焊接缺陷的分类

 焊接缺陷的分类

GB/T6417.1—2005《金属熔化焊接头缺欠分类及说明》将焊接缺欠根据其性质、特征分为六大类，分别为裂纹、孔穴、固体夹杂、未熔合及未焊透、形状和尺寸不良、其他缺欠。其中危害最大的是焊接裂纹。

一、裂纹

在焊接应力及其他致脆因素的共同作用下，材料的原子结合遭到破坏，形成新界面而产生的缝隙称为裂纹。它具有尖锐的缺口和长宽比大的特征，易引起较高的应力集中，而且有延伸和扩展的趋势，所以是最危险的缺陷。焊接接头中产生的裂纹包括∶热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂四大类。

（一）热裂纹

热裂纹是指在焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相（Ac;）线附近，液态金属第一次结晶时产生的裂纹。热裂纹通常沿晶界开裂，裂纹表面有氧化色彩，失去金属光泽。

热裂纹产生的原因是低熔点共晶物富集在晶粒边界或焊缝中心，在焊缝冷却凝固时受到拉应力作用下形成开裂。通常发生在含杂质较多的碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢等材料焊缝中，如图6-1所示。

在焊接中，可以采取如下措施防止产生热裂纹∶

1）适当提高焊缝成形系数，即增加焊缝宽度，降低焊缝计算厚度，可采用多层多道焊法，改善散热条件，使低熔点物质上浮至焊缝表面而不存在于焊缝中，以降低偏析程度。

2）合理选用焊接参数，采取预热和后热等措施，并保证层间温度不低于预热温度，减小焊接冷却速度，避免焊缝中出现淬硬组织。

3）采用合理的装配次序，减小焊接应力。

4）收弧时采用引出板或延时断弧，使焊缝金属填满弧坑，以减少弧坑裂纹的产生。

（二）冷裂纹

冷裂纹是指焊接接头冷却到Ms线（马氏体开始转变温度）以下时产生的裂纹，可能是焊后立即产生，也可能在焊后几小时、几天或更长时间出现，故也称为延迟裂纹。冷裂纹主要产生在热影响区，也有发生在焊缝区的。它可能沿晶开裂、穿晶开裂或两者混合出现。

冷裂纹的产生原因是在拉应力作用下，原子氢向高应力区（缺陷部位）聚集。当氢聚集到一定浓度时，就会破坏金属中原子的结合键，使金属内出现一些微观裂纹。在应力持续作用下，氢不断地聚集，微观裂纹不断地扩展，直至发展为宏观裂纹，最后断裂。一般来说，有一个临界的氢含量和一个临界的应力值决定冷裂纹的产生与否。

一般认为Rm≥450MPa以上的材料都有可能发生冷裂纹。如耐热钢、马氏体不锈钢、含Ni的低合金钢、异种钢的焊接接头、特殊结构钢和堆焊层等。冷裂纹如图6-2所示。

在焊接中，可以采取如下措施防止产生冷裂纹∶

1）选用低氢型焊条和焊剂，按规定温度和时间烘干，在保温筒中保存，随取随用。

2）焊前除净待焊区的油、锈和其他有可能产生氢原子的污物。

3）因CO₂气体保护焊可以获得低氢焊缝，故可考虑用CO₂气体保护焊焊接淬硬倾向较大、对氢敏感性较强的钢种。

4）采取焊前预热、控制层间温度、焊后缓冷或焊后消氢处理等措施，来降低冷却速度，保证较低的应力水平。

5）焊接时避免产生弧坑、咬边、未焊透等缺陷，以减少应力集中。

6）焊后进行热处理，消除内应力，改善组织。

（三）再热裂纹

再热裂纹是指接头冷却后再加热至550～650℃时产生的裂纹。再热裂纹产生于沉淀强化材料（如含Cr、Mo、V、Ti、Nb元素的金属材料）的焊接热影响区内的粗晶区，一般从熔合线向热影响区的粗晶区发展，呈晶间开裂特征。

再热裂纹的产生主要是近缝区金属在高温热循环作用下，强化相碳化物（如碳化钛、碳化钒、碳化铌、碳化铬等）沉淀在晶内的位错区上，使晶内的强化程度远远大于晶间，当强化相弥散分布在晶粒内时，会阻碍晶粒内部的局部调整，又会阻碍晶粒的整体变形。当应力松弛而发生塑性变形时，主要由晶界来承担。于是晶界区金属发生滑移，且在三晶粒交界处产生应力集中，就会产生裂纹。

