焊接缺陷及其防护

焊接缺陷及其防护

焊接过程中，由于多种原因，往往在焊接接头产生焊接缺陷，这是人们所不希望的。了解焊接缺陷的特征和它的产生原因，对采取相应的预防措施和处理方法，提高焊接质量是十分有益的。

第一节焊接缺陷的种类

焊接的常见缺陷有裂纹、未焊透、未熔合、气孔、夹渣和表面缺陷等。

一裂纹

裂纹是带有锐利尖角缺口的缺陷。在所有焊接缺陷中它是最严重的。通常分为三大类：热裂纹、冷裂纹、和再热裂纹。

1 热裂纹

热裂纹是指金属在高温下（从凝固温度范围附近至A，以上）所产生的裂纹，有时又称高温裂纹。

（1）形态与特征

热裂纹多半发生在焊缝中，也有出现在热影响区，常见热裂纹的发生部位和形态如图1所示。

热裂纹的微观特征一般是沿晶界开裂，所以又称晶间裂纹。当裂纹与外界空气相通时，沿裂纹的折断口表面呈蓝灰的氧化色，有的焊接表面的宏观热裂纹内部充满熔渣。

（2）产生的原因

焊接时，熔池的冷却是相当快的，因此焊缝金属如在结晶时化学成分来不及均匀化，容易造成严重的晶内偏析和晶间偏析。偏析的结果是低熔点的共晶物质在结晶的过程中以液态间层形式存在，最后凝固在晶界上。这种低熔点杂质在高温时强度很低，抵制不了焊接过程中的拉伸应力，其液态间层被拉开而形成裂纹。

（3）防止措施

预防热裂纹产生的措施有六个主要方面：

①选择偏析元素和有害杂质含量低的钢材和焊接材料，特别是要求含碳、硫、磷

量低。

②调节焊缝金属的化学成分、改善焊缝金属的化学成分、改善焊缝组织、细化焊

缝晶粒，以提高焊缝金属的塑性。减少或分散偏析程度，控制低熔点共晶物质

的有害影响。例如，焊接奥氏体不锈钢，选用奥氏体加铁素体的双相组织焊缝

可以提高焊缝的抗热裂纹性能。

③改善工艺因素，控制焊接规范，适当提高焊缝的形状系数。例如，采用多层多

道焊法可以避免焊缝中心的偏析；宽而浅的焊缝有利于低熔点共晶杂质渗入到

熔渣中，从而避免热裂纹产生的可能性。

④操作时采用收弧板，逐渐断弧、衰减焊接电流等，将弧坑填满，预防弧坑裂纹。

⑤避免产生应力集中的焊接缺陷，如未焊透、夹渣等。

⑥采用各种降低焊接应力的工艺措施，尤其是预热和焊后热处理。

2 冷裂纹

冷裂纹是指在焊后（A3以下温度）冷却过程中产生的裂纹。这种裂纹常在焊后一段时间发生，所以也称延迟裂纹。

冷裂纹一般有焊层下裂纹、焊趾裂纹和焊根裂纹三种，如图2所示。

（1）形态与特征

冷裂纹是无分枝的裂纹形态，常为穿晶形的，但在不易淬硬钢中存在混合组织时，有

时也呈现为晶间型裂纹。

（2）产生的原因

冷裂纹产生的机理尚不十分清楚，但形成的基本条件的论点较为一致。即由于焊接接头形成的淬硬组织、扩散氢的存在和浓集、具有较大的焊接拉伸应力的三个因素的共同作用，可能导致冷裂纹的产生。焊趾裂纹和焊根裂纹完全是因缺口处高度应力集中而造成的，它们与氢的存在与含量无关。

（3）防止措施

冷裂纹的预热措施主要根据它的形成条件来决定，基本有如下五个方面：

①选用低氢型焊接材料和低氢型焊接方法，减少焊缝金属中的扩散氢含量。

这种措施主要指采用低氢型焊接材料和使用前的烘干，以及焊丝与坡口的

清理和氩弧焊的应用等。

②选择合理的焊接规范。如焊前预热，控制层间温度和缓冷措施等，避免产

生淬硬组织。

③焊后即时热处理。如即时低温退火、去氢处理、消除焊接残留应力，并使

氢即时扩散到外界空气中。

④采用降低焊接残留应力的工艺措施。

⑤操作时，加强焊接熔池的保护和被焊表面的清理，避免氢的侵入。

3 再热裂纹

再热裂纹指一些含钒、铬、钼、硼等多元合金高强钢或耐热钢，经受一次焊接热循环后，在再次热循环过程中（如消除应力退火、层多道焊、高温下工作等）焊接接头所产生的裂纹。

（1）形态和特征

再裂纹起源于影响区的粗晶部位，具有晶界断裂的特征。

（2）产生原因

再热裂纹产生机理还处于初级研究阶段，但一般认为：在再加热时，由于第一次热过程中过饱和固熔的碳化物再次析出，造成内强化，使滑移应变集中于奥氏体晶界。当晶界的塑性应变能力不足以承受松弛应力过程中所产生的应变时，就会产生再热裂纹。

