金属焊接工艺缺陷

　　焊接缺欠是指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，简称缺欠。焊接缺欠的存在将影响焊接接头的质量，而焊接接头的质量又直接影响着焊接结构(件）的安全使用。焊接缺欠和焊接缺陷的区别是：存在焊接缺欠时，虽然焊接接头的质量和性能下降，但只要不超过规定限值，不影响设备的运行，就是允许的，不致对焊接结构的运行产生危害；焊接缺陷是焊接过程中或焊后，在接头中产生的不符合标准要求的缺欠，或者说焊接缺陷超出了焊接缺欠的规定限值，是不允许的。存在焊接缺陷的产品应被判废或进行返修，因为焊接缺陷的存在将直接影响焊接结构件的安全使用。

　　之所以要对焊接缺陷进行分析，一方面是为了找出缺陷产生的原因，进而在材料、工艺、结构、设备等方面采取有效措施，以防止缺陷产生；另一方面是为了在焊接结构（件）的制造或使用过程中，能够正确地选择焊接检测的技术手段，及时发现缺陷，从而定性或定量地评价焊接结构（件）的质量，使焊接检测达到预期的目的。

　　根据GB/T6417.1-2005(《金属熔化焊接头缺欠分类及说明》）,金属熔化焊接头焊接缺欠可根据其性质、特征分为以下6个种类（大类）:裂纹、孔穴、固体夹杂、未熔合及未焊透、形状和尺寸不良及其他缺欠。每种缺欠又可根据位置和状态进行分类。

　　根据GB/T6417.2-2005(《金属压力焊接头缺欠分类及说明》）,金属压力焊接头焊接缺欠可根据其性质、特征分为以下6个种类（大类）:裂纹、孔穴、固体夹杂、未熔合、形状和尺寸不良及其他缺欠。每种缺欠又可根据位置和状态进行分类。

　　1.裂纹

　　裂纹就是在应力作用下，接头中局部区域的金属原子结合力遭到破坏所产生的缝隙。裂纹不仅会给生产带来许多困难，而且可能带来灾难性的事故。据统计，在世界上焊接结构所出现的各种事故中，除少数是由于设计不当、选材不合理和运行操作上有问题外，绝大多数是由裂纹引起的脆性破坏。因此，裂纹是导致焊接结构发生破坏的主要原因。

　　在焊接生产中，由于钢种和结构类型的不同，可能出现各种裂纹，裂纹按其产生的本质不同，大体上可以分为以下五大类；热裂纹、再热裂纹、冷裂纹、层状撕裂和应力腐蚀开裂裂纹。

　　(1)热裂纹 热裂纹是焊接生产中比较常见的一种缺陷，从常用的低碳钢、低合金钢到奥氏体不锈钢、铝合金和镍基合金等都有产生热裂纹的可能。

　　1)结品裂纹。结品裂纹是指在焊缝金属凝固后期，低熔点共晶（如碳钢和低合金高强度结构钢中的磷、硅、镍，不锈钢、耐热钢中的硫、磷、硼、结等）被排挤在与柱状品交遇的中心部位，形成液态薄膜，此时在由收缩产生的拉伸应力的作用下，这个液态薄膜的薄弱地带将开裂而形成结品裂纹，也称为凝固裂纹。

　　结晶裂纹的特征是沿奥氏体品界开裂，其敏感的温度区间是固相线温度以上稍高的温度(固液状态）。结晶裂纹易产生在含硫、磷杂质较多的碳钢、单相奥氏体钢、镍基合金和某些铝合金的焊缝中。

　　2)液化裂纹。在焊接热循环峰值温度的作用下，由于近建区或多层焊层间部位的被焊金属含有较多的低熔点共晶而被重新熔化，在拉伸应力的作用下沿奥氏体品界发生开裂的裂纹称为液化裂纹。

　　液化裂纹主要发生在含有铬、镍的高强度、钢、奥氏体钢，以及某些镍基合金的近缝区或多层焊的层间部位。当母材和焊丝中的硫、磷、碳、硅含量偏高时，液化裂纹的倾向将显著提高。

　　3)多边化裂纹。多边化裂纹多数产生于焊缝中，它是在形成多边化（已经凝固的品粒中，在一定的温度和应力下形成二次边界）的过程中，由于焊接材料在高温下的塑性很低而造成的，故又称高温低塑性裂纹。多边化裂纹多发生在纯金属或单相奥氏体合金的焊缝中和热影响区处或多层焊的前层焊缝中，其发生部位比液化裂纹距熔合线更远一点。

　　（2）再热裂纹 采用含有某些沉淀强化合金元素钢材的厚板焊接结构，在进行消除应力热处理或在一定温度下工作的过程中，在焊接热影响区粗品部位产生的裂纹称为再热裂纹。由于这种裂纹是在再次加热过程中产生的，故称为再热裂纹，又称为消除应力处理裂纹，简称SR裂纹。

　　两级级级多发生在低合金商强度结构的a无体时热谢、美氏体不销制和某些保基合全我边界扩展，且多半发生在咬边等应力集中处，可能或沿始合线的纵向裂纹，也可形成租品区中垂直于熔合线的同状裂纹，其断口呈被氧化的颜色热裂纹和再热裂纹的预防措施简述如下：

　　1)治金方面，得接低碳例，低合金钢时。有害元素S.P.C不仅能形成低婚共品，还能促进偏析，从面增大结品裂纹的敏感性，为了消除它们的有害作用，应尽量限制母材和焊接材料中S.P.C的含量；同时，可在焊接材料中加入适量的Mn、五、乙等合金元素，以克服S.P的不良作用，提高焊缝抗热裂纹的能力。

