焊接缺陷及防治措施

1、外觀缺陷：
    外觀缺陷(表面缺陷)是指不用借助于儀器，從工件表面可以發(fā)現(xiàn)的缺陷。常見的外觀缺陷有咬邊、焊瘤、凹陷及焊接變形等，有時(shí)還有表面氣孔和表面裂紋。單面焊的根部未焊透等。
    A、咬邊是指沿著焊趾，在母材部分形成的凹陷或溝槽， 它是由于電弧將焊縫邊緣的母材熔化后沒有得到熔敷金屬的充分補(bǔ)充所留下的缺口。產(chǎn)生咬邊的主要原因是電弧熱量太高，即電流太大，運(yùn)條速度太小所造成的。焊條與工件間角度不正確，擺動(dòng)不合理，電弧過長(zhǎng)，焊接次序不合理等都會(huì)造成咬邊。直流焊時(shí)電弧的磁偏吹也是產(chǎn)生咬邊的一個(gè)原因。某些焊接位置(立、橫、仰)會(huì)加劇咬邊。
    咬邊減小了母材的有效截面積，降低結(jié)構(gòu)的承載能力，同時(shí)還會(huì)造成應(yīng)力集中，發(fā)展為裂紋源。
    矯正操作姿勢(shì)，選用合理的規(guī)范，采用良好的運(yùn)條方式都會(huì)有利于消除咬邊。焊角焊縫時(shí)，用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬邊。
    B、焊瘤焊縫中的液態(tài)金屬流到加熱不足未熔化的母材上或從焊縫根部溢出，冷卻后形成的未與母材熔合的金屬瘤即為焊瘤。焊接規(guī)范過強(qiáng)、焊條熔化過快、焊條質(zhì)量欠佳(如偏芯)，焊接電源特性不穩(wěn)定及操作姿勢(shì)不當(dāng)?shù)榷既菀讕�來焊瘤。在橫、立、仰位置更易形成焊瘤。
    焊瘤常伴有未熔合、夾渣缺陷，易導(dǎo)致裂紋。同時(shí)，焊瘤改變了焊縫的實(shí)際尺寸，會(huì)帶來應(yīng)力集中。管子內(nèi)部的焊瘤減小了它的內(nèi)徑，可能造成流動(dòng)物堵塞。
    防止焊瘤的措施：使焊縫處于平焊位置，正確選用規(guī)范，選用無偏芯焊條，合理操作。
    C、凹坑
    凹坑指焊縫表面或背面局部的低于母材的部分。
    凹坑多是由于收弧時(shí)焊條(焊絲)未作短時(shí)間停留造成的(此時(shí)的凹坑稱為弧坑)，仰立、橫焊時(shí)，常在焊縫背面根部產(chǎn)生內(nèi)凹。
    凹坑減小了焊縫的有效截面積，弧坑常帶有弧坑裂紋和弧坑縮孔。
    防止凹坑的措施：選用有電流衰減系統(tǒng)的焊機(jī)，盡量選用平焊位置，選用合適的焊接規(guī)范，收弧時(shí)讓焊條在熔池內(nèi)短時(shí)間停留或環(huán)形擺動(dòng)，填滿弧坑。
    D、未焊滿
    未焊滿是指焊縫表面上連續(xù)的或斷續(xù)的溝槽。填充金屬不足是產(chǎn)生未焊滿的根本原因。規(guī)范太弱，焊條過細(xì)，運(yùn)條不當(dāng)?shù)葧?huì)導(dǎo)致未焊滿。
    未焊滿同樣削弱了焊縫，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，同時(shí)，由于規(guī)范太弱使冷卻速度增大，容易帶來氣孔、裂紋等。
    防止未焊滿的措施：加大焊接電流，加焊蓋面焊縫。
    E、燒穿
    燒穿是指焊接過程中，熔深超過工件厚度，熔化金屬自焊縫背面流出，形成穿孔性缺。
    焊接電流過大，速度太慢，電弧在焊縫處停留過久，都會(huì)產(chǎn)生燒穿缺陷。工件間隙太大，鈍邊太小也容易出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象。
    燒穿是鍋爐壓力容器產(chǎn)品上不允許存在的缺陷，它完全破壞了焊縫，使接頭喪失其聯(lián)接飛及承載能力。
