焊缝中常见的缺陷分析及其防止措施

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& G) b1 W1 |, }8 a4 [) q6 t* z金属作为最常用的工程结构材料，往往要求具有如高温强度、低温韧性、耐腐蚀性以及其他一些基本性能，并且要求在焊接之后仍然能够保持这些基本性能。焊接过程的特点主要是温度高、温差大，偏析现象很突出，金相组织差别比较大。因此，在焊接过程中往往会产生各种不同类形的焊接缺陷而遗留在焊缝中。如裂纹、未焊透、未熔合、气孔、夹渣以及夹钨等。从而降低了焊缝的强度性能，给安全生产带来很大的不利。但是，不论什么样的缺陷，它在形成的过程中都具有特定的形成机理和规律，只要掌握其形成的基本特点，就会对我们在生产中制定焊接工艺措施，防止缺陷的产生起到很好的作用。因此，本人针对焊缝中常见的缺陷的形成及其危害性进行分析，并提出防止措施。

1　裂纹

1.1　产生裂纹缺陷的原因

根据日常所发现的裂纹缺陷分析，产生裂纹的主要因素是焊接工艺不合理、选用材料不当、焊接应力过大以及焊接环境条件差造成焊后冷却太快等。

1.2　裂纹产生的部位

焊缝裂纹一般分为热裂纹和冷裂纹。热裂纹是在焊接过程中形成的，因此，大部分都产生在焊缝的填充部位以及熔合线部位，并埋藏于焊缝中；冷裂纹也叫延时裂纹，一般都是在焊缝冷却过程中由于应力的影响而产生，有时还随着焊缝的组织的变化首先在焊缝内部形成组织晶界裂纹，经过一段时间之后才形成宏观裂纹，这类裂纹一般形成于焊缝的热影响区以及焊缝的表面。

1.3　裂纹的危害性

裂纹是焊缝中危害性最大的一种缺陷，它属于条面对面状缺陷，在常温下会导致焊缝的抗拉强度降低，并随着裂纹所占截面积的增加而引起抗拉强度大幅度下降。另外，裂纹的尖端是一个尖锐的缺口，应力集中很大，它会促使构件在低应力下扩展破坏。所以在焊缝中裂纹是一种不允许存在的缺陷。一旦发现必须进行全部清除或将所焊容器(构件)判废。

1.4　防止裂纹产生的措施

首先是针对构件焊接情况选取合理的焊接工艺，如焊接方法、线能量、焊接速度、焊前预热、焊接顺序等。这是防止焊缝裂纹产生的最基本的措施。当在结构条件一定的情况下，合理的工艺不仅会影响和改善接头的应力状态，而且也会影响焊缝的化学成分，还可以改变杂质的偏析程度，对防止裂纹的形成都有很大的好处。其次是焊接材料的选择要正确。其三是考虑焊接环境条件以及热处理工艺等。因此，在实际生产过程中应根据实际情况综合考虑各种工艺因素所带来的影响。

2　未焊透

2.1　产生未焊透缺陷的原因

产生未焊透缺陷的主要因素有：①焊接规范选择不当，如电流太小，电弧过短或过长，焊接速度过快、金属未完全熔化；

②坡口角度夹小、钝边过厚、对口时间隙太小导致熔深减小；③焊接过程中，焊条和焊枪的角度不当导致电弧偏析或清根不彻底等。

2.2　未焊透产生的部位

未焊透实际上就是焊接接头的根部未完全熔透的现象，单面焊双面成形或加垫板焊的焊缝主要产生于V形坡口的根部，双面焊双面成形的焊缝主要产生于X形坡口或双U形坡口的钝边的边缘处。

2.3　未焊透缺陷的危害性

未焊透属于一种面状缺陷，通常都视为裂纹类缺陷，未焊透的存在会导致焊缝的有效截面减少，从而降低焊缝的强度。在应力主作用下很容易扩展形成裂纹导致构件破坏。若是连续性未焊透，更是一种极其危险的缺陷。所以焊缝中的未焊透是一种不允许存在的缺陷。

2.4　防止未焊透缺陷产生的措施

正确确定坡口形式和装配间隙，认真清除坡口两侧的油污杂质，合理选择焊接电流，焊接角度要正确，运条速度要根据焊接电流的大小、焊体的厚度以及焊接位置进行选择，不应移动过快，随时注意不断地调整焊接角度。对于导热不良、散热较快的焊件，可进行焊前预热或在焊接过程中同时用火焰进行加热。对于要求全焊透的焊缝，如果是有未焊透时，在条件允许的情况下可以将反面熔渣和焊瘤清理后进行加焊处理；对于非要求全焊透的焊缝，其焊透深度大于板厚的0.7倍即可。应尽量采用单面焊双面成形的工艺。

