焊接接頭缺陷分析及預防的探討

王亞真 任湘君 趙躍鵬

摘 要：在焊接過程中，由于種種因素的影響，容易產生各種類型的焊接缺陷。焊接接頭缺陷的存在會直接危及整個結構的質量，控制焊接接頭缺陷是焊接安裝工程中一項比較重要的工序，本文主要對焊接接頭的缺陷及預防進行了分析。

關鍵詞：內部缺陷;外部缺陷;預防

焊接就是通過加熱和加壓的方法，使兩個分離的物體之間借助于同部原子之間的擴散和結合作用，使其連接成一個整體的工藝過程。在這個過程中出現的焊接接頭缺陷會直接危及整個結構的質量。因此，要預防焊接缺陷、將焊接接頭缺陷控制在允許范圍內是必須要解決的問題。

1 焊接接頭缺陷分析

焊接全過程包括原材料、焊接材料、施工人員的焊接技能、焊接前準備、焊接和焊接后熱處理等工序。對不同的母材，應選擇合格的焊接方法、可靠的焊接能量和適當的焊接材料。對不同直徑或不同厚度的母材都應實行先試焊、后施焊的原則，以保證焊接接頭優良、安全。常見的焊接接頭缺陷主要有外部缺陷、內部缺陷等。

（1）外部缺陷：焊接接頭的外部缺陷一般用肉眼就能觀察到，主要有焊瘤、咬邊、凹坑、燒傷、余高不足或過大、錯邊及弧坑處理不良等。

（2）內部缺陷：內部缺陷是指必須借助儀器設備測試才能判斷出的缺陷，主要有焊接接頭的內熱裂紋和冷裂紋及未熔合、未焊透、氣孔、夾渣及白點等。

2 焊接接頭外部缺陷預防

（1）咬邊。主要是由于焊接電流過大、電弧拉長或運條不穩引起的。咬邊最大的危害是損傷了母材，使母材有效截面減小，也會引起應力集中。預防措施是焊接時調整好電流，電流不宜過大，且控制弧氏，盡量用短弧焊接，運條時手要穩，焊接速度不宜太快，應使熔化的焊縫金屬填滿焊接坡口邊緣。

（2）焊瘤。主要是由于焊接電流過大或焊接速度過慢引起。它的危害是焊瘤處易應力集中且影響整個焊縫焊接中的質量。預防措施是控制焊接過程中的電流，保證焊接速度持續均衡，焊接后對焊瘤進行工藝處理。

（3）弧坑。主要是由于斷弧或熄弧引起。弧坑的存在減小了焊縫截面，降低了接頭的有效強度，并且弧坑處常伴有弧坑裂紋，危害較大。預防措施是盡量減小短弧次數，每次熄弧前應稍微停留或做幾次擺動運條，使有效多的焊條熔化填滿弧坑處。

（4）燒穿。焊接過程中，熔化金屬自破口背面流出，形成穿孔的缺陷。燒穿不僅影響焊縫外觀，而且該處焊縫強度減弱，甚至使焊接接頭失去了承載能力，所以燒穿是一種絕對不允許存在的缺陷。燒穿的主要原因是由于電流過大，焊接速度過慢以及電弧在焊縫某處停留時間過長等引起焊件受熱過大;焊件間隙太大也容易產生燒穿。防止燒穿的主要措施有正確選擇焊接電流和焊接速度，減少熔池在每個部位的停留時間，嚴格控制焊件的裝配間隙，并保持均勻一致。

