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1、焊接缺陷分析及对策,张明录,提 纲,1.焊接缺陷的分类 2.焊接缺陷的成型机理 3.焊接缺陷的防止方法,焊接缺陷的存在，将直接影响焊接结构的安全使用。 焊接过程中，由于多种原因，往往会在焊接接头区域中产生各种焊接缺陷。 了解焊接缺陷产生的原因，采取相应的预防措施，避免焊接缺陷的产生，对提高焊接接头的质量至关重要。,不符合焊接产品使用性能要求的焊接缺欠。焊接缺陷是属于焊接缺欠中不可接受的那一种缺欠，该缺欠必须经过修补产品，使其合格后才能使用，否则就是废品。,焊接缺欠与焊接缺陷,焊接缺欠,在焊接接头中因焊接产生的金属不连续、不致密或连接 不良的现象称为焊接缺欠。简称“缺欠”。,焊接缺陷,定位焊缺欠
2、 定位焊不当造成的缺欠： 1.焊道破裂或未熔合 2.定位焊未达到要求就施焊 双面焊道错开 在接头两面施焊的焊道中心线错开。 回火色（可观察到氧化膜） 在不锈钢焊接区产生的轻微表 面氧化。 表面鳞片 （氧化皮） 焊接区严重的表面氧化。 焊剂残留物 焊剂残留物未从表面完全消除。 残渣 残渣未从焊缝表面完全消除。,焊接缺欠包括,外部缺陷位于焊缝表面，用肉眼或低倍放大镜就可以看到。 如焊缝形状尺寸不符合要求（咬边、焊瘤、烧穿、凹坑与弧 坑），表面气孔和表面裂纹。,焊接缺陷分类,内部缺陷位于焊缝内部，这类缺陷可用无损检验或破坏 性试验方法。如未焊透、未融合、夹渣、内部气孔和内 部裂纹。,内部缺陷,按焊缝
3、中位置不同，分为外部缺陷和内部缺陷两大类。,外部缺陷,金属熔焊焊缝缺陷按GB/T6417规定，可分为6大类： 1.裂纹 2.孔穴（气孔、缩孔） 3.固体夹渣 4.未熔合和未焊透 5.形状缺陷（咬边、下塌、焊瘤） 6.其它缺陷,在焊接应力及其它致脆因素共同作用下，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，所以是最危险的缺欠。,裂纹,按产生的部位不同可分为纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹、弧坑裂纹、熔合区裂纹以及热影响区裂纹等。,1、焊缝纵裂纹 2、焊缝横裂纹 3、焊根裂纹 4、焊趾裂纹 5、焊道下裂纹 6
4、、层状撕裂 7、弧坑裂纹,焊接裂纹是在所有焊接缺陷中，一种危害性最大的缺 陷，所以任何等级的焊缝不允许有裂纹存在。 裂纹不仅使焊接接头强度降低而且裂纹的端部应力高 度集中，极易扩展，焊件承载后，会导致焊件的破坏。 按裂纹产生的部位可分为：纵向裂纹、横向裂纹、 熔合线裂纹、根部裂纹和弧坑裂纹。 按裂纹产生的温度和时间可分为：热裂纹和冷裂纹 两种。,裂纹的分类,热裂纹 在焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到高 温区产生的焊接裂纹，叫热裂纹。 冷裂纹 焊缝在较低温度（低于200300）下产生的 焊接裂纹，叫冷裂纹。冷裂纹有可能延迟几小时、 几周、甚至更长的时间，故又称延迟裂纹。,形成热裂纹的因素 1
5、、合金元素：是形成热裂纹的最本质因素。碳、硫、磷。 2、结构刚性：结构抵抗变形的能力叫刚性。刚性大时，不宜变 形因，此产生的拉应力增加，容易生成热裂纹。 3、冷却速度：焊接接头的冷却速度越大，越容易产生热裂纹。 4、焊缝成形系数：成形系数小的焊缝，其截面形状窄而深，此 时杂质都分部在熔池中间，和拉应力处于垂直方向，因此在 拉应力作用下，很容易在焊缝中间产生热裂纹；如果增大焊 缝的成形系数，即形成宽而浅的焊缝，此时杂质被排至熔池 上方，在同样的拉应力作用下，却具有较高的抗热裂能力。,冷裂纹产生的原因 1、焊接及热影响区收缩产生大的应力。 2、淬硬的显微组织。 3、焊缝中有相当高的氢浓度。 防止冷
