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1、 焊接缺陷讲第一讲 概述焊接缺陷是指焊接过程中在焊接接头处产生的不符合设计或工艺文件要求的缺陷。本讲主要讨论焊接工艺方面引起的焊接缺陷。产生焊接缺陷的原因有以下三个方面： 设计不当； 选材不当，材料的接合性能不好； 焊接工艺不当。所谓焊接工艺是指焊接过程中的一整套技术规定，其中包括焊前准备、焊接材料、焊接设备、焊接方法、焊接顺序、焊接操作的最佳选择以及焊后处理等。焊接工艺中的这些因素都会对焊接缺陷的产生具有不同程度的影响：保证焊接质量，防止焊接缺陷的产生，就必须对这些工艺因素进行有效的控制。焊接缺陷的存在，对焊接接头的安全和使用性能有直接的影响，即焊接缺陷往往是造成压力容器失效以及危害性事故的
2、主要原因。从国内外压力容器的失效和事故统计来看，由于焊接工艺引起的质量问题，概括起来有以下六种类型： 焊接裂纹； 焊缝中的气孔和夹渣； 焊接原因腐蚀及泄漏； 焊接结构的脆性破坏； 焊接结构的应力与变形； 焊接结构的疲劳破坏。这六种失效类型，不是和焊接缺陷直接有关，就是与焊接缺陷间接有关。为了确保压力容器的安全运行，必须对焊接缺陷进行有效的控制和定期检验。焊接缺陷按其在焊接接头中位置不同，可分为内部缺陷和外部缺陷。外部缺陷可以通过表面检验发现；内部缺陷一般可通过无损探伤方法发现。除此之外，还有组织与性能缺陷，这些缺陷一般要通过破坏性解剖才能发现。焊接接头的缺陷分类如下：焊接缺陷的分类；1；外部缺
3、陷；焊缝成形不符合要求、焊缝尺寸不符合要求、焊缝变形不符合要求、焊缝变形不符合要求、未填满、根部未焊透、咬边、焊瘤、烧穿、凹坑、塌陷等。2；焊接缺陷；表面气孔、表面裂纹、 内部气孔、夹渣(夹钨)。3；内部缺陷 未焊透、未熔合、内部裂纹第二讲 焊接接头的外部缺陷一、 焊缝成形及尺寸不符合要求焊缝成形是指熔焊时，液态焊缝金属冷凝后形成的外形。对焊缝成形有形状的要求，例如角焊缝，有的工艺要求凸形角焊缝，有的可能要求凹形角焊缝；所有焊缝的焊波(焊缝表面上的鱼鳞状波纹)要求均匀细密等，也有尺寸的要求，例如焊缝宽度、焊缝厚度、余高、角焊缝的焊脚尺寸和凸度、凹度等，都是衡量焊缝外观质量的一个方面。对于非承载
4、焊缝，可能仅仅是外观质量的好坏；对于承载焊缝，还关系到焊缝的承载能力。对于压力容器焊缝的成形与尺寸的要求，比其他结构的焊缝更为严格，这主要是因为锅炉压力容器的工况条件比较苛刻和复杂，例如高温、承受内压、介质的腐蚀性以及低周疲劳载荷等，而且锅炉压力容器发生事故后的破坏性很大，因此对焊缝质量可靠性的要求也相应提高。保证焊缝成形和尺寸符合要求，首先在于确定合适的坡口和控制对装质量；其次要选择合适的焊接工艺参数(焊接电流、电压、速度等参数)；更为主要的是要有焊接操作的最佳选择，包括焊接顺序、方向、熔敷顺序(多层焊时各焊道的施焊次序)、焊接位置、焊条角度、运条方式等因素的选择。二、 咬边咬边是常见的焊缝
5、外观缺陷。咬边是由于焊接参数选择不当，或操作工艺不正确和技能不熟练，沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷，对压力容器焊缝质量，咬边是一种危险性较大的外观缺陷。它不但减少了基本金属的有效截面，而且在咬边根部往往形成较尖锐的缺口，造成应力集中，很容易形成应力腐蚀裂纹和应力集中裂纹。因此，对咬边有严格的限制，特别是对于某些重要的压力容器，不允许咬边缺陷。电流过大、焊速过快、电弧过长、焊条角度不当、上坡灶掌握不好，特别是立焊、横焊和仰焊时运条不当均易造成咬边。防止咬边，就应该从这几方面因素加以有效的控制。咬边超过允许值。应予补焊。三、 焊瘤焊瘤是指焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金