（5）應力和變形。焊接時，金屬材料經受了不均勻的加熱和冷卻，焊接熔池的溫度越高，離熔池越遠，溫度越低，焊接接頭周圍的冷態金屬使接頭的膨脹和收縮受阻，加上局部組織的變化，從而導致焊接應力及變形的產生。由以上的分析可知，在焊接接頭內產生的不均勻塑性變形是產生焊接應力和變形的主要原因。焊件中焊接應力和變形是緊密聯系在一起，當焊件剛性較大，焊接過程中不能自由膨脹和收縮時，則焊接變形很小而焊接應力很大;反之若焊件剛性較小，焊接過程中焊件能夠比較自由地膨脹和收縮時，則焊接變形較大而焊接應力較小。防止方法主要有以下兩種方法：其一，是采用合理的結構。應盡量減小焊縫和接頭的數量和尺寸，合理布置焊縫和接頭，避免交叉焊縫和接頭。其二采用合理的工藝。如反變形法，剛性固定法，散熱發等。

3 焊接接頭內部缺陷預防

（1）氣孔。產生氣也的因素較多，如焊條未按規定烘干、母材除銹不徹底、焊接電壓不穩、弧氏過氏等。氣孔的存在使焊縫截面減小，金屬內部組織疏松，應力宜集中，也易誘發裂紋等更嚴重的缺陷。預防措施是在焊接前應按要求烘干焊條，清理坡口及母料表面的油污、銹跡;注意大氣的變化，刮風、下雨要有遮擋，措施焊接時選擇適當的電流及焊接速度。

（2）夾渣。夾渣一般是由于熔池冷卻過程中非金屬物質如焊條藥皮中某些高熔點組分、金屬氧化物等來不及浮出熔池表面而殘留在焊縫金屬中引起的。其危害是影響了焊縫金屬的致密性及連貫性，易引起應力集中。預防措施是焊接前應嚴格清理母材坡口及附近的油污、氧化皮等，多層焊接時徹底清理前一道焊縫留下的熔渣。焊接時選擇適當的焊接參數，做好焊前及焊層間的清理工作;數量掌握操作技能;盡量采用具有良好工藝性能的焊條。

（3）結晶裂紋是最常見的熱裂紋，在金屬凝固過程中出現，主要出現在焊縫中，少數出現在熱影響區。結晶裂紋的產生是由于焊縫中含有較多的S，P等雜質，在焊縫金屬凝固過程中形成了一些低熔點的結晶，然后在結晶界形成液態薄膜。因此液態薄膜成為焊縫中的薄弱環節，在焊接應力的作用下便開裂而形成結晶裂紋。減少和降低焊縫中的雜質，能有效避免熱烈紋。

（4）在冷裂紋中最常見的是延遲裂紋。在低、中合金金剛的熱影響區或焊縫中，當焊接后一段時間后，可能出現各種形態的延遲裂紋。有的出現在接頭表面，有的出現在接頭內部。焊縫延遲裂紋的出現，是由以下三種因素共同作用的結果。第一，母材淬硬現象：母材的碳當量越高其淬硬傾向越大，延遲裂紋敏感性就越大。另外，接頭冷卻速度對母材淬硬傾向也有較大影響，隨著母材淬硬傾向的增加容易形成脆性馬氏體。馬氏體又會使熱影響區最高硬度相應在增加，從而使延遲裂紋敏感性增大。第二，擴散氫的含量：焊縫中含氫量越高，延遲裂紋敏感性越大。當接頭中擴散氫含量高于其臨界擴散氫含量時，便出現延遲裂紋。第三，焊接殘余應力：焊接接頭主要存在熱應力、相變應力和約束應力。板厚度越大，約束越強，殘余應力也越高。焊接殘余應力是引起應力腐蝕斷裂的原因之一。避免以上三點便能預防延遲裂紋的出現。

4 焊接過程注意事項

第一，確認焊接方法是否與規定一致，檢查焊接設備是否完好和著裝是否符合工藝流程規定。第二，對焊接預熱溫度和預熱方式進行嚴格控制和檢查，焊接前預熱是防止焊接裂紋產生的重要措施。第三，檢查焊接區的清潔質量，不得留有水、油、銹和氧化膜等有害污物，這對防止外部缺陷（如凹坑、咬邊等）的產生有重要作用，對防止氣孔、夾渣之類內部缺陷的產生也有積極意義。

參考文獻：

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