焊接缺陷与焊接检验

焊接缺陷与焊接检验

第十一章焊接缺陷与焊接检验（李国才编著）

第一节焊接缺陷的分类与危害

一、焊接缺欠与焊接缺陷的概念

没有哪一种结构材料或工程结构是完美无缺的，焊接接头也不例外。在焊接接头中会存在金属不连续性、不致密或连接不良以及其他不健全的缺损，这种缺损称为焊接缺欠(Weld imperfection)。在焊接缺欠中，根据产品相应的制造技术条件的规定，凡不符合焊接产品使用性能要求的焊接缺欠即超过规定限值的缺欠称为焊接缺陷(Weld defect)。

焊接缺欠是绝对的，它表明焊接接头中客观存在某种间断或非完整性。而焊接缺陷是相对的，同一类型、同一尺寸的焊接缺欠，出现在制造要求高的产品中，可能被认为是焊接缺陷，必须返修合格；出现在制造要求低的产品中，可能认为是可接受的、合格的焊接缺欠，不需要返修。因此说，判别焊接缺欠是不是焊接缺陷的准则是产品相应的法规、标准和制造技术条件，即按有关标准对焊接缺欠进行评定。

二、焊接缺陷的分类与危害

1．按成因分类，焊接缺陷可以分为三大类；

（1) 结构缺陷：焊接缺陷的产生与设计结构有关，包括焊缝布置不良、结构不连续、错边。

（2) 工艺缺陷：焊接缺陷的产生与工艺因素有关，包括咬边、未熔合、未焊透、未焊满、焊瘤、夹渣、焊缝外观（电弧擦伤、尺寸偏差、飞溅）尺寸不良。

（3) 冶金缺陷：焊接缺陷的产生与冶金因素有

关，包括裂纹、气孔。

2. 按可见性分类，焊接缺陷可分为二大类；

（1) 表面缺陷：用目测和低倍放大镜可以看到的

缺陷。常见的有：焊缝成形及尺寸不符合要求、咬边、满溢、焊瘤、根部内凹、焊穿、弧坑、表面裂纹、表面

气孔。

（2) 内部缺陷：位于焊缝内部，以破坏性试验或无损检测的方法发现的。一般有：裂纹、未熔合、未焊透、夹渣、气孔等。

3. 从断裂机理的观点，可分为二大类；焊接缺陷可以分为平面型和非平面型(体积的)。平面型缺陷，是二维缺陷，例如裂纹。非平面缺陷是三维缺陷，如气孔。

4．GB/T6417-1986《金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明》把熔焊的缺陷按其性质分成六类；即裂纹、孔穴、固体夹杂、未熔合和未焊透、形状缺陷以及其他缺陷。

每一大类中又按缺陷存在的位置及状态分为若干小类。该标准把每种缺陷用阿拉伯数字标记，同时采用国际焊接学会(IIW)《参考射线底片汇编》中，目前通用的缺陷字母代号来对缺陷进行简化标记。

焊接缺陷由于减少了焊缝截面积，降低了设备的承载能力，同时产生应力集中，降低疲劳强度，易引起工件破裂导致脆断。为了保证焊接工件的可靠性，需要针对不同性质的焊接缺陷采取不同的焊接检验方法。

三、常见焊接缺陷

常见的焊接缺陷有裂纹、气孔、咬边、夹渣、夹钨、未熔合、未焊透、未焊满、焊瘤、焊缝外观和形状与尺寸不良等。

裂纹按形成机理可分为热裂纹、层状撕裂、冷裂纹。其中，热裂纹又分为结晶裂纹、液化裂纹和再热裂纹等。

裂纹按其方向和所在位置可分为纵向裂纹、横向裂纹、弧坑裂纹、喉部裂纹、焊趾裂纹、根部裂纹、焊道下和热影响区裂纹等。

气孔可分为球形气孔、均布气孔、局部密集气孔、链状气孔、条形气孔、表面气孔等。

焊缝外观和尺寸不符合要求的缺陷包括：焊缝尺寸偏差、电弧擦伤、飞溅、磨痕等。

有害程度较大的焊接缺陷有五种，按有害程度递减的顺序排列为裂纹、未熔合和未焊透、咬边、夹渣、气孔。第二节焊接缺陷产生的原因和防止措施

一、裂纹

在焊接应力及其他致脆因素的共同作用下，材料的原子结合遭到破坏，形成新界面而产生的缝隙称为裂纹。它具有尖锐的缺口和长宽比大的特征，易引起较高的应力集中，而且有延伸和扩展的趋势，所以是最危险的缺陷。

裂纹常常引起设备和构件上的灾难性事故。因此，根据制造法规要求，对重要焊件中的裂纹无论其尺寸大小不管其位置如何，都是不允许的，都必须清除掉。

1．按形成机理分，可分为冷裂纹、层状撕裂和热裂纹三种；

（1）冷裂纹

1）定义：焊接接头冷却到较低温度(Ms线以下、

马氏体开始转变温度)时产生的裂纹，焊接接头冷却到室温后，可能是焊后立即产生，也可能在焊后几小时、几天或更长时间出现，故也称为延迟裂纹。冷裂纹经常伴随氢脆产生，所以又称氢致裂纹。

2）发生区域：焊接接头的各个区域。冷裂纹主要产生在热影响区，也有发生在焊缝区的。它可能沿晶开裂、穿晶开裂或两者混合出现。

3）产生原因：是在拉应力作用下，原子氢向高应力区(缺陷部位)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，使金属内出现一些微观裂纹。在应力持续作用下，氢不断地聚集，微观裂纹不断地扩展，直至发展为宏观裂纹，最后断裂。一般来说，有一个临界的氢含量和一个临界的应力值决定冷裂纹的产生与否。

产生冷裂纹的三大要素

①焊接热影响区和焊缝金属中存在塑性差、相变应力大的马氏体等淬硬组织。

②焊接热影响区和焊缝金属中氢的吸收和扩散。

③焊接接头拘束度大，残余应力大。

一般认为Rm≥450MPa以上的材料都有可能发生冷裂纹。如耐热钢、马氏体不锈钢、含Ni的低合金钢、异种钢的焊接接头、特殊结构钢和堆焊层等。冷裂纹如图11-1所示。

图11-1 冷裂纹

4）预防措施

在焊接中，可以采取如下措施防止产生冷裂纹：

①使用低氢焊接材料，焊接材料按要求烘干，保温随取随用。

②应清理待焊区域的水分、油污及铁锈和其他有可能产生氢原子的污物。

气体保护焊可以获得低氢焊缝，故可考虑用

③因CO

2

气体保护焊焊接淬硬倾向较大、对氢敏感性较强的钢C0

2

种。

④采取焊前预热、控制层间温度、焊后缓冷或焊后消氢处理等措施，来降低冷却速度，改善组织，保证较低的应力水平。

⑤焊接时避免产生弧坑、咬边、未焊透等缺陷，以减少应力集中；合理设计接头和坡口，减小拘束度和残余应力。

（2）层状撕裂

1）定义：指在具有丁字接头或角接接头的厚大