焊接缺陷產生原因及防治措施（典型焊接缺陷原因及防控措施）

2023-10-18 08:02:21 6

焊接結構在焊制過程中因焊接工藝與設備條件的偏差，殘餘應力狀態和冶金因素變化的影響以及結構材料與尺寸的差異等，往往會在焊縫中產生不同程度與數量的氣孔、未熔合、夾渣、未焊透和裂紋等缺陷。缺陷產生的機率與焊接的方法、熔池大小、工件形狀和施工場地等有關。

在制管焊接和現場施工焊接中，常見焊接缺陷有氣孔、夾渣、未熔合、裂紋和未焊透等，按其形狀不同可分為平面型缺陷和體積型缺陷，其中裂紋、未熔合和未焊透屬於平面型缺陷，對焊縫質量危害很大，氣孔和夾渣屬於體積型缺陷。

一、焊接裂紋

裂紋按其產生的溫度和時間的不同可分為冷裂紋、熱裂紋和再熱裂紋；按其產生的部位不同可分為縱裂紋、橫裂紋、焊根裂紋、弧坑裂紋、熔合線裂紋及熱影響區裂紋等。

裂紋是焊接結構中最危險的一種缺陷，不但會使產品報廢，甚至可能引起嚴重的事故。

1.熱裂紋

焊接過程中，焊縫和熱影響區金屬冷卻到固相線附近的高溫區間所產生的焊接裂紋稱為熱裂紋。它是一種不允許存在的危險焊接缺陷。根據熱裂紋產生的機理、溫度區間和形態，熱裂紋又可分成結晶裂紋、高溫裂紋和高溫低塑性裂紋。

產生的原因：主要是熔池金屬中的低熔點共晶物和雜質在結晶過程中，形成嚴重的晶內和晶間偏析，同時在焊接應力作用下，沿著晶界被拉開，形成熱裂紋。熱裂紋一般多發生在奧氏體不鏽鋼、鎳合金和鋁合金中。低碳鋼焊接時一般不易產生熱裂紋，但隨著鋼的含碳量增高，熱裂傾向也增大。

防止措施：嚴格地控制鋼材及焊接材料的硫、磷等有害雜質的含量，降低熱裂紋的敏感性；調節焊縫金屬的化學成分，改善焊縫組織，細化晶粒，提高塑性，減少或分散偏析程度；採用鹼性焊接材料，降低焊縫中雜質的含量，改善偏析程度；選擇合適的焊接工藝參數，適當地提高焊縫成型係數，採用多層多道排焊法；斷弧時採用與母材相同的引出板，或逐漸滅弧，並填滿弧坑，避免在弧坑處產生熱裂紋。

2.冷裂紋

焊接接頭冷卻到較低溫度下（對於鋼來說在Ms溫度以下）產生的裂紋稱為冷裂紋。冷裂紋可在焊後立即出現，也有可能經過一段時間（幾小時、幾天甚至更長時間）才出現，這種裂紋又稱延遲裂紋，它是冷裂紋中比較普遍的一種形態，具有更大的危險性。

產生原因：馬氏體轉變而形成的淬硬組織、拘束度大而形成的焊接殘餘應力和殘留在焊縫中的氫是產生冷裂紋的三大要素。

防止措施：選用低氫型焊接材料，使用前嚴格按照說明書的規定進行烘焙；焊前清除焊件上的油汙、水分，減少焊縫中氫的含量；選擇合理的焊接工藝參數和熱輸入，減少焊縫的淬硬傾向；焊後立即進行消氫處理，使氫從焊接接頭中逸出；對於淬硬傾向高的鋼材，焊前預熱、焊後及時進行熱處理，改善接頭的組織和性能；採用降低焊接應力的各種工藝措施。