    選用較小電流并配合合適的焊接速度，減小裝配間隙，在焊縫背面加設(shè)墊板或藥墊，使用脈沖焊，能有效地防止燒穿。
    F、其他表面缺陷：
(1)成形不良 
    指焊縫的外觀幾何尺寸不符合要求。有焊縫超高，表面不光滑，以及焊縫過寬，焊縫向母材過渡不圓滑等。
（2）錯(cuò)邊
    指兩個(gè)工件在厚度方向上錯(cuò)開一定位置，它既可視作焊縫表面缺陷，又可視作裝配成形缺陷。
(3)塌陷
    單面焊時(shí)由于輸入熱量過大，熔化金屬過多而使液態(tài)金屬向焊縫背面塌落， 成形后焊縫背面突起，正面下塌。
(4)表面氣孔及弧坑縮孔。
(5)各種焊接變形如角變形、扭曲、波浪變形等都屬于焊接缺陷O角變形也屬于裝配成形缺陷。
2、氣孔和夾渣
A、氣孔
    氣孔是指焊接時(shí)，熔池中的氣體未在金屬凝固前逸出，殘存于焊縫之中所形成的空穴。其氣體可能是熔池從外界吸收的，也可能是焊接冶金過程中反應(yīng)生成的。
    (1)氣孔的分類氣孔從其形狀上分，有球狀氣孔、條蟲狀氣孔；從數(shù)量上可分為單個(gè)氣孔和群狀氣孔。群狀氣孔又有均勻分布?xì)饪�，密集狀氣孔和鏈狀分布�(xì)饪字�分。按氣孔�?nèi)氣體成分分類，有氫氣孔、氮?dú)饪�、二氧化碳�(xì)饪�、一氧化碳�(xì)饪�、氧氣孔等。熔焊氣孔多為氫氣孔和一氧化碳�(xì)饪住?
    (2)氣孔的形成機(jī)理常溫固態(tài)金屬中氣體的溶解度只有高溫液態(tài)金屬中氣體溶解度的幾十分之一至幾百分之一，熔池金屬在凝固過程中，有大量的氣體要從金屬中逸出來。當(dāng)凝固速度大于氣體逸出速度時(shí)，就形成氣孔。
    (3)產(chǎn)生氣孔的主要原因母材或填充金屬表面有銹、油污等，焊條及焊劑未烘干會(huì)增加氣孔量，因?yàn)殇P、油污及焊條藥皮、焊劑中的水分在高溫下分解為氣體，增加了高溫金屬中氣體的含量。焊接線能量過小，熔池冷卻速度大，不利于氣體逸出。焊縫金屬脫氧不足也會(huì)增加氧氣孔。
    (4)氣孔的危害氣孔減少了焊縫的有效截面積，使焊縫疏松，從而降低了接頭的強(qiáng)度，降低塑性，還會(huì)引起泄漏。氣孔也是引起應(yīng)力集中的因素。氫氣孔還可能促成冷裂紋。
    (5)防止氣孔的措施
    a.清除焊絲，工作坡口及其附近表面的油污、鐵銹、水分和雜物。b.采用堿性焊條、焊劑，并徹底烘干。c.采用直流反接并用短電弧施焊。d.焊前預(yù)熱，減緩冷卻速度。e.用偏強(qiáng)的規(guī)范施焊。
    B、夾渣
    夾渣是指焊后溶渣殘存在焊縫中的現(xiàn)象。
（1）.夾渣的分類
    a.金屬夾渣：指鎢、銅等金屬顆粒殘留在焊縫之中，習(xí)慣上稱為夾鎢、夾銅。b.非金屬夾渣：指未熔的焊條藥皮或焊劑、硫化物、氧化物、氮化物殘留于焊縫之中。冶金反應(yīng)不完全，脫渣性不好。
(2)夾渣的分布與形狀有單個(gè)點(diǎn)狀?yuàn)A渣，條狀?yuàn)A渣，鏈狀?yuàn)A渣和密集夾渣
(3)夾渣產(chǎn)生的原因
    a.坡口尺寸不合理；b.坡口有污物；c.多層焊時(shí)，層間清渣不徹底；d.焊接線能量��；e.焊縫散熱太快，液態(tài)金屬凝固過快；f.焊條藥皮，焊劑化學(xué)成分不合理，熔點(diǎn)過高；g. 鎢極惰性氣體保護(hù)焊時(shí)，電源極性不當(dāng)，電、流密度大， 鎢極熔化脫落于熔池中。h.手工焊時(shí)，焊條擺動(dòng)不良，不利于熔渣上浮。可根據(jù)以上原因分別采取對(duì)應(yīng)措施以防止夾渣的產(chǎn)生。
(4)夾渣的危害點(diǎn)狀?yuàn)A渣的危害與氣孔相似，帶有尖角的夾渣會(huì)產(chǎn)生尖端應(yīng)力集中，尖端還會(huì)發(fā)展為裂紋源，危害較大。
3、裂紋
