常见的焊接缺陷(1)
常见的焊接缺陷
（1）未焊透：母体金属接头处中间（X坡口）或根部（V、U坡口）的钝边未完全熔合在一起而留下的局部未熔合。未焊透降低了焊接接头的机械强度，在未焊透的缺口和端部会形成应力集中点，在焊接件承受载荷时容易导致开裂。
（2）未熔合：固体金属与填充金属之间（焊道与母材之间），或者填充金属之间（多道焊时的焊道之间或焊层之间）局部未完全熔化结合，或者在点焊（电阻焊）时母材与母材之间未完全熔合在一起，有时也常伴有夹渣存在。
（3）气孔：在熔化焊接过程中，焊缝金属内的气体
或外界侵入的气体在熔池金属冷却凝固前未来得及逸出而残留在焊缝金属内部或表面形成的空穴或孔隙，视其形态可分为单个气孔、链状气孔、密集气孔（包括蜂窝状气孔）等，特别是在电弧焊中，由于冶金过程进行时间很短，熔池金属很快凝固，冶金过程中产生的气体、液态金属吸收的气体，或者焊条的焊剂受潮而在高温下分解产生气体，甚至是焊接环境中的湿度太大也会在高温下分解出气体等等，这些气体来不及析出时就会形成气孔缺陷。尽管气孔较之其它的缺陷其应力集中趋势没有那么大，但是它破坏了焊缝金属的致密性，减少了焊缝金属的有效截面积，从而导致焊缝的强度降低。
某钢板对接焊缝X射线照相底片
V型坡口，手工电弧焊，未焊透
某钢板对接焊缝X射线照相底片
V型坡口，手工电弧焊，密集气孔
（4）夹渣与夹杂物：熔化焊接时的冶金反应产物，例如非金属杂质（氧化物、硫化物等）以及熔渣，由于焊接时未能逸出，或者多道焊接时清渣不干净，以至残留在焊缝金属内，称为夹渣或夹杂物。视其形态可分为点状和条状，其外形通常是不规则的，其位置可能在焊缝与母材交界处，也可能存在于焊缝内。另外，在采用钨极氩弧焊打底+手工电弧焊或者钨极氩弧焊时，钨极崩落的碎屑留在焊缝内则成为高密度夹杂物（俗称夹钨）。
W18Cr4V（高速工具钢）-45钢棒
对接电阻焊缝中的夹渣断口照片
钢板对接焊缝X射线照相底片
V型坡口，手工电弧焊，局部夹渣
钢板对接焊缝X射线照相底片
V型坡口，手工电弧焊，两侧线状夹渣
钢板对接焊缝X射线照相底片
V型坡口，钨极氩弧焊打底+手工电弧焊，夹钨
（5）裂纹：焊缝裂纹是焊接过程中或焊接完成后在焊接区域中出现的金属局部破裂的表现。
焊缝金属从熔化状态到冷却凝固的过程经过热膨胀与冷收缩变化，有较大的冷收缩应力存在，而且显微组织也有从高温到低温的相变过程而产生组织应力，更加上母材非焊接部位处于冷固态状况，与焊接部位存在很大的温差，从而产生热应力等等，这些应力的共同作用一旦超过了材料的屈服极限，材料将发生塑性变形，超过材料的强度极限则导致开裂。裂纹的存在大大降低了焊接接头的强度，并且焊缝裂纹的尖端也成为承载后的应力集中点，成为结构断裂的起源。
裂纹可能发生在焊缝金属内部或外部，或者在焊缝附近的母材热影响区内，或者位于母材与焊缝交界处等等。根据焊接裂纹产生的时间和温度的不同，可以把裂纹分为以下几类：
a.热裂纹（又称结晶裂纹）：产生于焊缝形成后的冷却结晶过程中，主要发生在晶界上，金相学中称为沿晶裂纹，其位置多在焊缝金属的中心和电弧焊的起弧与熄弧的弧坑处，呈纵向或横向辐射状，严重时能贯穿到表面和热影响区。热裂纹的成因与焊接时产生的偏析、冷热不均以及焊条（填充金属）或母材中的硫含量过高有关。