6、裂纹的措施 1、选用能降低焊缝金属扩散氢的低氢焊条。 2、焊条、焊剂严格按要求进行烘干。 3、根据材质需要，焊前进行适当预热。 4、焊后立即进行后热或保温。 5、使用碳当量低的钢材。 6、适当增加焊接电流，减慢焊接速度，可降低冷却速度。,按产生的温度分为三类 1.热裂纹 2.冷裂纹 3.再热裂纹,根据裂纹尺寸大小,分为三类 1.宏观裂纹（肉眼可见的裂纹）。 2.微观裂纹（在显微镜下才能发现）。 3.超显微裂纹（在高倍数显微镜下才能发现,一般指晶间裂纹和晶内裂纹）。,尺寸分类,温度分类,热裂纹形状是中间粗两头尖，有时有分支的弯曲状（沿晶而过）。 热裂纹是产生于Ac3线附近的裂纹。一般是焊接完成立
7、即出现,常发生在一次结晶时，都是沿晶界开裂,又称结晶裂纹。裂纹面上有氧化色彩,失去金属光泽。 通常发生在杂质较多的碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢等材料焊缝中。,热裂纹,结晶初期 结晶后期,焊接过程中熔池金属中的硫、磷等杂质在结晶过程中形成低熔点共晶，随着结晶过程的进行，它们逐渐被排挤在晶界，形成“液态薄膜”，而在焊缝凝固过程中由于收缩的作用，焊缝金属受拉应力的作用，“液态薄膜”不能承受拉应力而产生裂纹。,热裂纹产生原因,冷裂纹（延迟裂纹）,冷裂纹分为氢致裂纹、淬火裂纹和层状撕裂，通常穿晶而 过，也称“穿晶型”。,再热裂纹,工件焊接后，若再次被加热（如消除应力热处理、多层焊 或使用过程中被加热）到
8、一定的温度而产生的裂纹被称为 再热裂纹。,焊接时,熔池中的气体（气泡）未在金属凝固前逸出,残留于焊缝之中所形成的空穴称为气孔。,气孔,缺陷的产生及防止,气孔 焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残存下 来的所形成的孔穴叫气孔。气孔分为密集气孔、条虫状 气孔和针状（球形）气孔。 气孔是焊接生产中常见的缺陷，它不仅削弱焊缝的 有效工作断面，同时也会带来应力集中，降低焊缝金属 的强度和塑性。对于承受动载荷的焊件，气孔还会降低 焊缝的疲劳强度。当各种气孔的面积相同时，密集气孔 、条虫状气孔比针状气孔危害性大。,18,产生气孔的因素 1、铁锈和水分：铁锈含有大量的四氧化三铁和结晶水，两者是在 焊缝中形
9、成气孔的重要因素。 2、焊条种类：碱性焊条比酸性焊条对铁锈和水分的敏感大的多， 即在同样的铁锈和水分含量下，碱性焊条很容易产生气孔。 3、电流种类和极性：采用未烘干的焊条进行焊接时，使用交流电 源，焊缝容易出现气孔，直流正接气孔倾向较小，直流反接气 孔倾向最小。采用碱性焊条时，一定要直流反接，若用直流正 接，则生成气孔的倾向显著增大。 4、焊接工艺参数：焊接速度增大时，熔池存在的时间变短，气孔 倾向增大。焊接电流增大时，焊缝厚度增加，气体不宜逸出， 气孔倾向增大。电弧电压升高时（弧长增加），空气易侵入， 气孔倾向增大。,气体可能是熔池从外界吸收的,也可能是焊接冶金过程中反应生成的。 气孔的形成
10、机理 常温固态金属中气体的溶解度只有高温液态金属中气体溶解度的几十分之一至几百分之一,熔池金属在凝固过程中,有大量的气体要从金属中逸出来。当凝固速度大于气体逸出速度时,就形成气孔。,气体来源,产生气孔的主要原因是母材或填充金属表面有水、锈、油污等,焊条及焊剂未烘干会增加气孔量,因为水、锈、油污及焊条药皮、焊剂中的水分在高温下分解为气体,增加了高温金属中气体的含量。焊接线能量过小,熔池冷却速度大,不利于气体逸出。焊缝金属脱氧不足也会增加气孔。,气孔产生的原因,气孔从表面上看气孔是减少了焊缝的工作截面,使焊缝疏松,从而降低了接头的强度及塑性,也是引起应力集中的因素。氢气孔还可能促成冷裂纹。 更危险
11、的是和其他缺欠叠加造成贯穿性缺欠，破坏焊缝的致密性，还会引起泄漏。连续气孔则是结构破坏的原因之一。,气孔的危害,防止气孔的措施,（1）清除焊丝、工件坡口及其附近表面的油污、铁锈、水分和杂物。（2）焊条、焊剂,并彻底烘干。（3）用短电弧施焊。（4）焊前预热,减缓冷却速度。（5）用偏强的规范施焊。,固体夹渣 在焊缝中存在的非金属夹杂物称为夹渣。 夹渣会降低焊缝的强度，对焊缝的危害性和气孔所 产生的危害性相似，但其夹渣所引起的应力集中比气孔 更为严重。但某些焊接结构中，在保证强度和致密性的 条件下，也允许存在小尺寸和少数量的夹渣。,22,缺陷的产生及防止,产生的原因： 1、接头边缘有污染存在；定位焊