　　重要的焊接结构应采用碱性焊条或焊剂。另外，通过改善焊键凝固结品形态和细化品粒，也可以提高抗裂性，广泛采用的办法是向焊建中加入细化品粒元素，如Mo,V,五N.Z、AI、稀土等，对于不锈钢，希望得到铁素体相低于5%的双相组织焊缝2)工艺方面。主要是指在焊接参数、预热、材质、接头设计和焊接顺序等方面预防每接热裂纹。

　　① 焊接参数。提高焊缝成形系数可以提高焊缝的抗裂性能，而为了控制成形系数，必质合理调整焊接参数，平焊时，焊缝成形系数随焊接电流的增大而减小，随焊接电压的增大面增大；焊接速度提高时，不仅得缝成形系数会减小，而且由于熔池形状改变，焊缝的柱状品将呈直线状，从熔池边绿垂直地向焊健中心生长，最后在焊缝中心线上形成明显的偏析层，从面增大了产生结品裂纹的倾向。

　　②预热，一般冷却速度加快，焊缝金属的应变速率也随之增大，容易产生热裂纹。为此，应采取缓冷措施，预热对于降低热裂纹倾向比较有效，因为预热能减慢冷却速度；但预热温度过高将提高焊接热输入，从面促使品粒长大，增加偏析倾向，使防裂效果不明显，甚至适得其反

　　③材质，采用碱性焊条和焊则，其培渣具有较强的脱硫能力，因此具有较高的抗热裂能力。

　　4 楼头设计和焊接顺序。焊接接头的形式不同，将影响接头的受力状态、结晶条件和热量分布等，因而热裂纹的倾向也不同。表面堆焊和熔深较浅的对接焊缝的抗裂性较好；烟保较大的对接焊缝和角焊缝的抗裂性能较差，因为这些焊缝的收缩应力方向基本垂直于杂质聚集的结晶面，故其产生热裂纹的倾向较大。

　　为了减小结晶过程中的收缩应力，在接头设计和焊接顺序安排方面应尽量降低接头的刚度和沟束度，例如：在设计上减小焊接结构的板厚，合理布置焊键；在施工上合理安排焊件的装配顺序和每条焊缝的先后顺序，避免在焊缝处于刚性拘束状态下进行焊接，设法让每条焊缝有较大的自由度。对于厚板得接结构，常采用多层包，其数线向比单层焊有所缓和，但应注意控到各层的培深，在得接接头处避免应力架中（如错边、咬肉、未焊透等）,也是降低裂纹倾向的有教方法。

　　(3)冷裂纹冷裂皮是得接过程中最为普遍的一种裂纹，它是焊后冷却至较低温度时产生的，对于低合金高强度结构，冷装纹大约出现在钢的马氏体转变温度M,附近，是由构成应力、序级组织和扩放的作用产生的，冷裂纹主要发生在低、中合全训和中、高碳钢的解接热影响区，个别情况下，如得接超高强度钢或某些体合金时，冷裂纹也出现在焊缝金属上。

　　1)并大裂纹（津硬窗化裂纹）,一些溶硬倾向很大的时种，其得接时即使没有氢的诱发、仅在应力的作用下也能导放开裂，焊接含碳量较高的Ni-CrMo钢，马氏体不锈钢，工其例及异种训等时，都有可能出现这种裂纹。降大裂纹完全是由于冷却时发生马氏体相变面施化造成的，即后常立即出现，在热影响区和保缝上都可能发生。

　　2) 氧致裂纹，氧致裂纹是具有延迟特征，即焊后经过数小时，数目甚至更长时间才出现的冷裂纹，因此也称为延迟裂纹，氢致裂纹拨分布情况可分为焊卧裂纹，得道下裂纹和得根裂纹，如图1.5所示，普通低合金钢的氢致裂纹在焊后24h内产生（一般情况下，焊盐裂发生在焊后数分钟内，焊道下裂纹发生在焊后数小时）,高合全钢则在焊后10天内产生。氢政裂纹产生时，有时可察觉到断裂的响声却让裂纹起源于得缝与母材交又处有明显应力集中的部位，一般由焊肚表面开始向母材深处热影响区送伸，可能沿粗品区扩展，也可能向委直于构束方向的细品区或母材扩展，裂纹的取向经常与焊建纵向平行。另外，对于焊接结构中X形坡口的对接接头及K形坡口的T形接头，在咬边或其他形状缺陷的影响下，易产生焊险焊接接头区的冷型放分布形态裂纹。一般情况下，焊道下裂纹的取向与熔合线平行，经常发生在萍硬倾向大的材料中，位于粗品内，当钢中沿轧材方向有较多和较长的MnS系夹杂物时，焊道下裂纹也可按沿轧制方向分布的硫化物呈阶梯状扩展。焊根裂纹起源于焊缝根部最大应力处，随后在拘束应力的作用下向焊缝内或热影响区扩展，裂纹出现的部位取决于焊缝金属及强度、伸长率和根部形状3)低型性貌化裂线，某些塑性较低的材料冷却至低温时，由于收缩面引起的应变超过了材料本身所具有的细性储备或材质变胞而产生的裂纹，称为低型性胞化裂纹，例如，补焊传铁、堆焊硬质合金和焊接高路合金时，就容易出现这类裂纹，低塑性魔化裂纹通常是在焊后立即产生，无延迟现象。