1、十二 焊接缺陷和检验,本章主要介绍焊接过程中，产生的各种焊接缺陷的原因、预防措施及检验方法。,在焊接接头中产生的不符合设计或工艺文件要求的缺陷，称为焊接缺陷。 焊接缺陷按其性质可分为四大类：,气孔与夹渣和夹杂,一、气孔 焊接时，熔池中的气体在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴， 气孔是一种常见的焊接缺陷。根据其产生部位，可分为内部气孔和外部气孔；而根据气孔的分布特点，又可分为分散气孔和密集气孔，但最常见的是根据产生原因，把气孔分为氢（含）氮气孔和一氧化碳气孔两大类。,气孔产生原因,两类气孔都是由于溶解在熔池中的气体，在熔池冷却结晶过程中，因气体溶解度急剧降低，来不及析出残留在固体金属内形成的
2、。例如从液态转变为固态时，氢在铁中的溶解度从32mL100g降至10mL100g。 氢气孔在熔池结晶时形成的，主要是大多沿结晶方向呈螺钉状或针状分布，熔池结晶快时，氢气孔为小圆球状。 一氧化碳气孔，主要是由于冶金反应中产生的一氧化碳残留在焊缝内部形成的，形状象“条虫”，表面光滑，沿晶界分布。,气孔预防措施,（1）选择好焊条、焊剂必须根据需要，正确地选择焊接材料。例如低氢焊条，由于药皮中含有大量萤石，可以有效地消除氢气孔。 （2）加强焊前清理焊前仔细清理焊件表面的铁锈、油污、水分；按规定烘于焊条、焊剂，尽量减少氢的来源。 （3）正确地选择焊接工艺参数在允许的条件下，尽可能采用较大的线能量进行焊接
3、，保证熔池缓慢冷却，使溶解在熔池中的气体能够逸出；采用短弧焊，减少弧柱与空气的接触，减少空气中的氮气、氧气进入熔他的机会。 （4）选择好电源种类和极性 焊接低碳钢和低合金结构钢时，用交流容易产生气孔，直流正接气孔倾向减小，直流反接气孔倾向最小。,夹渣和夹杂,焊后残留在焊缝中的熔渣称夹渣，由于焊接冶金反应产生的、焊后残留在焊缝金属中的非金属杂质（如氧化物、硫化物等）称夹杂。夹渣尺寸较大，且不规则，减弱焊缝的有效截面积，降低焊接接头的塑性和韧性。在夹渣的尖角处会造成应力集中，因而对淬硬倾向较大的焊缝金属，易在夹渣尖角处扩展为裂纹。夹杂物、若尺寸很小且呈弥散分布时（硫化物等低熔点夹杂物除外），对强度
4、影响不大。,产生原因,（1）冶金方面的原因 主要是冶金反应产生了高熔点，密度大的金属或非金属氧化物。这些氧化物不容易从熔池中浮起，也有可能产生了低熔点硫化物共晶形式夹杂。 （2）工艺方面的原因 主要是焊接工艺参数不合适，使熔池温度低，冷却熔渣不易浮出；焊前清理不干净或多层焊时层间清渣不彻底，也会产生夹渣。,预防措施,冶金过程中产生的非金属夹杂物，是不可避免的，但可采取有效的预防措施，改善夹杂物大小和形态。 选用脱渣性、脱氧和脱硫性能好的焊条、焊剂。 选用合适的坡口角度和合理的焊接工艺参数，使熔池存在的时间不要太短。 运条要平稳，焊条摆动的方式要有利于熔渣上浮。酸性焊条操作中要注意赶渣，使熔渣浮
5、在熔池后面，不要熔渣，铁水不分。碱性焊条操作中要采用短弧焊接。 仔细清理坡口边缘及焊丝表面油污。多层焊时要注意将前道焊缝的熔渣清理干净后，再焊下一道（层）焊缝。 双面焊时，一定要清除焊根后，再焊反面。 施焊时要保护好熔池，防止空气侵入。,九 裂纹（3）,在焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹叫做热裂纹。它是一种不允许存在的危险焊接缺陷。 焊接热裂纹按产生形态、机理以及产生的温度区间，可分为：结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹。 热裂纹通常都沿晶界开裂，如焊缝中的热裂纹一般都沿柱状晶粒、等轴晶粒或树枝状晶界，而热影响区的热裂纹则沿原来的奥氏体晶界；热裂纹表面都呈氧化色
6、，有的热裂纹中间还充满了熔渣。,一、热裂纹,裂纹（31）,结晶裂纹又称凝固裂纹，是焊缝凝固后期形成的焊接裂纹。这种裂纹主要产生在含杂质较多的碳钢焊缝中，尤其是硫、磷、硅、碳较多的钢材中，在单相奥氏体钢，镍基合金，及某些铝及铝合金焊缝中，也容易产生结晶裂纹。,裂纹（32）,液化裂纹是在母材近缝区或多层焊的前一焊道，因受热液化在晶界上形成的焊接裂纹。这种裂纹主要发生在含有铬镍的高强钢，奥氏体不锈钢，以及某些镍基合金的近缝区或多层焊焊道金属中。,裂纹（33）,多边化裂纹是在焊缝金属多边化晶界上形成的一种热裂纹。裂纹主要产生在某些纯金属或单相合金如奥氏体不锈钢、铁一镍基、镍基合金的焊缝金属中。,产生原