b.冷裂纹：焊接完成后冷却到低温或室温时出现的裂纹，或者焊接完成后经过一段时间才出现的裂纹（这种冷裂纹称为延迟裂纹，特别是诸如14MnMoVg、18MnMoNbg、14MnMoNbB等合金钢种容易产生此类延迟裂纹，也称之为延迟裂纹敏感性钢）。冷裂纹多出现在焊道与母材熔合线附近的热影响区中，其取向多与熔合线平行，但也
有与焊道轴线呈纵向或横向的冷裂纹。冷裂纹多为穿晶裂纹（裂纹穿过晶界进入晶粒），其成因与焊道热影响区的低塑性组织承受不了冷却时体积变化及组织转变产生的应力而开裂，或者焊缝中的氢原子相互结合形成分子状态进入金属的细微孔隙中时将造成很大的压应力连同焊接应力的共同作用导致开裂（称为氢脆裂纹），以及焊条（填充金属）或母材中的磷含量过高等因素有关。
c.再热裂纹：焊接完成后，如果在一定温度范围内对焊件再次加热（例如为消除焊接应力而采取的热处理或者其他加热过程，以及返修补焊等）时有可能产生的裂纹，多发生在焊结过热区，属于沿晶裂纹，其成因与显微组织变化产生的应变有关。
对接焊缝上的纵向表面裂纹与外咬边的荧光磁粉检测显示照片（照片来源：日本EISHIN KAGAKU CO.,LTD）
合金钢板对接焊缝X射线照相底片
V型坡口，气体保护焊-钨极氩弧焊，横裂纹
厚度14mm低合金钢板对接焊缝X射线照相底片，X型坡口，自动焊，纵向裂缝（照片来源：《焊缝射线照相典型缺陷图谱》崔秀一张泽丰李伟编著）
（6）偏析：在焊接时因金属熔化区域小、冷却快，容易造成焊缝金属化学成分分布不均匀，从而形成偏析缺陷，多为条状或线状并沿焊缝轴向分布。
（7）咬边与烧穿：这类缺陷属于焊缝的外部缺陷。当母体金属熔化过度时造成的穿透（穿孔）即为烧穿。在母体与焊缝熔合线附近因为熔化过强也会造成熔敷金属与母体金属的过渡区形成凹陷，即是咬边。
根据咬边处于焊缝的上下面，可分为外咬边（在坡口开口大的一面）和内咬边（在
坡口底部一面）。咬边也可以说是沿焊缝边缘低于母材表面的凹槽状缺陷。
其他的焊缝外部缺陷还有：
焊瘤：焊缝根部的局部突出，这是焊接时因液态金属下坠形成的金属瘤。焊瘤下常会有未焊透缺陷存在，这是必须注意的。
内凹或下陷：焊缝根部向上收缩低于母材下表面时称为内凹，焊缝盖面低于母材上表面时称为下陷。
溢流：焊缝的金属熔池过大，或者熔池位置不正确，使得熔化的金属外溢，外溢的金属又与母材熔合。
弧坑：电弧焊时在焊缝的末端（熄弧处）或焊条接续处（起弧处）低于焊道基体表面的凹坑，在这种凹坑中很容易产生气孔和微裂纹。
焊偏：在焊缝横截面上显示为焊道偏斜或扭曲。
加强高（也称为焊冠、盖面）过高：焊道盖面层高出母材表面很多，一般焊接工艺对于加强高的高度是有规定的，高出规定值后，加强高与母材的结合转角很容易成为应力集中处，对结构承载不利。
以上的外部缺陷多容易使焊件承载后产生应力集中点，或者减小了焊缝的有效截面积而使得焊缝强度降低，因此在焊接工艺上一般都有明确的规定，并且常常采用目视检查即可发现这些外部缺陷。
焊接缺陷与检验
（一）焊接缺陷