（3）防止措施

①减少焊接残留应力和应力集中，如果提高预热温度、焊后缓冷、保证焊缝外形

尺寸平缓过渡等。

②在满足性能要求的前提下，选用强度等级稍低于母材的焊接材料，使焊接应力

借助于焊缝金属的塑性储备得到松弛。

③在保证室温强度性能的同时，提高消除应力的退火温度和在再热敏区的冷却速

度，尽量时热处理工艺规范不在再热敏区停留。在可能满足焊缝综合性能时，

还可取消焊后热处理工序。

二未焊透及未熔合

未焊透及未熔合是金属之间未被焊接热能量充分熔化所造成的缺陷，根据产生的部位，它们的含义是有区别的。未焊透是指焊道根部未熔化的缺陷；未溶合是指坡口边缘及焊道层间的未熔化缺陷。

未熔化缺陷的产生主要有操作手法、对口准备和焊接规范三个方面的因素，使缺陷处的金属熔化热量不足。如在操作上：运条速度过快、焊条或焊炬角度不当、电弧偏吹、溶池与氧化物和溶渣分离不充分等；在对口上，间隙过小或钝边过大、焊接起始温度过低、焊件散热过快等；在焊接规范上：焊接电流或火焰的能率过小等等。

因此防止未熔化缺陷的措施就要从产生的原因入手，即控制接头的坡口尺寸，选择较

大的焊接电流或火焰、减低焊接速度、调整焊条或焊炬的角度、采取预热措施等。

三夹渣

所谓夹渣，即是焊缝金属中含有的非焊缝金属杂质物。

由于坡口角过小，熔渣粘度大，熔渣浮不出熔池表面残留在焊缝中，这是造成夹渣的基本原因。

在电弧焊和气电焊中，焊条药皮成块状脱落到熔池里，且未被充分熔化；钨极与焊丝或与熔池短路接触产生钨极烧损；多层多道焊层间清理不彻底；焊条、焊炬角度不当；横向摆动的两侧停留时间不够，气焊时，工件清理不周、火焰类型发生了变化，缺乏对熔池金属的搅拌等等，都会导致夹渣的产生。

防止产生夹渣的基本原则时：创造条件，使熔渣充分浮到熔池表面。首先注意减少夹渣的外来因素、对焊丝、坡口、层间清理应予以足够的重视。调整焊接电流或火焰大小、使熔池保持长时间的高温状态，熔渣就容易上浮。有规律地运条，搅拌熔池，使熔渣与熔池金属充分分离；保持正常的中性焰；氩弧焊时手法要稳，避免钨极短路等。

四气孔

气孔是焊缝金属中具有一定形状（圆球、条状、椭圆体等）的孔洞性缺陷。根据气孔的部位可分为表面气孔和内部气孔两种；根据分布特征可分为单个气孔、连续气孔（链条式气孔）和密集气孔等多种。

气孔产生的基本原因是：由于焊接熔池在高温时含有过多的气体；在冷却时这些气体由于溶解度积聚下降，但又来不及逸出而造成的。

从操作工艺上考虑，其产生的原因如下：

手工电弧焊：使用的焊接电流过大，焊条发红，失去保护；焊条潮湿，碱性焊条操作电弧过长。氩弧焊：氩气的流量不足，手法不稳定，电弧忽长忽短；另外氩气含氧、氮过多，接头结构不合理等，引起氩气保护不良。气焊：火焰成分调整不准确；焊炬摆动幅度大、速度快；焊丝搅拌缓慢等，

排除气孔的方法如下：

1 不使用药皮开裂、剥落、变质、偏心和焊心锈蚀的焊条；

2 各类焊条、焊剂要按技术规定烘干；

3 破口及焊丝表面要彻底除去油锈污物；

4 选用合适的电流规范、焊接速度和电弧长度；

5 运条不宜太快，焊接施工要有屏风挡雨措施。如焊件尺寸过大或施焊环境温度过低应采取预热措施，适当增加熔池在高温的停留时间。

6 气焊时选用中性焰，并且在操作时加强熔池的搅拌。

7 氩弧焊时，使用纯度高的氩气，调整适度的氩气流量和钨极或熔化极的伸出长度，加强氩气的保护效果。

五表面缺陷

表面缺陷是指在焊缝表面以肉眼可直接观察到的缺陷：如气孔（缩孔或砂眼）、表面裂纹、咬边、满溢（覆盖）、焊瘤、根部内凹（塌腰）、弧坑、烧焦（过烧）、电弧擦伤等。

1 咬边

咬边是焊缝两侧与基本金属交界的表面被烧熔后而未填满的凹槽。它可成点状、或长短不等的线状形态出现。

咬边的产生主要是操作工艺不恰当、焊接规范不合适。如手工电弧焊时，焊接电流过大；电弧拉得太长；焊条角度和运条手法没有使液态焊着金属铺开；焊接速度较快，使接头脱节等都可能产生咬边。气焊时火焰太大；焊炬倾角不当；焊炬与焊丝摆动手法不熟练等也形成咬边。手工钨极氩弧焊一次成型，或盖面时，焊炬倾角没有指向母材，焊丝在焊缝两侧