淺談焊接缺陷與預防的分析與研究

柴志亮

摘 要：當今加工制造業中，焊接起著尤為重要的作用，隨著時代的進步，出現了各種高新的工藝和先進的加工技術，那么對焊接工藝也提出了更新更高的要求。本文介紹了焊接過程中常見的一些焊接缺陷與原因，并在此基礎上提出預防改善措施，以此來提高焊接質量。

關鍵詞：焊接；焊接缺陷；預防措施

中圖分類號：TG457.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）05-0110-02

在當今工業制造中，焊接技術已大量用于各個領域，航天火箭、飛機和游輪、汽車及壓力容器，盛放化學藥劑的容器、機械制造等。在這些領域中，單就船舶制造業來說，制造加工總工時的30～40%是由焊接來完成的，因此我們可以看出，在加工制造業中焊接加工工藝也是尤為重要的一種存在。那么作為當今加工制造業中重要的一環，我們就尤其不能忽視在焊接過程中焊件所產生的一些焊接缺陷，本文將從以下這幾個方面來分析其形成原因，以及探討對其焊接缺陷的預防和改善措施。

1 常見焊接缺陷

1.1 焊接裂紋

焊接裂紋是指焊接接頭中局部的金屬在焊接應力作用下，遭到破壞而產生的裂紋。按產生時的溫度不同可以分為冷裂紋和熱裂紋兩種。裂紋是焊接結構最危險的缺陷，不僅會使產品報廢，而且還可能引起嚴重的事故。尤其是焊接接頭，比如鍋爐容器、壓力容器等，一些特大、非常嚴重的事故都有可能是有一條裂紋引起的，擴展性是裂紋比較常見的一個特征，裂紋還有一個特點，就是“生長性”在一定的條件下它會不停的生長，甚至導致斷裂。

1.2 焊接氣孔

焊接氣孔是由于焊接熔池金屬在冷卻凝固時產生或析出的氣體來不及逸出熔池表面而殘留下來所形成的空穴。焊接氣孔通常有三種情況：氫氣孔、氦氣孔和一氧化碳氣孔。焊縫的有效截面積、機械性能和致密性，都有可能因為氣孔的存在而降低或減少，一些針孔形的圓柱形氣孔對焊件的危害特別大，它們一般直徑和深度都不大，但是危害性卻是極其大的，一些泄漏往往都是由它們引起的。

1.3 焊接夾渣

焊接夾渣是焊接后殘留在焊縫中的熔渣。夾渣的存在可能會導致焊縫的強度有所降低，對其機械性能可能也會有所降低，對一些需要承受載荷的小截面，往往可能導致其斷裂。因為其減少了焊縫的有效截面積，使得斷裂更容易發生。

1.4 焊接未焊透

焊接未焊透是指在焊接時焊件與所溶金屬之間局部未熔合的現象。焊接未焊透可能會導致焊接接頭的力學性能有所降低，同時焊件的有效截面也可能被未焊透所減小，在焊接未焊透的部位可能有缺口以及一些尾部的尖端的存在，那么應力集中的可能性就大大增加了，所以在承載后，也是經常會引起焊件斷裂的主要誘因。

1.5 焊接咬邊

在焊接過程當中焊縫金屬與基體金屬交界處，沿著焊縫的邊緣上（即焊趾的母材部位）所形成的凹陷稱之為咬邊。焊接咬邊可以出現在焊縫的一側，也可以兩側都有。可以是間斷的，也可以是連續的。咬邊同樣也是減小了焊接的有效截面，比起其他焊接缺陷來說，它更直接，可以說是直接的降低了焊接接頭處的強度，此外，在咬邊外應力集中的現象也常有發生，所以它往往是裂紋產生的原因，一旦承載后同樣也是斷裂產生的原因。

1.6 焊接燒穿

在焊接過程中，金屬溶液自焊縫背面流出，形成了焊接穿孔。焊接穿孔可能發生一處，也可能發生在多處。在薄板焊接操作過程中很容易發生焊接燒穿。焊接穿孔直接導致焊接有效截面的減少，焊接部位強度降低，也可能引發斷裂等情況。