有再热裂纹倾向的材料包括Q370R、18MnMoNbR、13MnNiMoR、07MnCrMoVR、07MnNiMoVDR 和日本的CF-62系列钢。

在焊接中，可以采取如下措施防止产生再热裂纹∶

1）采用合理的预热或后热处理，若焊后能及时后热，可适当降低预热温度，在焊接中应采用较大的热输入，以控制冷却速度，降低再热裂纹倾向。

2）在条件允许的前提下，尽可能加快升温速度，尽快越过再热裂纹敏感区，或缩短在此温度区内的停留时间，从而防止产生再热裂纹。

3）在满足设计要求的前提下，可选用低强度焊接材料，使焊缝强度低于母材以增高其塑性变形的能力。

（四）层状撕裂

层状撕裂是指在具有丁字接头或角接接头的厚大工件中，沿钢板的轧制方向分层出现的阶梯,状裂纹。层状撕裂实质上也是冷裂纹。

产生层状撕裂的原因是在轧制钢板中存在硫化物、氧化物和硅酸盐等低熔点非金属夹杂物，其中尤以硫化物的作用为主，在轧制过程中被延展成片状，分布在与表面平行的各层中，在垂直于厚度方向的焊接应力的作用下，夹杂物首先开裂并扩展，以后这种开裂在各层之间相继发生，连成一体，造成层状撕裂的阶梯性，如图6-3所示。

预防产生层状撕裂的措施如下∶

1）严格控制钢材的硫含量。

2）采用强度级别较低的焊接材料。

3）在与焊缝相连接的钢板表面堆焊几层低强度焊缝金属作为过渡层，以避免夹杂物处于高温区。

4）预热和使用低氢型焊条，以降低钢材对冷裂纹的敏感性。

二、孔穴

焊接接头的孔穴包括残留气体形成的气孔和由于凝固时收缩造成的缩孔。气孔按形状分为球状气孔、条形气孔和虫形气孔;按数量可分为单个气孔（图6-4a）、均布气孔（图6-4b）、局部密集气孔（图6-4c）和链状气孔（图6-4d）;缩孔可分为结晶缩孔和弧坑缩孔。

气孔产生的原因主要是，常温固态金属中的气体溶解度只有高温液态金属中气体溶解度的几十分之一至几百分之一，熔池金属在凝固过程中，有大量的气体要从金属中逸出。当金属凝固速度大于气体逸出速度时，就形成了气孔。

缩孔产生的原因是，金属液凝固时补缩不足导致的孔洞状缺陷。

焊接中防止焊缝中产生气孔的常用方法∶

1）仔细清除工件表面的污物，焊条电弧焊时在坡口两侧正反面各10mm、埋弧焊时各20mm 范围内去除锈、油，并打磨至露出金属光泽，特别是在使用碱性焊条和埋弧焊时，更应做好清洁工作。

2）焊条和焊剂一定要严格按照规定的温度进行烘焙，烘干焊条时，每层焊条不能堆放太厚（一般1～3层），以免焊条烘干时受热不均和潮气不易排除。

3）不应使用过大的焊接电流。

4）采用直流电源施焊时，电源极性应为反接。

5）碱性焊条施焊时，应采用短弧焊。

6）引弧时应将焊条略作停顿，对引弧处进行预热，否则引弧处容易形成气孔。

7）采用焊条电弧焊打底、埋弧焊盖面的工艺时，打底焊条应为碱性焊条，用酸性焊条打底极易产生气孔。

8）气体保护焊时应调节气体流量至适当值，流量太小，保护不良，易使空气侵人形成气孔。

三、固体夹杂

固体夹杂是指在焊缝金属中残留的固体杂物，包括残留在焊缝金属中的焊渣、氧化物、硫化物和外来金属颗粒（夹钨、夹铜等）。夹渣的分布与形状有单个点状夹渣、条状夹渣、链状夹渣和密集夹渣。夹渣的存在减少了焊缝的截面积，降低了焊接接头的塑性和韧性，带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中，尖端还会发展为裂纹源，危害较大。夹渣如图6-5所示。