7、因,聚集在晶粒边界或焊缝中心的液态低熔点共晶，在焊缝冷却过程中产生的拉应力作用下开裂。,主要是设法减少焊缝中的低熔点共晶物和降低冷却时的拉应力，可采取以下措施： 限制钢材及焊接材料中易偏析元素和有害杂质的含量，特别应当尽量减少硫、磷等杂质含量及降低含碳量。 调节焊缝金属的化学成分，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，以提高其塑性，减少或分散偏析程度，控制低熔点共晶的有害影响。 控制焊接工艺参数，适当提高焊缝成形系数，采用多层多道焊法，避免中心线偏析，防止中心线裂纹。 提高焊条或焊剂的碱度，以降低焊缝中的杂质含量，改善偏析程度。 采取各种降低焊接应力的工艺措施。 断弧时采用引出板，或逐渐灭弧，并填满弧坑
8、，可以减少弧坑裂纹的产生。 降低钢材中有害杂质的含量，细化钢材晶粒，改变有害杂质的形状和分布。,预防措施,冷裂纹（31）,焊接接头冷却到较低温度下（对于钢来说，在Ms温度以下），产生的裂纹，称为冷裂纹。 冷裂纹可在焊后立即出现，也可能需经过一段时间（几小时，几天，甚至更长的时间）才出现，这些不是在焊后立即出现的裂纹叫做冷裂纹，也称延迟裂纹，它是冷裂纹中比较普遍的一种形态，具有更大的危险性。 产生原因 钢材的淬硬倾向，焊接接头的含氢量及其分布和焊接接头拘束应力的大小是焊接高强钢（包括中碳钢，低合金高强钢和中合金高强钢）产生冷裂纹的三大要素。钢材的淬硬倾向越大，焊件越厚、冷却速度越大，刚性拘束越大
9、，扩散氢含量越高，产生冷裂纹的倾向越大。,预防措施,防止冷裂纹的原则是尽可能地降低焊缝中扩散氢的含量，降低焊接应力和冷却速度，具体措施如下： 1严格控制氢的来源 选用低氢焊接材料，应选用标准规定的与母材配套的低氢焊条和焊剂。对于某些强度级别高而又非常重要，应选用超低氢（1.0mL /10g）高强度高韧性焊接材料。 加强焊前清理，必须按规定温度仔细烘干焊条、焊剂，妥善保管烘好的焊条焊剂，防止受潮，随用随取；焊前除净待焊区的油、锈、及其它污物。 因CO2气体保护焊，可以获得低氢焊缝、故可考虑用CO2气体保护焊焊接淬硬倾向较大，对氢敏感性较强的钢种。,2.提高焊缝金属的塑性,选用含合金元素较高的焊接
10、材料，降低焊缝中硅的含量、提高MnSi比、细化晶粒、提高焊缝金属的韧性。 推荐用“软盖面层焊法”制造高强钢焊接结构、该法采用与母材等强的焊材打底、填充，但表层26mm厚度用强度级别低于母材的焊材盖面，以增加焊缝金属的韧性贮备，降低接头的拘束应力，从而提高抗裂性。,3.降低焊接应力,选择合理的焊接工艺参数和线能量，控制焊接接头在800500的冷却速度。 焊前预热、控制层间温度，焊后保温缓冷或焊后立即进行消氢处理，从而降低冷却速度，降低热影响区硬度，降低总的应力水平，改善焊接接头组织和性能 选择合理的焊接顺序、减小焊接应力。 严格操作，注意不能产生弧坑、咬边、未焊透等缺陷，以减少应力集中点。 焊后
11、进行热处理，消除内应力，改善焊接接头组织和韧性,再热裂纹（32）,焊后，焊件在一定温度范围内再次加热（消除应力热处理或其它加热过程），而产生的裂纹，叫做再热裂纹。 再热裂纹产生在焊接热影响区的过热粗晶组织中，热影响区的细晶组织和母材都不产生再热裂纹。在进行消除应力退火前，焊接接头有较大的残余应力和应力集中才会产生再热裂纹 具有一定沉淀强化的金属材料最易于产生再热裂纹，普通碳素钢和固溶强化的金属材料，一般都不产生再热裂纹。,产生原因,必须同时具备下列四个条件才有可能产生再热裂纹。 只有用Cr、Mo、V、Ti、Nb元素等沉淀强化的珠光体耐热钢、低合金高强钢及不锈钢等才产生再热裂纹。以14MnMoN
12、bB（B为硼）钢为例，只有在调质状态，进行焊后热处理才产生再热裂纹。再热裂纹最容易产生在厚件和应力集中处。 再热裂纹产生在一定的温度范围，对于一般低合金高强钢约在500700，随钢种变化而异。 一定的高温停留时间。,预防措施,1.降低残余应力，减少应力集中，在设计和工艺上都应设法改善应力状态，如进行预热和后热，减少焊缝余高保持平滑过渡尽量减小接头几何形状的突变， 必要时将焊趾处打磨平滑，并防止各类焊接缺陷，引起的应力集中。 2.选用低强度焊接材料适当降低焊缝金属的强度，提高塑性。 3.控制焊接线能量。采用较大的线能量，可降低再热裂纹倾向。 4.增加中间热处理工序若热处理为620时，可先进行550处理，再加热到620以减少620处理的影响。,层状撕裂（33）,焊接时，在焊接构件中沿钢板轧层形成的一种呈阶梯状的裂纹，叫层状撕裂。 层状撕裂大都发生在大厚板T形接头，角接头和贯穿型十字接头中，如上图所示。 层状撕裂产生原因及其预防措施见下表。,