3.再熱裂紋

焊後焊件在一定溫度範圍內再次加熱（消除應力熱處理或其他加熱過程）而產生的裂紋叫做再熱裂紋。

產生原因：再熱裂紋一般發生在含釩、鉻、鉬、硼等合金元素的低合金高強度鋼、珠光體耐熱鋼及不鏽鋼中，經受一次焊接熱循環後，再加熱到敏感區域（550～650℃）而產生的。裂紋大多起源於焊接熱影響區的粗晶區。再熱裂紋大多數產生於厚件和應力集中處，多層焊時有時也會產生再熱裂紋。

防止措施：在滿足設計要求的前提下，選擇低強度的焊接材料，應力在焊縫中鬆弛，避免熱影響區產生裂紋；儘量減少焊接殘餘應力和應力集中；控制焊接熱輸入，合理地選擇預熱和熱處理溫度，儘可能地避開敏感區。

二、未熔合

未熔合是由於電弧未能直接在母材上燃燒，焊絲熔化的鐵水只是堆積在上一層焊道或坡口表面上而形成的，是一種幾乎沒有厚度的面狀缺陷

其直接危害是減少截面，增大應力，對承受疲勞、經受衝擊、應力腐蝕或低溫下工作都非常不利。未熔合有多種形式，主要形式有層間未熔合和單側點狀未熔合，並出現在平、立焊位置，長度不一。未熔合和未焊透等缺陷的端部和缺口是應力集中的地方，在交變載荷作用下很可能生成裂紋。

產生的原因：主要是焊接速度快而焊接電流小，焊接熱輸入太低；焊條偏心，焊條與焊件夾角不當，電弧指向偏斜；坡口側壁有鏽垢及汙物，層間清渣不徹底等。

防止措施：正確地選擇焊接工藝參數，認真操作，加強層間清理，提高焊工操作技術水平等。

三、氣孔

焊接時，熔池中的氣體在凝固時未能逸出而殘留下來所形成的空穴稱為氣孔。

氣孔是一種常見的焊接缺陷，分為焊縫內部氣孔和外部氣孔。氣孔有圓形、橢圓形、蟲形、針狀形和密集形等多種。氣孔的存在不但會影響焊縫的緻密性，而且將減小焊縫的有效面積，降低焊縫的力學性能。

產生的原因：焊件表面和坡口處有油汙、鏽、水分等汙物存在；焊條電弧焊時焊條藥皮受潮，使用前沒有烘乾；電弧過長或偏吹，熔池保護效果不好，空氣侵入熔池；焊接電流過大，焊條發紅、藥皮提前脫落，失去保護作用；操作方法不當，如收弧動作太快，易產生縮孔，接頭引弧動作不正確，易產生密集氣孔等。

防止措施：焊前將坡口兩側20～30mm範圍內的油汙、鏽、水分清除乾淨；嚴格地按焊條說明書規定的溫度和時間烘焙；正確地選擇焊接工藝參數，正確操作；儘量採用短弧焊接，野外施工要有防風措施；不允許使用失效的焊條，如焊芯鏽蝕、藥皮開裂、剝落、偏心度過大等。

四、咬邊

咬邊屬焊縫成型缺陷之一，是由母材金屬損耗引起的、沿焊縫焊趾產生的溝槽或凹縫。

是電弧衝刷或熔化了近縫區母材金屬後，又未能填充的結果。咬邊嚴重影響焊接接頭質量及外觀成型，使得該焊縫處的截面減小，容易形成尖角，造成應力集中，從而形成應力腐蝕裂紋和應力集中裂紋。因此，對咬邊有嚴格的限制。

產生原因：主要是電流過大、電弧過長、焊條角度不正確、運條方法不當等。

防止措施：焊條電弧焊焊接時要選擇合適的焊接電流和焊接速度，電弧不能拉得太長，焊條角度要適當，運條方法要正確。

五、未焊透

未焊透是指焊接時接頭根部未完全焊透的現象（圖3-6）。可能產生在單面或雙面焊的根部、坡口表面、多層焊焊道之間或重新引弧處。它相當於一條裂紋，當構件受到外力作用時能擴展成更大的裂紋，使構件破壞。