在焊接中防止夹渣产生的措施如下∶

1）当坡口尺寸不合理时，采用小直径焊条。

2）坡口有污物时，要清理干净。

3）多层焊时，层间清渣要彻底。

4）焊接热输入小，熔渣流动性变差容易形成夹渣，所以要加大焊接电流。

5）焊缝散热太快，液态金属凝固过快容易形成夹渣，所以应降低冷却速度。

6）焊条药皮、焊剂化学成分不合理，熔点过高，冶金反应不完全，脱渣性不好。

7）钨极惰性气体保护焊时，电源极性不当，电流大，钨极熔化脱落于熔池中，产生夹钨，，应当选择正确的电源极性，使用适当的电流，避免夹钨。

8）焊条电弧焊时，焊条摆动不良，不利于熔渣上浮。应正确摆动焊条，使熔渣上浮，以防止夹渣的产生。

四、未熔合和未焊透

（一）未熔合

未熔合是指熔焊时焊道与母材之间或焊道与焊道之间未能完全熔化结合的缺陷。按其所在部位，未熔合，可分为坡口未熔合、层间未熔合及根部未熔合，如图6-6所示。

在焊接中防止产生未熔合的措施如下∶

1）焊接坡口表面要加强清理，因为坡口或焊道有氧化皮、焊渣等杂质，会导致一部分热量损失在熔化杂质上，剩余热量不足以熔化坡口或焊道金属。

2）调整合理的焊接参数，如加大焊接电流、电弧电压，减小焊接速度。

3）焊条或焊丝的摆动角度应避免偏离正常位置，否则熔化金属流动而覆盖到电弧作用较弱的未熔化部分，容易产生未熔合。

4）电弧在坡口面应适当停留，保证熔合好。

（二）未焊透

当焊缝的熔透深度小于板厚时形成未焊透。单面焊时，焊缝熔透达不到钢板底部;双面焊时，两面焊缝熔深之和小于钢板厚度。

未焊透的危害之一是减少了焊缝的有效截面积，使接头强度下降。其次，未焊透引起的应力集中所造成的危害，比强度下降的危害大得多。未焊透如图6-7所示。

在焊接中防止产生未焊透的措施如下∶

1）适当加大装配间隙，减小钝边长度，加大坡口角度。

2）调整焊接参数，如增大焊接电流，降低焊接速度和电弧电压。

3）打底焊时，采用小直径焊条。

4）双面焊时，要加强焊根清理。

5）要注意焊条角度问题，防止焊条偏离焊道中心，包括磁偏吹和焊条偏心度。

五、形状与尺寸不良

形状与尺寸不良缺欠是指焊缝外表面形状或接头几何形状不良，包括咬边、缩沟、焊缝超高、凸度过大、下塌、焊瘤、错边、角度偏差、下垂、烧穿、未焊满、焊角不对称、焊缝宽度不齐、表面不规则、焊缝接头不良、变形过大、焊缝尺寸不正确、焊缝厚度过大、焊缝宽度过大、焊缝有效厚度过大或不足。

（一）咬边

母材（或前一道熔敷金属）在焊趾处因焊接参数或工艺不正确而产生的不规则缺口称为咬边。咬边减小了母材金属的工作截面，降低了工件的承载能力，同时还会造成应力集中，发展为裂纹源。咬边如图6-8所示。

产生咬边的原因主要是焊接参数选择不对，电弧拉得太长，电流太大，焊接速度太慢，造成电弧热量太高，熔化的金属不能及时填补熔化的缺口。其次，直流焊时电弧的磁偏吹也是产生咬边的一个原因，因此角焊中，采用交流焊代替直流焊也能有效防止咬边。另外，在横、立、仰焊位置也会加剧咬边，因此要加强焊工技能培训。

（二）缩沟

缩沟是指在根部两侧或中间焊道可观察到的沟槽。

在压力容器制造过程中，经常会使用衬环来焊接筒体最后一道环缝。此类对接焊缝通过射线检测后，底片上经常能看到一些貌似未熔合的伪缺陷影像。实质是带衬环焊缝根部收缩沟缺陷。

收缩沟产生的原因是带永久性衬垫板单面开V形坡口，在采用埋弧焊或焊条电弧焊过程中，细颗粒的焊剂（或药皮）在熔池底部与熔化的熔融金属熔合在一起，这种液态金属熔渣沿着衬板渗入贴合间隙中。由于垫板与筒体间隙不均匀，故液态金属熔渣会形成不规则的阴影。

（三）下塌、焊瘤、下垂、烧穿1.下塌

下塌是穿过单层焊缝根部或从多层焊接接头穿过前道熔敷金属塌落的过量焊缝金属。产生下塌的原因是焊接电流过大、焊接速度偏小、坡口间隙过大而钝边偏小。实际焊接中应合理选择焊接参数，提高焊工焊接水平。

2.焊瘤

焊瘤是指焊接过程中，熔化金属流淌到未熔化的母材上或从焊缝根部溢出，冷却后形成未与母材熔合的金属瘤。产生焊瘤的原因是焊接规范过强，焊条熔化过快。实际焊接过程中应适当降低焊接电流、加快焊接速度，拉长电弧。