6、属瘤，焊瘤常见于立焊、横焊和仰焊焊缝表面以及平焊对接第一层焊缝的背面。焊瘤不仅影响焊缝的外观，而且也掩盖了焊瘤处焊趾的质量情况，往往在这个部位上会出现未熔合缺陷。对焊接电流和焊接操作进行适当的控制，就可防止焊瘤的产生。发现焊瘤，应磨掉或刨掉，并对焊缝的形状进行必要的修补。四、 烧穿焊接过程中，熔化金属自坡口流出，形成穿孔的抽出缺陷就是烧穿。烧穿常发生于打底焊道的焊接过程中。发生烧穿，焊接过程难以继续进行。千万烧穿的原因主要是电流过大、间隙过大工突然改变了焊接位置。为防止烧穿，必须控制电流和运条方法，对装间隙要均匀，对局部间隙过大处细焊条、小电流先行预焊一下。对烧穿的部位，必须认真清除穿孔周围的
7、熔渣，并修整出适当的坡口后局部补焊，至未穿孔部位基本平整后再焊接下一道焊道。五、 凹坑凹坑是焊后在焊缝表面或焊缝背面形成的低于母材表面的局部低硅部分， 产生焊缝表面凹坑的原因主要是坡口截面不均匀，在截面大处填充金属未能填满坡口而形成的凹坑；也可能是焊接速度控制不均匀或多层焊时焊接层数与焊接速度没有配合好所致。出现焊缝山巅主，应该补焊。焊缝背面凹坑主要是由于填充金属不够，焊缝金属凝固收缩而形成的凹坑。这种缺陷在带垫板的单面焊焊缝中常有出现。在这种情况下，也可能是由于在焊缝根部的垫板上，有焊剂或渣皮占据一定空间，焊接时又未被完全熔化，待焊缝凝固后，形成焊缝背面凹坑。这种情况下，凹坑中总会积存一些熔
8、渣。对于带垫板单面焊焊缝背面凹坑，用手工焊时，可以通过运条搅动熔池来防止；但用埋弧自动焊时，要防止这种缺陷比较困难。六、 表面裂纹表面裂纹一般常见有焊缝表面的纵裂纹、横裂纹、焊趾裂纹、弧坑裂纹和热影响区表面裂纹。裂纹具有尖锐的缺口和大的长宽比特征，在一定外力作用下，裂纹具有明显的扩展倾向，对于脆性状态的材料，还会有脆性破坏的倾向。因为它是焊缝表面缺陷中最危险的缺陷。形成表面裂纹的原因，将在焊缝内部缺陷一节中介绍。表面裂纹是不允许存在的。有的表面裂纹可以通过肉眼、低倍放大镜来发现。但 也有不少表面裂纹难以用肉眼发现。此时需采用磁粉或渗透(着色)等表面探伤来发现表面裂纹。第三讲；焊接接头的内部缺陷
9、一、 夹渣(钨)夹渣是指焊后残留在焊缝中的熔渣。夹钨则是钨极惰性气体保护焊时由钨极进入到焊缝中的钨粒。夹渣既存在于焊缝金属的内部，也可能存在于相邻焊道之间。夹渣的存在，会降低焊缝金属的强度。在焊缝金属塑性较差、承受疲劳载荷的情况下，还有可能发展成裂纹。因此，对焊缝内部的夹渣必须给予限制，对于锅炉压力容器焊缝内的夹渣，限制更为严格，由产品标准或图样作出明确的规定。由焊条药皮或焊剂所形成的夹渣，可能被电弧的搅拌作用卷压到熔化金属的表面以下；或由于手工焊操作不当，熔渣也可能流到电弧的前面；或由于多道渣皮清理不干净；或在下坡焊时，熔化金属可能在熔渣上面渡过，而将熔渣夹在焊道下面；高粘度、速凝的熔渣，加
10、之焊接电流较小等等这些原因，都可能形成焊缝内部的夹渣。因此，要防止夹渣，就必须对这些因素进行有效的控制。夹钨是在钨极惰性气体保护焊时由于电流过大，钨极局部熔化而坠入熔池留在焊缝中的缺陷。夹渣(钨 )缺陷可以用射线或超声波探伤的方法来发现。二、气孔气孔是焊接时熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴。气孔可分为单个气孔、密集气孔、条虫状气孔和针状气孔等， 显然，产生气孔的原因是由于焊接熔池在高温时，吸收了较高的气体，冷却时，气体在金属中的溶解度急剧下降，气体来不及逸出而残留在焊缝金属内领取成气孔。所以气孔的形成与下列因素有关：焊接时空气的侵入、焊接冶金过程所产生的气体、溶解于母材、焊丝
11、和焊条钢芯中的气体以及母材上的油、锈、等脏物在受热后分解产生的气孔是形成气孔的气体来源。焊接材料的影响，焊条或焊剂受潮，示的安规定要求烘干；焊条药皮变质，剥落或因烘干温度过高而使药皮部分万分变质失效，焊剂中混入污物等均易气孔。焊接工艺的影响，手工电弧焊时，采用过大电流造成焊条发红，药皮变质或脱落，保护失效。碱性低氢型焊条焊接时，电弧过长空气的侵入。焊接速度增加时，熔池存在的时间变短，气孔倾向增大。焊接电流增大时，熔滴变细，吸收气体量增加，同时熔深增加，使气泡逸出的路程加大，因而，促使形成气孔的倾向加大。当使用烘干温度不够的焊条进行焊接时，使用交流电源易出现气孔；而直流正接，气孔倾向较小；直接反