    焊縫中原子結(jié)合遭到破壞，形成新的界面而產(chǎn)生的縫隙稱為裂紋。
A、.裂紋的分類
    根據(jù)裂紋尺寸大小，分為三類：(1)宏觀裂紋：肉眼可見的裂紋。(2)微觀裂紋：在顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn)。(3)超顯微裂紋：在高倍數(shù)顯微鏡下才能發(fā)現(xiàn)，一般指晶間裂紋和晶內(nèi)裂紋。
從產(chǎn)生溫度上看，裂紋分為兩類：
(1)熱裂紋：產(chǎn)生于Ac3線附近的裂紋。一般是焊接完畢即出現(xiàn)，又稱結(jié)晶裂紋。這種二裂紋主要發(fā)生在晶界，裂紋面上有氧化色彩，失去金屬光澤。
(2)冷裂紋：指在焊畢冷至馬氏體轉(zhuǎn)變溫度M3點(diǎn)以下產(chǎn)生的裂紋，一般是在焊后一段時(shí)間(幾小時(shí)，幾天甚至更長(zhǎng))才出現(xiàn)，故又稱延遲裂紋。
按裂紋產(chǎn)生的原因分，又可把裂紋分為：
(1)再熱裂紋：接頭冷卻后再加熱至500~700℃時(shí)產(chǎn)生的裂紋。再熱裂紋產(chǎn)生于沉淀強(qiáng)化的材料(如含Cr、Mo、V、Ti、Nb的金屬)的焊接熱影響區(qū)內(nèi)的粗晶區(qū)，一般從熔合線向熱影響區(qū)的粗晶區(qū)發(fā)展，呈晶間開裂特征。
（2）層狀撕裂主要是由于鋼材在軋制過程中，將硫化物(MnS)、硅酸鹽類等雜質(zhì)夾在其中，形成各向異性。在焊接應(yīng)力或外拘束應(yīng)力的使用下，金屬沿軋制方向的雜物開裂。
(3)應(yīng)力腐蝕裂紋：在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下產(chǎn)生的裂紋。除殘余應(yīng)力或拘束應(yīng)力的因素外，應(yīng)力腐蝕裂紋主要與焊縫組織組成及形態(tài)有關(guān)。 B、.裂紋的危害裂紋，尤其是冷裂紋，帶來的危害是災(zāi)難性的。世界上的壓力容器事故除極少數(shù)是由于設(shè)計(jì)不合理，選材不當(dāng)?shù)脑�因引起的以外，絕大部分是由于裂紋引起的脆性破壞。
C、熱裂紋(結(jié)晶裂紋)
(1)結(jié)晶裂紋的形成機(jī)理熱裂紋發(fā)生于焊縫金屬凝固末期，敏感溫度區(qū)大致在固相線附近的高溫區(qū)，最常見的熱裂紋是結(jié)晶裂紋，其生成原因是在焊縫金屬凝固過程中，結(jié)晶偏析使雜質(zhì)生成的低熔點(diǎn)共晶物富集于晶界，形成所謂"液態(tài)薄膜"，在特定的敏感溫度區(qū)(又稱脆性溫度區(qū))間，其強(qiáng)度極小，由于焊縫凝固收縮而受到拉應(yīng)力，最終開裂形成裂紋。結(jié)晶裂紋最常見的情況是沿焊縫中心長(zhǎng)度方向開裂，為縱向裂紋，有時(shí)也發(fā)生在焊縫內(nèi)部?jī)蓚�(gè)柱狀晶之間，為橫向裂紋�；】恿鸭y是另一種形態(tài)的，常見的熱裂紋。
熱裂紋都是沿晶界開裂，通常發(fā)生在雜質(zhì)較多的碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼等材料氣焊縫中
(2)影響結(jié)晶裂紋的因素
a合金元素和雜質(zhì)的影響碳元素以及硫、磷等雜質(zhì)元素的增加，會(huì)擴(kuò)大敏感溫度區(qū)，使結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生機(jī)會(huì)增多。
b.冷卻速度的影響冷卻速度增大，一是使結(jié)晶偏析加重，二是使結(jié)晶溫度區(qū)間增大，兩者都會(huì)增加結(jié)晶裂紋的出現(xiàn)機(jī)會(huì)；