3　未熔合

3.1　产生未熔合缺陷的原因

①焊接规范选择不当，电流过小，焊接速度太快，焊接电流的强度不够，产生的热能量太小，致使母材坡口或先焊的金属未能完全熔化。

②电流过大，焊条过于发红而快速先熔化，在母材边缘还没有达到熔化温度的情况下就覆盖过去，同时焊条散热太快而导致母材的开始端未熔化。

③焊接时操作不当，焊条偏向某一边而另一边尚未熔化就被已熔化的金属掩盖过去形成虚焊现象。

④坡口制备不良，坡处太潮湿。熔池氧化太快，焊条生锈或有油污而进行施焊等。

3.2　未熔合产生的部位

未熔合缺陷一般产生于焊件坡口的熔合线处以及焊缝隙层间、焊缝隙的根部。在焊接时焊道与母材之间或焊道与焊道之间未完全熔化成一体，在点焊时母材与母材未完全熔合成一体而形成虚焊部位。

3.3　未熔合缺陷的危害性

未熔合缺陷大都是以面状存在于焊缝中，通常也被视为裂纹类型的缺陷。其实质就是一种虚焊现象，从而导致焊缝的有效截面积减少，在交变应力高度集中的情况下致使焊缝的强度降低，塑性下降，最终造成焊缝开裂。在焊缝中是不允许存在未熔合缺陷的。

3.4　未熔合缺陷的防止

焊前对坡口周围进行认真清理，去除锈蚀和油污；正确选择焊接规范，焊接的电流不宜太小，焊接速度不能太快；在正常施焊过程中焊接电流也不宜过大，否则焊条过于发红而快速熔化，这样就会在母材的边缘未达到熔化温度的情况下焊条的熔化金属已覆盖而造成未熔合；对于散热过快的焊件可以采取焊前预热或在焊接过程中同时用火焰加热施焊；焊接操作要正确，避免产生磁偏吹，如遇焊件带磁时应先进行退磁。

4　气孔

4.1　产生气孔的原因

焊缝中产生气孔的原因很多，由于焊接是属于金属的冶炼过程。因此，可以概括为一是冶金因素的影响，焊接熔池在凝固过程中界面上排出的氮、氢、氧、一氧化碳等气体以及水蒸汽来不及排出时被包裸在金属内部形成孔洞；二