12、和多层焊时，每层焊后未将熔 渣清除干净（尤其是碱性焊条，脱渣性差）。 2、坡口太小；焊条直径粗；焊接电流过小，熔化金属和熔渣得 不到充分热量，致使熔渣浮不上来。 3、焊接时，焊条的角度和运条方法不恰当，熔渣和铁水辨认不 清，把熔化金属和熔渣混合在一起。 4、焊缝冷却速度过快，熔渣来不及上浮。 5、母材金属和焊接材料的化学成分不当；如熔池内含氧、氮成 分较多时，形成夹杂物的机会也就增多。,防止措施： 1、将坡口及焊层间的熔渣清理干净，将凹凸处铲平，然后再 施焊。 2、适当增大焊接电流，避免熔化金属冷却过快。必要时把电 弧缩短，并增加电弧停留时间，使熔化金属和熔渣得到充 分加热。 3、根据熔化情况
13、，随时调整焊条角度和运条方法，使熔渣能 上浮到铁水表面，应防止熔渣混杂在熔化金属中或流到熔 池的前面而造成夹渣。 4、正确选择母材和焊条金属的化学成分。,夹渣可分为金属夹渣和非金属夹渣。 金属夹渣: 指钨、铜等金属颗粒残留在焊缝之中,习惯上称为夹钨、夹铜。（钨极氩弧焊）。 非金属夹渣: 指未熔化的焊条药皮或焊剂、硫化物、氧化物、氮化物残留于焊缝之中。（冶金反应不完全,脱渣性不好）。 夹渣的形状较复杂，分布与形状有单个点状夹渣,条状夹渣,链状夹渣和密集夹渣,夹渣的分类,1.坡口尺寸不合理。2.坡口有污物。3.多层焊时,层间清渣不彻底。4.焊接线能量小。5.焊缝散热太快,液态金属凝固过快。6.焊条
14、药皮,焊剂化学成分不合理,熔点过高。7. 手工钨极氩弧焊时,电源极性不当,电流密度大, 钨极熔化脱落于熔池中。8.焊条电弧焊时,运条不当，熔渣和铁水分不清,不利于熔渣上浮。 根据以上原因分别采取对应措施以防止夹渣的产生。,夹渣产生的原因,点状夹渣的危害与气孔相似,带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中,尖端还会发展为裂纹源头,危害较大。,夹渣的危害,焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未完全熔化结合的部分称为未熔合。常出现在坡口的侧壁、多层焊的层间及焊缝的根部。这种缺陷有时间隙很大，与熔渣难以区别，有时虽然结合紧密但未熔合，往往从未熔合区末端产生微裂纹。,未熔合,未熔合,1.焊接规范偏小（电弧电压、焊接
15、电流和焊接速度）。 2.焊接电流过小而焊接速度又快。 3.焊条角度不正确。 4.电弧产生了偏吹现象，（焊条不同心，电磁偏吹）。 5.焊缝处于下坡焊位置,母材未熔化时已被铁水覆盖。 6.坡口或焊道有氧化皮、熔渣等，一部分热量损失在熔化杂物上，剩余热量不足以熔化坡口或焊道金属。 7.焊条或焊丝的摆动角度偏离正常位置，熔化金属流动而覆盖到电弧作用较弱的未熔化部分，容易产生未熔合。,未熔合产生的原因,未熔合是一种面积型缺陷,坡口未熔合和根部未熔合对承载截面积的减小都非常明显,应力集中也比较严重,其危害性仅次于裂纹，是危险性较大的缺欠。,未熔合的危害,采用较大的焊接工艺参数（焊接规范）,正确地进行施焊操
16、作,注意坡口部位的清洁和层间清理。,防止未熔合的措施,缺陷的产生及防止,未焊透 焊件的间隙或边缘未被电弧熔化而留下的空隙称为 未焊透。根据未焊透的部位不同，可分为根部未焊透、 边缘未焊透、层间未焊透等几种。 产生未焊透的部位往往也存在夹渣，连续性的未焊 透是极危险的缺陷。因此，在大部分结构中是不允许存 在的。未焊透不仅使力学性能降低，而且未焊透处的缺 口和端部形成应力集中点，承载后往往会引起裂纹。,29,产生原因： 焊接电流过小，焊接速度过快，坡口小，钝边大，根部间隙 小，焊条角度不当，焊件有厚的锈蚀，埋弧焊时焊偏。 在未焊透中，还有一种叫 “未熔合”。 这是由于焊件边缘 加热不充分，熔化金属都已覆盖在上面；这样，焊件边缘和焊缝 金属未能熔合在一起造成了未熔合。产生原因主要是使用过大的 电流，焊条发红，以致造成熔化太快。当焊件尚未熔化，焊条的 熔化金属就覆盖上去了。另外，造成未熔合的原因还有间隙太小、 焊速太快、弧长过长等。 避免未焊透、未熔合的方法： 正确选用和加工