c.結(jié)晶應(yīng)力與拘束應(yīng)力的影響在脆性溫度區(qū)內(nèi)，金屬的強(qiáng)度極低，焊接應(yīng)力又使這飛部分金屬受拉，當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶裂紋。
(3)防止結(jié)晶裂紋的措施
a.減小硫、磷等有害元素的含量，用含碳量較低的材料焊接。b.加入一定的合金元素，減小柱狀晶和偏析。如鋁、銳、鐵、鏡等可以細(xì)化晶粒。，c.采用熔深較淺的焊縫，改善散熱條件使低熔點(diǎn)物質(zhì)上浮在焊縫表面而不存在于焊縫中。d.合理選用焊接規(guī)范，并采用預(yù)熱和后熱，減小冷卻速度。e.采用合理的裝配次序，減小焊接應(yīng)力。
D、再熱裂紋
(1)再熱裂紋的特征
a.再熱裂紋產(chǎn)生于焊接熱影響區(qū)的過熱粗晶區(qū)。產(chǎn)生于焊后熱處理等再次加熱的過程中。
b.再熱裂紋的產(chǎn)生溫度：碳鋼與合金鋼550~650℃奧氏體不銹鋼約300℃
c.再熱裂紋為晶界開裂(沿晶開裂)。
d.最易產(chǎn)生于沉淀強(qiáng)化的鋼種中。
e.與焊接殘余應(yīng)力有關(guān)。
(2)再熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)理
a.再熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)理有多種解釋，其中模形開裂理論的解釋如下：近縫區(qū)金屬在高溫?zé)嵫�環(huán)作用下，強(qiáng)化相碳化物(如碳化鐵、碳化饑、碳化鏡、碳化錯(cuò)等)沉積在晶內(nèi)的位錯(cuò)區(qū)上，使晶內(nèi)強(qiáng)化強(qiáng)度大大高于晶界強(qiáng)化，尤其是當(dāng)強(qiáng)化相彌散分布在晶粒內(nèi)時(shí)， 阻礙晶粒內(nèi)部的局部調(diào)整，又會(huì)阻礙晶粒的整體變形，這樣，由于應(yīng)力松弛而帶來的塑性變形就主要由晶界金屬來承擔(dān)，于是，晶界應(yīng)力集中，就會(huì)產(chǎn)生裂紋，即所謂的模形開裂。
(3)再熱裂紋的防止
a.注意冶金元素的強(qiáng)化作用及其對(duì)再熱裂紋的影響。b.合理預(yù)熱或采用后熱，控制冷卻速度。c.降低殘余應(yīng)力避免應(yīng)力集中。d.回火處理時(shí)盡量避開再熱裂紋的敏感溫度區(qū)或縮短在此溫度區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間。
E、冷裂紋
(1)冷裂紋的特征
a.產(chǎn)生于較低溫度，且產(chǎn)生于焊后一段時(shí)間以后，故又稱延遲裂紋。b.主要產(chǎn)生于熱影響區(qū)，也有發(fā)生在焊縫區(qū)的。c.冷裂紋可能是沿晶開裂，穿晶開裂或兩者混合出現(xiàn)。d.冷裂紋引起的構(gòu)件破壞是典型的脆斷。
(2)冷裂紋產(chǎn)生機(jī)理
a.瘁硬組織(馬氏體)減小了金屬的塑性儲(chǔ)備。b.接頭的殘余應(yīng)力使焊縫受拉。c.接頭內(nèi)有一定的含氫量。
    含氫量和拉應(yīng)力是冷裂紋(這里指氫致裂紋)產(chǎn)生的兩個(gè)重要因素。一般來說，金屬內(nèi)部原子的排列并非完全有序的，而是有許多微觀缺陷。在拉應(yīng)力的作用下，氫向高應(yīng)力區(qū)(缺陷部位)擴(kuò)散聚集。當(dāng)氫聚集到一定濃度時(shí)，就會(huì)破壞金屬中原子的結(jié)合鍵，金屬內(nèi)就出現(xiàn)一些微觀裂紋。應(yīng)力不斷作用，氫不斷地聚集，微觀裂紋不斷地?cái)U(kuò)展，直致發(fā)展為宏觀裂紋，最后斷裂。決定冷裂紋的產(chǎn)生與否，有一個(gè)臨界的含氫量和一個(gè)臨界的應(yīng)力值o當(dāng)接頭內(nèi)氫的濃度小于臨界含氫量，或所受應(yīng)力小于臨界應(yīng)力時(shí)，將不會(huì)產(chǎn)生冷裂紋(即延遲時(shí)間無限長(zhǎng))。在所有的裂紋中，冷裂紋的危害性最大。
