焊接缺陷及产生原因

焊接缺陷产生原因及防止措施

一、焊接缺陷定义

焊接接头的不完整性称为焊接缺陷，主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷等。这些缺陷减少焊缝截面积，降低承载能力，产生应力集中，引起裂纹；降低疲劳强度，易引起焊件破裂导致脆断。其中危害最大的是焊接裂纹和气孔。

二、焊接缺陷的分类

焊接生产中产生焊接缺陷的种类是多种多样的，按其在焊接接头中所处的位置和表现形式的不同，可以把焊接缺陷大致分为两类：一类是外部缺陷；另一类是内部缺陷。焊接缺陷的详细分类如图1所示。

图1 焊接缺陷分类图

焊接缺陷示意图如图2所示：

（a）裂纹（b）焊瘤（c）焊穿

（d）弧坑（e）气孔（f）夹渣

（g ）咬边 （h ）未融合 （i ）未焊透

图2 焊接缺陷示意图

三、影响焊接缺陷的因素

1. 材料因素

所谓材料因素是指被焊的母材和所使用的焊接材料，如焊丝、焊条、焊剂及保护气体等。这些材料在焊接时都直接参与熔池或熔合区的物理化学反应，其中，母材本身的材质对热影响区的性能起着决定性的作用，当然，所采用的焊接材料对焊缝金属的成分和性能也是关键因素。如果焊材与母材匹配不当，不仅可能引起焊接区内的裂纹、气孔等各种缺陷，也可能引起脆化、软化等性能变化。所以，为了保证得到良好的焊接接头，必须对材料因素予以重视。

2.工艺因素

同一种母材，在采用不同的焊接方法和工艺措施的条件下，其焊接质量会表现出很大的差别。

焊接方法对焊接质量的影响主要在两个方面：首先是焊接热源的特点，其可以直接改变焊接热循环的各项参数，如线能量、高温停留时间、冷却速度等；其次是对熔池和接头附近区域的保护方式，如渣保护、气保护等。焊接热过程和冶金过程必然对接头的质量和性能会有决定性的影响。

3.结构因素

焊接接头的结构设计影响其受力状态，其既可能影响焊接时是否发生缺陷，又可能影响焊后接头的力学性能。设计焊接结构时，应尽量使接头处于拘束度较小、能自由伸缩的状态，这样有利于防止焊接裂纹的产生。

4.使用条件

焊接结构必须符合使用条件的要求，如载荷的性质、工作温度的高低、工作介质有无腐蚀性等，其必然会影响到接头的使用性能。

例如，焊接接头在高温下承载，必须考虑到合金元素的扩散整个结构发生蠕变的问题；承受冲击载荷或在低温下使用时，要考虑到脆性断裂的可能性；接头如需在腐蚀介质中工作时，又要考虑应力腐蚀的问题……。

综上所述，影响焊接缺陷的因素是多方面的，如材料、工艺、结构和使用条件等，必须综合考虑上述因素的影响。

四、不同焊接方法产生焊接缺陷的原因及防止措施

焊接，通常是指金属的焊接。金属焊接方法的主要功能在于提供适当的物理化学过程，使两个分离的固态金属产生原子或分子间结合力而连接成一体。

由于不同的金属焊接方法具有不同的焊接工艺特点，因此产生焊接缺陷的原因也各具特殊性，以下是针对几种常用的焊接方法中常见焊接缺陷的防止措施的论述。

1.手工电弧焊

手工电弧焊，简称手弧焊。它是以焊条和工件作为两个电极，利用电弧放电时产生的热量，熔化焊条和焊件的一种手工操作的焊接方法，由于其有设备简单、操作灵活等特点，因此它是目前焊接生产中使用最广泛的一种焊接方法。

手弧焊常见的焊接缺陷有：咬边、未熔合、未焊透、焊瘤、夹渣、气孔和裂纹等，以下是手弧焊常见缺陷的产生及防止。

（1）咬边

产生咬边的主要原因是由于焊接时选用了过大的焊接电流，电弧拉得过长以及焊条角度不当引起的，属于操作技术不良而产生的缺陷，大多出现在立、横、仰焊，较少出现在平焊中。

防止措施：

1）选择合适的焊接规范焊接电流和电弧电压对产生咬边有重要影响，电流过大，或者电弧电压增大，都容易产生咬边。焊接电流的大小主要是根据焊条直径和焊缝位置确定的，表1给出了焊接低碳钢时各种直径电焊条使用电流的参考；

表1 低碳钢焊接时各种直径电焊条使用电流的参考

2）采用正确的运条方法为避免产生咬边，正确的运条方法是，焊条摆动时在坡口边缘运条稍慢些，停留时间稍长，在中间运条速度要快些；

3）适当的焊条角度焊接时应根据不同的焊缝位置、板厚等来选择适当的焊条角度，以避免咬边缺陷。

①角焊焊接时使焊条与两板成45°夹角，并向焊接方向倾斜呈70~80°左右夹角，见图3，如板厚不等时，将焊条角度调整，使电弧偏向厚板一侧，让两板受热均匀，避免咬边；

图3 角焊时焊条角度

②立焊焊条与两边夹角相等，与水平表面夹角呈15~30°如图4所示；

图4 立焊时焊条角度

③横焊焊条向下倾斜与水平面呈15°夹角，与焊缝呈70°左右夹角，如图5所示；

图5 横焊时焊条角度

④仰焊要使熔深小些，焊条应向焊接的相反方向倾斜10°左右，如果要求熔深大些，则应向前方倾斜10°左右，如图6所示；

图6 对接焊缝仰焊时焊条角度

（2）未熔合

产生未熔合的原因有：焊缝电流过小，焊速过高，热量不够，坡口或焊件金属表面有杂质等。

防止措施：

1）选用稍大的电流，放慢焊速，使热量增加到足以熔化母材或前一层焊缝金属；

2）焊条角度、运条方法和速度适当，照顾到母材两侧温度及熔化情况；

3）去除金属表面杂质；

4）焊条有偏心时调整角度，使电弧处于正确方向。

（3）焊瘤

焊瘤是由于温度过高，使液体金属凝固较慢，在自重作用下，下坠而成的。

防止措施：

1）选用较小电流，但不能过小；

2）焊条左右摆动应中间走快些，两侧稍慢些，在边缘有稍稍停留时间，电弧压短些；

3）控制熔池温度。

（4）未焊透

未焊透是由于焊工操作技术不良和规范选用的不当，或装配不良引起的。在根部，由于电弧未将母材熔化或未填满熔化金属引起的。在层间，电弧未将各层间完全熔化，亦未填满熔化金属；在边缘未将母材焊透，均可造成未焊透。

防止措施：

1）控制坡口尺寸，对于单面焊双面成型的焊缝，对口间隙应大些，钝边应小些；

2）参见未熔合部分。

（5）夹渣