腐蚀开裂 泄漏
3 焊接缺欠的类型

GB6417-86将其分为六大类：裂纹、孔穴、固体
夹杂、未熔合和未焊透、形状缺陷、其它缺陷。
按其在焊接接头部位：外观缺欠，内部缺欠。
3.1 外观缺陷

内壁第二焊道 未搭接区
57
5 断口电镜观察
58
6 结论

1 筒节开裂属于内外贯穿的焊缝脆性开裂；
2 筒体环焊缝存在宽度3.2mm、几乎半个筒体圆
周长度的类裂纹条状未焊透缺陷和交变服役载荷 是导致筒节大面积启裂的诱因；
3 4
服役环境温度较低（冬季最低低于-30℃）； 焊缝金属组织粗大、出现M-A组元。
SMAW
SMAW
MTS616 φ2.5
MTS616 φ3.2
80~95
90~110
~23
~24
90~150
90~150
≤2.5
≤3.2
71
5 焊后热处理
72
（℃）
400℃±10℃保温2h
200~250℃ 层间温度：200℃~300℃ 降温速度150~ 200℃/
760℃±10℃保温6h
降温速度不大于40℃/ 升温速度不大于40℃/
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裂纹
裂纹产生的机理：
热裂纹 冷裂纹 再热裂纹 层状撕裂
裂纹可能的位置与分布
焊接热裂纹
再热裂纹

产生条件：钢中某些沉淀强化元素（如 Mo、 V、 Cr
、 Nb等），经历再热。

多发生在具有析出沉淀硬化相的低合金高强钢、珠光 体耐热钢、奥氏体不锈钢以及镍基合金接头之中。普 通碳素钢中一般不会产生这种裂纹。
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未焊透

焊接时，接头根部未完全熔透的现象。
（1）危害：削弱焊缝工作截面，降低焊接接头的
强度并导致应力集中。不允许超过一定容限。

（2）产生原因：坡口钝边太厚，角度太小，装配 间隙过小；焊接规范不恰当；焊接电弧偏吹现象 ；焊接操作不当，焊条角度不正确而焊偏等。

（3）防止措施：坡口，装配，规范，技能
从 表 观 上 分 类 焊 接 缺 欠
从主要成因上分类焊接缺欠
构造 缺欠 构造不连续缺口效应 焊缝设计布置不良 错边 咬边 焊瘤 未熔合 未焊透 烧穿 未焊满 凹坑 夹渣 电弧擦伤 成型不良 余高过大 焊脚尺寸不合适 裂纹 气孔 夹杂物 性能恶化
焊 接 缺 欠
工艺 缺欠
冶金 缺欠
2. 焊接结构的失效分析
表1 焊接结构的失效分析 外载错误 局部应力算错 设 接头形式错误 形状不连续 选材错误 计 失 效 原 因 施 未注意材料各向异性 使用条件认识不足 热处理不当 操作技能不良 焊接工艺错误 拘束度过大 材料加工不当 工 自由端处理不当 热处理错误 材 料 影响 材质不良 焊接性不良 材料管理有误 表现特性 ○ ○ ● ● ● ● ○ ○ ● ● ○ 裂纹 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ○ ● ○ 变形 精度 泄漏 工艺 缺陷 ○ ○ ○ ○ ○ 剥离 应力 集中 ● ● ○ ● ○ ○ 残余 应力 ● ○ ● ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 脆化 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ● ○ ○ ○ ○ 腐蚀 硬化 ● ● 氢脆 时效 ● ● ● ● ● ● ● ○ ○ ○ ● ● ○ ○ ○ ○ ○ ● ○ ● ○ ● ○ ● ○ ○ ○ ● ○ ○ ○ ○ ○ ● ○ ● ○ ○ ○ ○ ● ● ● ○ ● ● ○ ● ● ● ○ ○
第 1讲
焊接缺陷
Part 1 焊接缺陷类型、原因及防止措施
1 定义

缺欠：焊件典型构造上出现的一种不连续性或
“缺欠”，诸如材料或焊件在力学性能、冶金特
性或物理特性上的不均匀性。“缺欠”不一定是 “缺陷”。

缺陷：一种或多种不连续性或缺欠，按其特性或 累加效果，使得零件或产品不能符合所提出的最
低合用要求，称之为缺陷。
1 管道固定

联箱缺陷焊缝在进行机加工前进行吊架调整和固
定，保证联箱支吊稳定、牢固、受力均衡。
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2 缺陷清除

机加工法清除
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3 焊前预热、焊后热处理设备
70
4 焊接
焊接方 法 GTAW 预热 温度 ( ℃) 150~ 200 200~ 250 200~ 250 填充金属 焊接电 型号/牌号、规格 流 （mm） （ A） MTS616 φ2.4 90～110 电弧电 焊接速度 压 （mm/mi （ V） n） ~12 60~80 单道熔敷 金属厚度 （mm） ≤2.5
59
Part3
P92钢联箱焊接接头修复
P92 过热器联箱焊缝裂纹
61
过热器联箱焊缝原始形貌
62
再热器联箱焊缝原貌
63
64
65
当时超声波检查时的判断：
（1）焊缝中的缺陷具有以下特征： a、焊缝中有大量的片层状夹渣，并伴有边缘的未熔合缺陷. b、焊缝中的层间片状夹渣之间伴随有裂纹缺陷， c、焊缝中的裂纹缺陷已经呈现失稳扩展的特性，最长的裂
厚壁12Cr1MoVG接头裂纹原因分析
37
1 ) 裂纹原因分析检验内容