(3)防止冷裂紋的措施
a.采用低氫型堿性焊條，嚴(yán)格烘干，在100~150℃下保存，隨取隨用。b.提高預(yù)熱溫度，采用后熱措施，并保證層間溫度不小于預(yù)熱溫度，選擇合理的焊接規(guī)范，避免焊縫中出現(xiàn)洋硬組織c.選用合理的焊接順序，減少焊接變形和焊接應(yīng)力d.焊后及時(shí)進(jìn)行消氫熱處理。
4、未焊透
    未焊透指母材金屬未熔化，焊縫金屬?zèng)]有進(jìn)人，接頭根部的現(xiàn)象。
A、產(chǎn)生未焊透的原因
(1)焊接電流小，熔深淺。(2)坡口和間隙尺寸不合理，鈍邊太大。(3)磁偏吹影響。(4)焊條偏芯度太大(5)層間及焊根清理不良。
B、未焊透的危害
    未焊透的危害之一是減少了焊縫的有效截面積，使接頭強(qiáng)度下降。其次，未焊透焊透引起的應(yīng)力集中所造成的危害，比強(qiáng)度下降的危害大得多。未焊透嚴(yán)重降低焊縫的疲勞強(qiáng)度。未焊透可能成為裂紋源，是造成焊縫破壞的重要原因。未焊透引起的應(yīng)力集中所造成的危害，比強(qiáng)度下降的危害大得多。未焊透嚴(yán)重降低焊縫的疲勞強(qiáng)度。未焊透可能成為裂紋源，是造成焊縫破壞的重要原因。
C、未焊透的防止
    使用較大電流來焊接是防止未焊透的基本方法。另外，焊角焊縫時(shí)，1用交流代替直流以防止磁偏吹，合理設(shè)計(jì)坡口并加強(qiáng)清理，用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的產(chǎn)生。
5、未熔合
    未熔合是指焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間未熔化結(jié)合在一起的缺陷。按其所在部位，未熔合可分為坡口未熔合，層間未熔合根部未熔合三種。
A、產(chǎn)生未熔合缺陷的原因
    (1)焊接電流過��；(2)焊接速度過快；(3)焊條角度不對(duì)；(4)產(chǎn)生了弧偏吹現(xiàn)象；旺，(5)焊接處于下坡焊位置，母材未熔化時(shí)已被鐵水復(fù)蓋；(6)母材表面有污物或氧化物影響熔敷金屬與母材間的熔化結(jié)合等。
B、未熔合的危害
    未熔合是一種面積型缺陷，坡口未熔合和根部未熔合對(duì)承載截面積的減小都非常明顯，應(yīng)力集中也比較嚴(yán)重，其危害性僅次于裂紋。
C、未熔合的防止
    采用較大的焊接電流，正確地進(jìn)行施焊操作，注意坡口部位的清潔
6、其他缺陷
    (1)焊縫化學(xué)成分或組織成分不符合要求： 焊材與母材匹配不當(dāng)，或焊接過程中元素?zé)龘p等原因，容易使焊縫金屬的化學(xué)成份發(fā)生變化，或造成焊縫組織不符合要求。這可能帶來焊縫的力學(xué)性能的下降，還會(huì)影響接頭的耐蝕性能。
    (2)過熱和過燒： 若焊接規(guī)范使用不當(dāng)，熱影響區(qū)長(zhǎng)時(shí)間在高溫下停留，會(huì)使晶粒變得粗大，即出現(xiàn)過熱組織。若溫度進(jìn)一步升高，停留時(shí)間加長(zhǎng)，可能使晶界發(fā)生氧化或局部熔化，出現(xiàn)過燒組織。過熱可通過熱處理來消除，而過燒是不可逆轉(zhuǎn)的缺陷。
    (3)白點(diǎn)：在焊縫金屬的拉斷面上出現(xiàn)的象魚目狀的白色斑，即為自點(diǎn)F白點(diǎn)是由于氫聚集而造成的，危害極大。