在焊接生产过程中，由于设计、工艺、操作中的各种因素的影响，往往会产生各种焊接缺陷。焊接缺陷不仅会影响焊缝的美观，还有可能减小焊缝的有效承载面积，造成应力集中引起断裂，直接影响焊接结构使用的可靠性。表3-6列出了常见的焊接缺陷及其产生的原因。
表3-6 常见焊接缺陷
焊接缺陷及其危害
一般常见的焊接缺陷可分为四类：
（1）焊缝尺寸不符合要求：如焊缝超高、超宽、过窄、高低差过大、焊缝过渡到母材不圆滑等。
（2）焊接表面缺陷：如咬边、焊瘤、内凹、满溢、未焊透、表面气孔、表面裂纹等。
（3）焊缝内部缺陷：如气孔、夹渣、裂纹、未熔合、夹钨、双面焊的未焊透等。
（4）焊接接头性能不符合要求：因过热、过烧等原因导致焊接接头的机械性能、抗腐蚀性能降低等。
焊接缺陷对焊接构件的危害，主要有以下几方面：
（1）引起应力集中。焊接接头中应力的分布是十分复杂的。凡是结构截面有突然变化的部位，应力的分布就特别不均匀，在某些点的应力值可能比平均应力值大许多倍，这种现象称为应力集中。造成应力集中的原因很多，而焊缝中存在工艺缺陷是其中一个很重要的因素。焊缝内存在的裂纹、未焊透及其他带尖缺口的缺陷，使焊缝截面不连续，产生突变部位，在外力作用下将产生很大的应力集中。当应力超过缺陷前端部位金属材料的断裂强度时，材料就会开裂破坏。
（2）缩短使用寿命。对于承受低周疲劳载荷的构件，如果焊缝中的缺陷尺寸超过一定界限，循环一定周次后，缺陷会不断扩展，长大，直至引起构件发生断裂。
（3）造成脆裂，危及安全。脆性断裂是一种低应力断裂，是结构件在没有塑性变形情况下，产生的快速突发性断裂，其危害性很大。焊接质量对产品的脆断有很大的影响。
焊接时常发生的缺陷及防止方法
一、气孔
焊缝金属产生的气孔可分为：内部气孔，表面气孔，接头气孔。
1．内部气孔：有两种形状。一种是球状气孔多半是产生在焊缝的中部。产生的原因：（1）焊接电流过大；
（2）电弧过长；
（3）运棒速度太快；
（4）熔接部位不洁净；
（5）焊条受潮等。
上述造成气孔原因如进行适当调整和注意焊接工艺及操作方法，就可以得到解决。
2．面气孔：产生表面气孔的原因和解决方法：
（1）母材含C、S、Si量高容易出现气孔。其解决办法或是更换母材，或是采用低氢渣系的焊条。
（2）焊接部位不洁净也容易产生气孔。因此焊接部位要求在焊接前清除油污，铁锈等脏物。使用低氢焊条焊接时要求更为严格。
（3）焊接电流过大。使焊条后半部药皮变红，也容易产生气孔。因此要求采取适宜的焊接规范。焊接电流最大限度以焊条尾部不红为宜。
（4）低氢焊条容易吸潮，因此在使用前均需在350℃的温度下烘烤1小时左右。否则也容易出现气孔。3．波接头气孔：使用低氢焊条往往容易在焊缝接头处出现表面和内部气孔，其解决办法：焊波接头时，应在焊缝的前进方向距弧坑9～10mm处开始引弧，电弧燃烧后，先作反向运棒返向弧坑位置，作充分熔化再前进，或是在焊缝处引弧就可以避免这种类型的气孔产生。
二、裂缝
1．刚性裂缝：往往在焊接当中发现焊缝通身的纵裂缝，主要是在焊接时产生的应力造成的。在下列情况下焊接应力很大：
（1）被焊结构刚性大；
（2）焊接电流大，焊接速度快；
（3）焊缝金属的冷却速度太快。