產生的原因：焊接電流小、焊接速度大、坡口角度和間隙過小、操作不當，鈍邊過大，裝備不良，焊接工藝參數選用不當，焊接接頭表面有油汙、漆、鐵鏽等。

預防措施：正確選用和加工坡口尺寸，合理裝配，保證間隙，選擇合適的焊接電流和焊接速度，提高焊工的操作技術水平等。

六、焊縫尺寸不符合要求

焊縫尺寸不符合要求主要指焊縫餘高及餘高差、焊縫寬度及寬度差、錯邊量、焊後變形量等不符合標準規定的尺寸，焊縫高低不平，寬窄不齊，變形較大等。焊縫寬度不一致，除了造成焊縫成型不美觀外，還影響焊縫與母材的結合強度；焊縫餘高過大，造成應力集中，而焊縫低於母材，則得不到足夠的接頭強度；錯邊和變形過大，則會使傳力扭曲及產生應力集中，造成強度下降。

產生的原因：坡口角度不當或鈍邊及裝配間隙不均勻；焊接工藝參數選擇不合理；焊工的操作技能水平較低等。

防止措施：選擇適當的坡口間隙，選擇合適的焊接電流和焊接速度，提高焊工的操作技術水平等。

六、焊縫尺寸不符合要求

產生的原因：坡口角度不當或鈍邊及裝配間隙不均勻；焊接工藝參數選擇不合理；焊工的操作技能水平較低等。

防止措施：選擇適當的坡口角度和裝配間隙；提高裝配質量；選擇合適的焊接工藝參數；提高焊工的操作技術水平等。

七、弧坑未填滿

焊縫收尾處產生的下陷部分叫做弧坑未填滿也叫凹坑（圖3-7）。弧坑不僅使該處焊縫的強度嚴重削弱，而且由於雜質的集中，會產生弧坑裂紋。弧坑未填滿產生的原因有熄弧停留時間過短，薄板焊接時電流過大。

圖3-7 凹坑

防治措施：焊條電弧焊收弧時，焊條應在熔池處稍作停留或環形運條，待熔池金屬填滿後再引向一側熄弧；鎢極氬弧焊時，要有足夠的停留時間，填滿焊縫後衰減熄弧。

八、夾渣

夾渣是殘留在焊縫中的熔渣（圖3-8）。夾渣可分為點狀夾渣和條狀夾渣兩種。夾渣削弱了焊縫的有效斷面，從而降低了焊縫的力學性能。夾渣還會引起應力集中，容易使焊接結構在承載時遭受破壞。造成夾渣產生的原因很多，主要有焊件表面焊接前清理不良（如油、鏽等）、焊層間清理不徹底（如殘留熔渣）、焊接電流太小或熔化金屬凝固太快及焊速太快使熔渣沒有充足的時間上浮、操作不當、焊條藥皮受潮及焊接材料選擇不合適等。

圖3-8 夾渣

防止措施：選擇脫渣性能好的焊條；認真地清楚層間熔渣；合理地選擇焊接工藝參數；調整焊條角度和運條方法。

九、噘嘴

在螺旋埋弧焊管的生產過程中，鋼帶經過成型器兩個邊咬合後，成型縫往往表現為一邊（遞送邊）或兩邊向外翹起，這種現象稱其為「噘嘴」。成型縫「噘嘴」導致焊縫向外鼓出及焊縫周圍一定範圍內的母材向管體內凹陷，影響了鋼管的圓度。「噘嘴」主要對鋼管的外觀質量會造成以下影響：（1）造成鋼管圓度局部超差；（2）外焊縫高度超差；（3）內焊縫修磨困難，容易傷及母材；（4）平頭鈍邊局部不合；（5）內焊道焊趾過渡差，影響鋼管防腐質量；（6）影響現場施工對接。

十、錯邊

錯邊，也叫搭焊，指的是管坯兩邊緣在焊接時錯位（圖3-9）。錯邊的主要危害是使鋼管的有效壁厚減小。另外，錯邊也會影響鋼管超聲波和X光檢驗。在鋼管的使用過程中，錯邊還會成為鋼管化學腐蝕的起點部位。