2 產生原因

2.1 焊接裂紋

冷裂紋產生的原因有以下幾種：在焊接熱循環作用下，形成淬硬組織。鋼原有的硬化趨勢主要取決于化學成分、鋼板厚度、焊接工藝和冷卻條件。鋼的硬化傾向越強，就越容易產生冷裂紋。氫的過度擴散是造成強度比較高的鋼焊接裂紋的主要原因之一，具有延遲特性。強度越高的鋼焊接接頭的氫含量越高，裂紋越敏感。焊接接頭存在較大的結合應力：較高強度的鋼焊接時產生延遲裂紋的趨勢不僅取決于鋼的硬化趨勢和氫的作用，而且還取決于焊接接頭的應力狀態。焊接過程中存在的主要應力包括：不均勻加熱和冷卻時產生的熱應力、金屬相變時組織應力的改變和結構的自結合條件；焊接過程（工藝）的影響：如果導線能量過大，靠近接縫區域的晶粒尺寸可能較大，可能降低接頭的抗裂性。低的線性能量也會使熱影響區變硬，不利于氫氣的溢出，導致冷裂紋產生的可能增加。焊接前后熱處理溫度不適宜，多層焊接的焊接深度不適宜。

熱裂紋產生的原因有以下幾種：焊接池中熔點低，主要受硫、磷的影響。在鋼中它們容易在成為熔點比較低的晶體。它們是脆性和堅硬的組織，在壓力下容易造成晶體裂紋。這些雜質的來源可能出自于材料本身，焊接材料也可能出現，甚至于焊接接頭的表面也有可能出現；熱裂紋形成的另一個重要因素就是凝固的結晶組織。晶體組織越厚，柱狀晶體的趨向性越明顯，則晶體裂紋發生的可能性就越大。換句話說，焊接接線能量越大，產生熱裂紋的可能性就越大；機械性能方面的因素對熱裂紋的影響：焊接部件的剛度大，以及工藝因素不合理，裝配過程不恰當，焊接缺陷多等更有可能致使應力在焊縫處集中，增加了它的熱應力，從而導致在材料結晶時熱裂紋的產生。

2.2 焊接氣孔

我們在平時使用的時候，焊條不注意保養使其受潮，或者即使受潮了再操作前也未按要求烘干，同樣的，不注意保養焊條，使得焊條外的藥皮產生開裂，脫落甚至變質；使用時沒有選擇正確的焊條，用了焊芯含碳量過高的焊條；由于一些原因導致藥皮的脫氧能力比較差；操作時沒有清理干凈焊件表面，使得其表面或坡口處有水油和鐵銹等污垢存在，這些污物在電焊時的高溫作用下，會分解出來一些化學元素，比如一氧化碳和水蒸氣等，我們常見的一氧化碳氣孔和氫氣孔就是這些化學物質進入焊接熔池后所造成的；焊接時，操作上的一些原因可能會導致熔池存在的時間不夠長，比如焊的太快，或者是選用的電流比較小等等，這些原因使得本要從焊件表面溢出的氣體來不及溢出從而形成了氣孔；操作時由于沒有控制好焊條頭部與焊件之間的距離，使得電弧的長度太長，藥皮形成的氣體已經對熔池起不到保護作用，導致空氣進入熔池，形成氣孔；焊接操作時使用的電流過大，使得焊條溫度過高，導致藥皮的脫落，從而失去了保護氣體；還有一些比如焊接場地過于通風，使得焊接時電弧吹偏，基本功不扎實導致操作時操作不穩等。

2.3 焊接夾渣

在焊接過程中，如果沒有及時清理工作臺，或者工件表面，那么一些雜志或鐵銹可能進入焊層之中，特別是一些焊渣沒有清理干凈，就更容易形成夾渣；另外焊條受潮后，藥皮不像正常使用時緩慢熔化，而是可能整塊整塊的脫落掉入熔池金屬中，但是又來不及及時浮出熔池表面，從而形成了夾渣；焊接電流過小也可能導致夾渣，因為電流小會使得熔池表面熱量不足，使得表面流動性差，而這時金屬自身固化速度又快，一些雜質還來不及浮出表面，所以就形成了夾渣；還有一些比如操作手法不熟練，角度速度不合適，弧長忽高忽低，坡口開口不合適等等這些問題都會導致夾渣。

2.4 焊接未焊透

焊接未焊透產生的原因主要是焊接速度過快，熔池還未完全成型，焊接電流太小，在焊接時熔池金屬不能穿透工件，同樣的坡口開的太小也容易產生這樣的問題，另外焊條直徑選擇過大，使得熔化的金屬材料送不到更深處，也會產生未焊透。當然，操作手法不當也很容易會產生未焊透。

2.5 焊接咬邊

焊接咬邊的產生原因主要是這幾點：焊接工藝參數不合適，操作手法不熟練等。操作時電流過大，弧長沒有控制好長度，操作時的焊條與工件的夾角也不正確，操作速度過快，導致金屬沒能完全填滿金屬熔池。