12、接气孔倾向最小。从焊接工艺上可采取以下措施来防止气孔的产生：不得使用药皮开裂、剥落、变质、偏心或焊芯锈蚀的焊条；各种类型焊条或焊剂都应按规定的温度和保温时间进行烘干；焊接坡口及其两侧应清理干净；要严格按焊接工艺文件规定的工艺参数进行施焊；碱性焊条施焊时，应短弧操作，若发现焊条偏 心要及时转动或倾斜焊条。气孔可以用射线或超声波探伤的方法来发现，对圆形气孔，超声波探伤的灵敏度不如射线探伤。三、 裂纹裂纹是在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成新的界面所产生的缝隙。裂纹具有尖锐的缺口和大的长宽比的特征。根据裂纹产生的温度和时间，可分为热裂纹、冷裂纹、和再
13、热裂纹。a) 热裂纹焊接过程中，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热裂纹。热裂纹大部分是沿着焊缝树枝状结晶的交界处产生的发展的，情况是沿焊缝中心长度方向开裂，有时也分布在两个树枝状晶体之间或焊缝表面及弧坑上。1.热裂纹的产生机理结晶裂纹是典型的热裂纹。焊接热源离开焊缝在结晶过程中，由于凝固金属的收缩，残余液相补充不足，致使沿晶界开裂。故叫结晶裂纹。高温液化裂纹又是热裂纹中的另一形态。即在焊接热循环峰值温度作用下，焊接接头的热影响区和多层焊缝的层间金属中，由于含有低熔点共晶物而被重新熔化，在收缩应力的作用下，沿奥氏体晶间开裂，称高温液化裂纹。如果母材及焊丝中的硫、磷、碳、
14、硅的含量偏高时，低熔点共晶物增多，高温液化裂纹倾向显著增加。不论结晶裂纹还是高温液化裂纹，都是在固相线附近高温区温度下形成的沿晶裂纹，统称热裂纹。2.热裂纹产生原因熔池结晶时所受到的拉应力是焊缝产生热裂纹的必要条件。拉应力大小主要取决于结构形式、接头刚性，熔池冷却速度和焊接顺序。而熔池内含有熔点温度比较低的共晶杂质是产生热裂纹的内在因素。因为在熔池冷却过程中，在温度高时，由拉应力造成的晶粒间隙都能被液体金属所填满，不会产生热裂纹。然而温度连续下降，柱状晶体徐徐生成，由于低熔点共晶的存在，就会在拉应力作用下造成晶粒间隙或已结晶的固体金属层间形成强度较低的晶间薄层，在拉应力作用下，使晶间薄层被拉开
15、而造成空隙，当液态的低熔点共晶又不足以填充此空隙时，则形成了裂纹。因此，热裂纹可看成是拉应力和低熔点共晶两者联合作用而形成的。增大任何一方面作用，都有可能促使在焊缝中形成热裂纹。3.预防热裂纹措施首先要控制焊缝中有害杂质的含量。在工艺方面，焊前预热减慢焊缝冷却速度，减小焊接应力是防止热裂纹的有效措施。另外适当提高焊缝形状系数也可减小产生热裂纹的倾向，因为窄而深的焊缝将使杂质集中在柱晶对称的部位，在较小的拉应力作用下就有可能造成焊缝中间裂纹，因而焊缝形状系数增加，焊缝抗热裂性能可以提高。施焊时采用碱性焊条和焊剂提高脱硫能力，采用收弧板或终焊时应逐渐断弧，并填满弧坑以防止弧坑冷却速度过快和偏析而在
16、弧坑处形成热裂纹。b) 焊接冷裂纹冷裂纹是焊接接头冷却到较低温度下时产生的焊接裂纹。冷裂纹可以在焊后立即出现，也有时要经过一段时间( 几小时、几天甚至更长的时间)才出现。对于不是焊后立即出现的冷裂纹，称为延迟裂纹，它是冷裂纹中一种比较普遍的形态。因为延迟裂纹不是焊后立即可以发现，因此它的危害性比起其它形态的裂纹就更为严重。层状撕裂大多数在焊后 150以下或冷却到室温经过数小时后产生的。它是在焊缝快速冷却过程中，在板厚方向拉伸应力作用下，在钢板中产生的与母材轧制表面平行的裂纹，常发生在 T 型接头和角接接头上，根据冷裂纹产生的部位，一般分为焊道下裂纹、焊趾裂纹和焊根裂纹，如图 8-7 所示。焊道下裂纹是发生在靠近焊道的热影响区内，特别是在淬硬倾向较大的钢材，且含氢量较高的热影响区更易发生。焊趾裂纹是沿应力集中的焊缝和母材交界的的焊趾处开始延伸的裂纹。焊根裂纹是沿应力集中的焊缝根部所形成的裂纹。热裂纹是沿晶界开裂，开裂面上有氧化的色彩；而冷裂纹既有沿晶界开裂，也有穿过晶粒延伸或一条连续