取样前： 裂纹宏观形貌 复膜金相检查 布氏硬度测量

所取试样实验室检查 宏观检查、 母材和焊缝化学成分分析 光学显微镜观察 扫描电镜观察 显微硬度测量
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2 ) 裂纹宏观形貌检查

1 裂纹位于焊缝下边缘熔合线旁母材上

防止措施：清理；技能；工艺规范等
14
夹渣

焊后残留在焊缝中的熔渣，称为夹渣。 （1）危害：减少焊接接头的工作截面，影响焊缝的力学 性能。

（2）产生原因：熔渣未清除干净，焊接电流过小，焊速
过快；坡口角度太小，焊道成形不良；运条技法不当；焊
条质量不好等。

（3）防止措施：认真清除熔渣；选用合适的焊接规范； 适当加大坡口角度；提高操作技能；选用优质焊条。
4.2 焊接缺欠对接头性能的影响
4.3 预防焊接缺欠的对策

确定焊接缺欠的类型
查明缺欠产生的原因
提出解决或避免缺欠的相关对策
26
Part 2 几个焊接裂纹实例与分析
集箱： 12Cr1MoVG, Ф457×96.9mm 管接头： 12Cr1MoVG, Ф168×27mm
取样裂纹试样金相分析
150~200℃ 层间温度：150℃~250℃
100℃，恒温1~2h
、 检查
300℃以控制降温速 度150℃/ ，100℃以下拆除 保温
（ ）
热处理参数 （1）焊后降温速度150℃/h~200℃/h，冷却至100℃恒温1~2h进行马氏体转变； （2）后热处理400℃保温2h，后冷却至室温进行UT、MT检查； （3）高温回火升温速度40℃/h，回火温度760℃±10℃恒温时间6h； （4）降温速度40℃/h，冷却至300℃控制降温速度不大于150℃/h，100℃以下拆 除保温。
熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成
的金属瘤称为焊瘤。

（1）危害：影响外观；形成应力集中缺口；管道 内部的影响管内介质的有效流通。

（2）形成原因：操作不当或焊接规范选择不当。 （3）防止措施：焊接规格正确，技能良好。
9
凹坑，未焊满

（1）危害：将会减小焊缝的有效工作截面，降低
焊缝的承载能力。
0.131 0.212 0.462 0.958 0.282 0.180
40
4 ) 金相组织光镜观察
母材 B+F
41
4 ) 金相组织光镜观察
焊缝组织 B+F
42
4 ) 金相组织光镜观察
粗晶区： B+F 粗大
43
4 ) 金相组织光镜观察
母材
44
5) 裂纹光镜观察
45
46
6) 扫描电镜观察
47
纹达到145mm，深度达到焊缝的根部
（2）根据以上检验结果，焊缝中存在的缺陷已经严重威胁 到了设备的安全运行，应及时进行处理，否则将导致重大 的生产安全事故。
66
修复过程概述

（1）缺陷检测困难。
（2）缺陷清除困难。
（3）材料焊接性能差。 （4）热处理困难。 （5）焊接操作困难。
67
(100×)
阀体侧 F22钢 焊缝
短管P91钢
裂纹
母材金相组织
粗晶区金相组织
Ni基合金组织
放几张热裂纹照片，并讲其特征
不锈钢焊缝热裂纹
钢102再热裂纹敏感性

20世纪60年代，中国研制
推荐使用温度为620℃，经长期使用，其使用温度
为低于600℃为宜。

具有一定的再热裂纹敏感性
钢102失效实例1: 山东临沂电厂
48
49
7) 裂纹性质分析：再热裂纹

（1）该裂纹产生于焊后热处理高温过程中。
（2）该裂纹具有典型的传统Cr-Mo-V耐热钢再热
裂纹形貌特征。

（3）该裂纹的形成过程符合传统Cr-Mo-V耐热钢 再热裂纹生成的一般规律。
50
8) 原因分析

1 12Cr1MoVG材料本身具有较强的再热裂纹敏感
2 沿熔合线从三通肩部向腹部方向伸展
3 长短不同
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3 ) 化学成分分析
化学成分 C Si Mn Cr Mo V S P
试样编 号
BM（母 材） WM（焊 缝） GB5310 要求
0.01 0.01 0 2 0.01 0.01 0.090 0.390 0.633 1.17 0.538 0.191 1 6 0.08~ 0.17~ 0.40~ 0.90~ 0.25~ 0.15~ <0.0 <0.0 0.15 0.37 0.70 1.20 0.35 0.30 10 25
性

2 接头母材的塑性储备较低（εc较低） 3 接头焊后热处理过程中存在较高的残余应力， 材料的塑性变形量εp较高
满足 εc＜εp 时，接头即产生再热裂纹
51
风电机组塔架焊接接头开裂失效分析
53
1 裂纹外观形貌观察
54
2 焊缝成分分析
55
3 金相检验
56
4 微观金相
外壁焊道 内壁第一焊道