是工艺因素的影响，如焊接工艺规范选择不当、焊接电源的性质不同、电弧长度的控制、操作技能不规范等都会给气孔的形成提供条件。归纳起来有以下几点：

①焊接的基本金属或填充金属的表面有锈、油污、油漆或有机物质存在；

②焊条或焊剂没有充分烘干或焊条成份不当，焊条药皮变质；

③焊接电流过小电弧拉得过长或焊接速度太快，另外采用交流电焊接比采用直流电焊接易产生气孔；

④焊接时周围环境的空气湿度太大，阴雨天进行焊接特别容易形成气孔缺陷。

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4.2　气孔缺陷产生的部位
5 p! h# |5 f. }6 q* f; }3 a9 N气孔是焊缝中最常见的缺陷，按位置可分为表面气孔、内部气孔，按形状可分为点状，链状、分散状，及密集型、圆形、椭圆形、长条形、管形等。因此，气孔可以分布在焊缝的任何部位。
2 r6 ]. _4 Z! B: C( N, k4.3　气孔的危害性
气孔属于体积性缺陷，它主要是削弱焊缝的有效截面积，降低焊缝的机械性能和强度，尤其是焊缝的弯曲强度和冲击韧性。同时也破坏了焊缝金属的致密性。一般来说边疆气孔是导致构件破坏的重要原因，其塑性可降低40%～50%。在交变应力的作用下焊缝的疲劳强度显著下降。但由于气孔没有尖锐的边缘，一般认为不属于危害性缺陷，并允许有限度在焊缝中存在。但也要按照规范中的规定进行评定，超过规范要求时也必须进行返修处理。
3 C- ]# B% [- x; K* H( x% @: v& l% N4.4　防止气孔缺陷产生的措施
焊接前对焊件坡口周围的油污和有机物质清理干净；焊条必须按照要求进行烘干，并存放于保温合内随取随用；不要使用药皮已变质的焊条及偏蕊过大的焊条；尽量采用短弧焊接规范，同时防止有害气体入侵；对于厚大工件或规程规定要进行焊前预热的工件必须进行焊前预热；焊接过程中焊接速度不宜过快；焊接场所要有防雨防风设施，管道焊接时三角要避免穿膛风。
5　夹渣
5.1　产生夹渣缺陷的原因
7 Q2 C0 w8 o  C; F7 [在焊接过程中，熔池中的熔化金属的凝固速度大于熔渣的上浮速度，在熔化金属凝固时熔渣来不及浮出熔池而被包裸在焊缝内，这就是夹渣。其影响的因素主要有以下几点：
8 R( Z% O' i6 n% n" A①焊件的坡口设计不合理，坡口的角度太小。
* }( L4 Y; o) Y+ n1 U②焊接规范选择不当，如焊接电流过小、焊接速度快。
③多层焊接时清渣不彻底。
④熔池中液态金属凝固过快，熔渣粒度过大不易浮出表面。
⑤焊件坡口处杂质及油污和有机物质清理不彻底，焊条的成份不当，药皮的熔点过高。焊接过程中未完全熔化而被裹在金属内。
' U! R$ t2 }& ]. ?6 U5.2　夹渣缺陷产生的部位
夹渣缺陷在焊缝中的表现一般都是没有规则的，有分散点状的也有密集的，既有块状也有条状和链状。因此，夹渣缺陷可以存在于焊缝的任何部位。
8 ?6 Q( E) l4 {: R# W5.3　夹渣缺陷的危害性
  y3 |( L; V$ U; f# n- w夹渣是属于体积性缺陷，它的危害程度比面状缺陷要小。但是，夹渣缺陷的形状是多种多样的，并具有尖锐的边缘，在交变应力的作用下，也很容易扩展形成裂纹而成脆性断裂；同时也会以减少焊缝的有效截面积而降低焊缝机械强度、塑性、韧性和耐腐蚀的能力以及疲劳极限。焊缝中的夹渣允许有限的存在，但必须按规程标准进行评定，不合格的夹渣缺陷也应当进行返修处理。
9 o9 g- l8 I! H7 s5 n# n5.4　防止夹渣产生的措施
设计合理的焊接坡口，焊前对坡口周围要进行认真的清理，多层焊时特别要注意焊渣的彻底清理；选择适当的焊接规范，防止焊缝金属冷却过快；减慢焊接的速度，增大焊接电流来改善熔渣浮出表面的条件；运行条要正确，并有规律地摆动焊条，焊接过程中不断地搅动熔池中的熔化金属，促使熔渣与铁水分离；调整焊条的药皮或焊剂的化学成份，降低熔渣的熔点也有利于防止夹渣缺陷的产生。
3 n8 j6 Z! ]2 w* j2 x9 v6　钨夹渣
6.1　产生钨夹渣的原因
) @8 I/ C& U5 B* @6 Q2 V, E5 v, @/ H在采用钨极汽体保护焊时，由于焊接电流过大而超过极限电流或钨极直径太小而导致钨极高度发热，端部熔化进入焊缝的液态金属中。由于钨的熔点高，在冷却凝固过程中，钨首先以自由状态结晶析出而停留于焊缝中。因此任何能造成钨极熔化的因素都将引起钨夹渣的产生，如钨极夹具松动、钨极直径小、炽热的钨极顶端触及熔池而产生飞溅或汽体保护不良而引起钨极烧损等都会产生钨夹渣缺陷。
6.2　钨夹渣产生的部位
钨夹渣在焊缝中一般都是呈现为分散点状、条状和块状。在钨极全汽体焊或等离子焊接时可以在焊缝的任何部位形成。钨极汽体保护焊封底，电弧焊填充盖面焊时大都产生于焊缝的第一层。
6.3　钨夹渣缺陷的危害性
焊缝中存在的钨夹渣缺陷的形状与一般的夹渣是一样的，因此，它的危害性与夹渣的危害性基本上是一致的。
6.4　防止钨夹渣产生的措施
4 s  s, @2 ^# m首先要选择良好的钨极夹具，钨极的直径要根据焊件的规格、材质而选择；根据钨极的直径选择适当的焊接电流；加强汽体保护的效果，防止钨极烧损；焊接过程中特别要避免钨极直接触及熔池或焊丝。