3.下垂

下垂是受重力作用焊缝金属塌落。因此在实际焊接过程中合理选择焊接参数，采用不同的运条手法。在立焊、仰焊时，平直焊产生的热量集中，熔化金属容易垂落，摆动焊可以避免这一现象发生。小节距摆动焊适用于打底焊，大幅度摆动焊适用于厚板的平焊、角焊、立焊和仰焊的中间层和盖面层。

4.烧穿

烧穿是指焊接过程中，熔深超过工件厚度，熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔性缺陷。烧穿减少焊缝有效截面积，降低接头承载能力等。产生原因是焊接电流过大，焊接顺序不合理，焊接速度太慢，根部间隙太大，钝边太小等。防止措施是选择合适的焊接电流和焊接速度，缩小根部间隙，提高操作技能。

（四）凹坑、未焊满1.凹坑

凹坑是指焊缝表面或背面局部低于母材的缺陷。凹坑多是由于收弧时焊条（焊丝）未作短时间停留造成的（此时的凹坑称为弧坑）。仰、立、横焊时，常在焊缝背面根部产生凹坑。凹坑如图6-9所示。

凹坑减小了焊缝的有效截面积，弧坑常常有弧坑裂纹或弧坑缩孔。防止措施是∶尽量选用平焊位置，选用合适的焊接参数，收弧时让焊条在熔池内短时间停留或环形摆动，填满弧坑。

2.未焊满

未焊满是指焊缝表面上纵向连续的或断续的沟槽。填充金属不足是产生未焊满的根本原因。

未焊满同样减小了焊缝的有效截面积，同时也会产生应力集中，由于规范太小使冷却速度增大，容易产生气孔、裂纹等缺陷。在实际焊接过程中，通过加大焊接电流、加焊盖面焊缝等措施来避免未焊满的产生。

（五）焊脚不对称

同在一侧的角焊缝，其直角边上的焊脚不对称。这种缺陷会降低工件的承载能力，并造成一定的应力集中。在实际焊接中，应按图施工

（六）焊缝几何形状不良

几何形状不良主要是指焊缝超高、凸度过大、焊缝宽度不齐、表面不规则、错边、角度偏差、焊缝接头不良等缺陷。这些缺陷不仅影响焊缝外观质量，而且极易造成应力集中。

缺陷形成原因主要是坡口角度不当，装配间隙不均匀，焊接参数选择不当，焊接电流过大或过小，焊接速度不均匀，运条手法不正确，焊条或焊丝过热等。

在焊接过程中，选择正确的焊接参数、适当的焊条及其直径，调整装配间隙，均匀运条，避免焊条或焊丝过热，就能避免以上缺陷。

（七）焊缝尺寸不良

焊缝尺寸不良包括焊缝变形过大、焊缝尺寸不正确、焊缝厚度过大、焊缝宽度过大、焊缝有效厚度过大或不足等缺陷。在实际焊接过程中，应选择合适的坡口角度，保证装配间隙均匀，调整焊接参数，加强焊工培训。

六、其他缺陷

不包括前述五类焊缝缺陷在内的缺陷称为其他缺陷。包括如下几种∶

（1）电弧擦伤 在焊缝坡口外面引弧或引弧时在母材金属表面产生的局部损伤称为电弧擦伤。焊接淬硬性高的低合金高强度钢时，电弧擦伤极易引起裂纹的产生，因此引弧应在引弧板上进行。

（2）飞溅 熔焊过程中向周围飞散的金属或焊渣颗粒称为飞溅。焊接完成后要及时清理。

（3）钨飞溅 从钨极过渡到母材金属表面或凝固焊缝金属表面的钨颗粒称为钨飞溅。钨飞溅会降低工件的耐腐蚀能力或冲击韧度。因此在焊接中，一方面采用高频振荡器或高频脉冲引弧，另一方面操作时注意防止焊丝碰到钨极。

（4）表面撕裂 表面撕裂是指拆除临时焊接附件时造成的表面损伤。表面撕裂是裂纹源，因此应重视。

（5）磨痕或凿痕 磨痕或凿痕是指研磨或使用扁铲或其他工具造成的局部损伤。这类缺陷容易造成应力集中。

（6）定位焊缺陷 定位焊缺陷是指定位焊不当造成的焊道破裂、未熔合等缺陷，或因定位未达到要求就施焊导致的缺陷。定位焊作为焊缝的一部分，焊工应持证上岗，否则应打磨去除。