因而在上述的情况下很容易产生纵向的长裂缝。解决办法：采用合理的焊接次序或者在可能的情况下工件预热，减低结构的刚性。特厚板和刚性很大的结构应采用低氢焊条使用合适的电流和焊速。
2．硫元素造成的裂缝：被焊母材的碳和硫高或偏析大时容易产生裂缝。解决办法：将焊件预热，或用低氢焊条。
3．隙裂缝：毛隙裂缝是在焊敷金属内部发生，不发展到外部的毛状微细裂缝。考虑是焊敷金属受急速冷却而脆化，局部发生应力及氢气的影响。对此的防止方法是：使其焊件的冷却速度缓慢些，可能的条件下焊件进行预热，或者使用低氢焊条可得到满意的解决。
三、电弧产生偏吹
使用低氢焊条在直流电焊机上焊接时往往发生偏吹现象。可以用下面方法解决。
1．线放在电弧偏吹的方向。
2．线分成两个以上。
3．电弧偏吹的方向进行焊接。
4．取短弧操作。
焊接缺陷与焊接质量检验
一、焊接缺陷
（一）焊接变形
工件焊后一般都会产生变形，如果变形量超过允许值，就会影响使用。焊接变形的几个例子如图2-19所示。产生的主要原因是焊件不均匀地局部加热和冷却。因为焊接时，焊件仅在局部区域被加热到高温，离焊缝愈近，温度愈高，膨胀也愈大。但是，加热区域的金属因受到周围温度较低的金属阻止，却不能自由膨胀；而冷却时又由于周围金属的牵制不能自由地收缩。结果这部分加热的金属存在拉应力，而其它部分的金属则存在与之平衡的压应力。当这些应力超过金属的屈服极限时，将产生焊接变形；当超过金属的强度极限时，则会出现裂缝。
（二）焊缝的外部缺陷
1.焊缝增强过高如图2-20所示,当焊接坡口的角度开得太小或焊接电流过小时，均会出现这种现象。焊件焊缝的危险平面已从M-M平面过渡到熔合区的N-N 平面，由于应力集中易发生破坏，因此，为提高压力容器的疲劳寿命，要求将焊缝的增强高铲平。
2.焊缝过凹如图2-21所示，因焊缝工作截面的减小而使接头处的强度降低。
3.焊缝咬边在工件上沿焊缝边缘所形成的凹陷叫咬边，如图2-22所示。它不仅减少了接头工作截面，而且在咬边处造成严重的应力集中。
4.焊瘤熔化金属流到溶池边缘未溶化的工件上，堆积形成焊瘤，它与工件没有熔合，见图2-23。焊瘤对静载强度无影响，但会引起应力集中，使动载强度降低。
5.烧穿如图2-24所示。烧穿是指部分熔化金属从焊缝反面漏出，甚至烧穿成洞，它使接头强度下降。
以上五种缺陷存在于焊缝的外表，肉眼就能发现，并可及时补焊。如果操作熟练，一般是可以避免的。
（三）焊缝的内部缺陷
1.未焊透未焊透是指工件与焊缝金属或焊缝层间局部未熔合的一种缺陷。未焊透减弱了焊缝工作截面，造成严重的应力集中，大大降低接头强度，它往往成为焊缝开裂的根源。
2.夹渣焊缝中夹有非金属熔渣，即称夹渣。夹渣减少了焊缝工作截面，造成应力集中，会降低焊缝强度和冲击韧性。
3.气孔焊缝金属在高温时，吸收了过多的气体（如H2）或由于溶池内部冶金反应产生的气体（如CO），在溶池冷却凝固时来不及排出，而在焊缝内部或表面形成孔穴，即为气孔。气孔的存在减少了焊缝有效工作截面，降低接头的机械强度。若有穿透性或连续性气孔存在，会严重影响焊件的密封性。
4.裂纹焊接过程中或焊接以后，在焊接接头区域内所出现的金属局部破裂叫裂
纹。裂纹可能产生在焊缝上，也可能产生在焊缝两侧的热影响区。有时产生在金属表面，有时产生在金属内部。通常按照裂纹产生的机理不同，可分为热裂纹和冷裂纹两类。