2.6 焊接燒穿

焊接燒穿產生的原因主要是電流過大，導致溫度過高，燒穿工件；操作時速度太慢，停留在工件上時間太長，高溫熔化焊件導致燒穿；坡口開口不理想，間隙過大也可能導致燒穿。

3 預防及改善措施

3.1 焊接裂紋

焊接裂紋不管是冷裂紋還是熱裂紋，大致上都可以從焊接材料、焊接工藝和焊接后的機械性能這三個方面進行預防和改善。焊接材料方面，我們可以在焊接前選擇一種合適此次操作的材料，比如說有著比較相近的化學成分，或是比較相近的合金成分等。而焊接工藝方面我們可以選擇合適的焊接參數，比如焊接電流的合理選擇，焊接速度的合理控制，另外在裝配時也盡量不要用力過猛，防止硬性組裝。在機械性能方面主要就是做到焊接前要充分預熱，焊接后要熱處理，一般我們采用退火的方法，可以使焊件緩慢冷卻，從而改善焊件材料的脆性和硬度。

3.2 焊接氣孔

首先我們一定要平時注意對焊條的保養，特別是防潮方面，一定要重視，在使用前一定要進行烘干，如果不是及時使用的還需要進行保溫，在焊條的選擇方面也要選擇合適此次操作的焊條，另外焊接過程中隨時注意清理焊件表面的污垢、鐵銹和水等，包括坡口處也同樣需要清理其表面的污垢，電流選擇也必須合適，太小或太大都會引起氣孔，運條速度要合理，電弧的長度要保持，這樣才能避免氣孔的出現。

3.3 焊接夾渣

預防夾渣我個人認為清理工作臺和工件是比較重要的一項，平時在焊接時各種雜質可能殘留在工作臺和工件表面，再加上焊接過程中也不注意清理，很容易把這些雜質帶入焊件焊縫中，形成夾渣。另外對焊條良好的防潮措施也能有效的避免夾渣。焊接電流不能太小，這樣會因為熱量不足影響焊件表面流動性，容易形成夾渣。此外，熟練的運條手法也很重要，尤其對焊條角度的控制，電弧弧長的控制也能有效的避免夾渣的出現。

3.4 焊接未焊透

首先要控制好焊接速度，太快就會導致熔池金屬未成形，其次就是焊接電流，電流一定要合適，太小的話會導致熱量不足，尤其對比較厚的工件來說就容易形成未焊透。另外，坡口開的也要合理，太小的坡口使得液態金屬很難達到根部，同理，焊條的直徑也需要合理的選擇，太大也可能會使液態金屬達不到根部，從而形成未焊透。當然，運條手法也很重要，特別要注意的是角度，選擇合理的夾角也能最大程度上避免未焊透的產生。

3.5 焊接咬邊

焊接咬邊的預防主要還是在與操作手法上，需要注意電弧的弧長控制在一個合理的長度，選擇合理的焊條與工件表面的夾角，操作時控制速度，一定要在一個合理的范圍內，不能太快，另外焊接的工藝參數也是很重要的一項，在焊接前一定要選擇一個合理的工藝參數，比如電流的大小，電流過大也很容易造成咬邊的發生。

3.6 焊接燒穿

預防焊接燒穿我們可以控制焊接電流的大小，不能讓它過大，需要把它控制在一個合理的范圍，同樣的，焊接速度也需要控制好，焊接的速度也不能太慢，這樣就能有效的減少焊件表面的溫度，從而預防焊接燒穿的發生。另外，焊接坡口開口時也要注意控制大小，坡口之間的間隙也需要控制在一個合理的范圍內，不能太大，這也是預防焊接燒穿的重要方法之一。

4 結語

綜上所述，在平時的焊接操作過程中，我們會遇到許多的焊接缺陷，本文分析的還只是冰山一角，但我們可以從預防與改善措施中看出，不管是哪一種焊接缺陷，無非都主要集中在這幾點上：焊接電流、焊接速度、焊接角度、電弧長度、焊接工藝參數、坡口大小及位置等。當然最重要的還是操作時的運條手法以及工作態度，當我們把這些問題都銘記于心，在操作前認真仔細的先考慮到可能會遇到的問題，在加上平時刻苦的鍛煉，加強自身的業務水平，那么我相信，不管是本文中提及的還是未提及的一些焊接缺陷，你都能迎刃而解，完成一個優質的焊接工程。

參考文獻

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