（1）热裂纹热裂纹是在焊缝金属中由液态到固态的结晶过程中产生的，大多产生在焊缝金属中。其产生原因主要是焊缝中存在低熔点物质（如FeS，熔点1193℃），它削弱了晶粒间的联系，当受到较大的焊接应力作用时，就容易在晶粒之间引起破裂。焊件及焊条内含S、Cu等杂质多时，就容易产生热裂纹。
热裂纹有沿晶界分布的特征。当裂纹贯穿表面与外界相通时，则具有明显的氢化倾向。
（2）冷裂纹冷裂纹是在焊后冷却过程中产生的，大多产生在基体金属或基体金属与焊缝交界的熔合线上。其产生的主要原因是由于热影响区或焊缝内形成了淬火组织，在高应力作用下，引起晶粒内部的破裂，焊接含碳量较高或合金元素较多的易淬火钢材时，最易产生冷裂纹。焊缝中熔入过多的氢，也会引起冷裂纹。
裂纹是最危险的一种缺陷，它除了减少承载截面之外，还会产生严重的应力集中，在使用中裂纹会逐渐扩大，最后可能导致构件的破坏。所以焊接结构中一般不允许存在这种缺陷，一经发现须铲去重焊。
二、焊接的检验
对焊接接头进行必要的检验是保证焊接质量的重要措施。因此，工件焊完后应根据产品技术要求对焊缝进行相应的检验，凡不符合技术要求所允许的缺陷，需及时进行返修。焊接质量的检验包括外观检查、无损探伤和机械性能试验三个方面。这三者是互相补充的，而以无损探伤为主。
（一）外观检查
外观检查一般以肉眼观察为主，有时用5－20倍的放大镜进行观察。通过外观检查，可发现焊缝表面缺陷，如咬边、焊瘤、表面裂纹、气孔、夹渣及焊穿等。焊缝的外形尺寸还可采用焊口检测器或样板进行测量。
（二）无损探伤
隐藏在焊缝内部的夹渣、气孔、裂纹等缺陷的检验。目前使用最普遍的是采用X射线检验，还有超声波探伤和磁力探伤。
X射线检验是利用X射线对焊缝照相,根据底片影像来判断内部有无缺陷、缺陷多少和类型。再根据产品技术要求评定焊缝是否合格。
超声波探伤的基本原理如图2-25所示。
超声波束由探头发出，传到金属中，当超声波束传到金属与空气界面时，它就折射而通过焊缝。如果焊缝中有缺陷，超声波束就反射到探头而被接受，这时荧光屏上就出现了反射波。根据这些反射波与正常波比较、鉴别，就可以确定缺陷的大小及位置。超声波探伤比X光照相简便得多，因而得到广泛应用。但超声波探伤往往只能凭操作经验作出判断，而且不能留下检验根据。
对于离焊缝表面不深的内部缺陷和表面极微小的裂纹，还可采用磁力探伤。
（三）水压试验和气压试验
对于要求密封性的受压容器，须进行水压试验和（或）进行气压试验，以检查焊缝的密封性和承压能力。其方法是向容器内注入1.25－1.5 倍工作压力的清水或等于工作压力的气体（多数用空气），停留一定的时间，然后观察容器内的压力下降情况，并在外部观察有无渗漏现象，根据这些可评定焊缝是否合格。
（四）焊接试板的机械性能试验
无损探伤可以发现焊缝内在的缺陷，但不能说明焊缝热影响区的金属的机械性能如何，因此有时对焊接接头要作拉力、冲击、弯曲等试验。这些试验由试验板完成。所用试验板最好与圆筒纵缝一起焊成，以保证施工条件一致。然后将试板进行机械性能试验。实际生产中，一般只对新钢种的焊接接头进行这方面的试验。