常见的焊接缺陷及其处理方法

起重机制造过程中常见的焊接缺陷 及其处理方法 前言 1. 起重机事故教训。 2. 焊接接头的重要性。 焊接接头缺陷的定义及分类。 1. 焊接缺陷的定义。 2. 焊接缺陷的分类。 3. 2.1 按照缺陷的出现时间来分类。 4. 2.2 按照缺陷相对于焊缝的位置来分类。 5. 2.3 根据 GB6417-86 金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明 的规定分类。 焊 接 缺 陷 按缺陷出现的时间来分 裂纹、孔穴、夹渣、 凹陷、熔接不足或渗 透不足等。 通常指焊接热循环损 伤到焊道或邻近的热 影响区，造成焊件性 质劣于母材。当焊件 使用时，破裂起始于 这些缺陷存在原位置。 制程缺陷 使用时发生 的缺陷 焊 接 缺 陷 按缺陷出现的位置来分 焊瘤、咬边、烧穿、未 焊透、夹渣、表面气孔、 焊接裂纹 以及焊缝形状和 尺寸不符合要求 未焊透、夹渣、内部 气孔、焊接裂纹等 外部缺陷 内部缺陷 第 1类 裂纹； 第 2类 孔穴； 第 3类 固体夹杂； 第 4类 未熔合和未焊透； 第 5类 形状缺陷； 第 6类 上述以外的其它缺陷。 分别用国际焊接学会（ IIW）中缺陷字母代号做简化标记。 GB6417-86规定分类 3、 焊接缺陷的影响因素及预防措施 钢材和焊条质量、坡口加工和装配精度、坡口表面 清理状况及焊接设备、工艺参数、工艺规程、焊接技 术、天气状况等等 。机械化焊接方法同精密焊接设 备结合使用防止坡口发生位移、避免焊接区在集中能 量作用产生明显张应力。扩大射束能源利用范围，制 订合理的焊后热处理规范，保证各种新型焊条的质量， 以保证达到焊缝金属特定的物理性能，满足材料的可 焊性 。 焊接裂纹 定义 在焊接应力及其它致脆因素共同作用下 ,焊接接头 中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成新界面产 生的裂缝。 焊接裂纹的一般原因 与母材的化学成分、结晶组织、冶炼方法等有关。如钢 的含碳量越高或合金量越高，钢材的硬度就越高，通常 越容易在焊接时产生裂纹。 焊接时冷却速度高容易产生裂纹。所以焊接时应避开风 口和避免被雨水淋湿。在焊接中，高碳钢或合金钢时， 要根据母材的成分或特性，有的要采取加热保温措施后 方可施焊。 焊条内含硫、磷、碳高时焊缝容易产生裂纹。硫磷是有害 元素 ,含硫高焊缝有热脆性，含磷高焊缝有冷脆性，焊条 含硫磷量都必须在 0.0035以下。 被焊结构刚性大、构件的焊接顺序不当也容易产生裂纹。 当顺序安排不当时会形成焊接收缩受阻，妨碍焊缝的自由 收缩，以致产生较大的收缩应力而产生焊缝裂纹。 焊接时周围的环境温度低，或在风口散热条件过好造成散 热过快也会引起裂纹。 分类 热裂纹、冷裂纹（氢致裂纹）、焊后热处理裂纹（再热 裂纹）及延性不足裂纹、层状撕裂及应力腐蚀裂纹等 。 热裂纹产生原因。 焊缝金属的晶界上存在低熔点共晶体（含硫、磷、铜 等杂质 ）。 接头中存在拉应力。 热裂纹的特征 热裂纹可发生在焊缝区或热影响区 ,沿焊缝长度方向 分布。 热裂纹的微观特征是沿晶界开裂，所以又称晶间裂 纹。因热裂纹在高温下形成，所以有氧化色彩。 焊后立即可见。 1、热裂纹（又称结晶裂纹） 防止措施 选用适宜的焊接材料，严格控制有害杂质碳、硫、磷的含 量。 Fe和 FeS易形成低熔点共晶，其熔点为 988 ，很容 易产生热裂纹。 严格控制焊缝截面形状，避免突高，扁平圆弧过渡。 缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高 塑性减少偏析。 确定合理的焊接工艺参数，减缓焊缝的冷却速度，以减小 焊接应力。如采用小线能量，焊前预热，合理的焊缝布置 等。 2、冷裂纹 冷裂纹的特征 多出现在焊道与母材熔合线附近的热影响区中，多为穿 晶裂纹。 冷裂纹无氧化色彩。 冷裂纹发生于碳钢或合金钢，高的含碳量和合金含量。 冷裂纹具有延迟性质，主要是延迟裂纹。 冷裂纹产生原因 焊接接头 (焊缝和热影响区及熔合区 )的淬火倾向严重，产 生淬火组织，导致接头性能脆化。 防止冷裂纹的措施 选用碱性焊条或焊剂，减少焊缝金属中氢的含量，提高焊 缝金属塑性。 焊条焊剂要烘干，焊缝坡口及附近母材要去油、水、除锈， 减少氢的来源。 焊接接头含氢量较高，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分 子，造成非常大的局部压力，使接头脆化；磷含量过高同 样产生冷裂纹。 存在较大的拉应力。因氢的扩散需要时间，所以冷裂纹在 焊后需延迟一段时间才出现。由于是氢所诱发的，也叫氢 致裂纹。 工件焊前预热，焊后缓冷（大部分材料的温度可查 表），可降低焊后冷却速度，避免产生淬硬组织， 并可减少焊接残余应力。 采取减小焊接应力的工艺措施，如对称焊，小线能 量的多层多道焊等，焊后进行清除应力的退火处理。 焊后立即进行去氢（后热）处理，加热到 250 ，保 温 2 6h，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面。 热裂纹的特征及原因 焊接完成后，在一定温度范围内对焊件再次加热。 多发生在焊接过热区，属于沿晶裂纹，裂纹生成时产 生很少或无变形。 发生于镍基合金、不锈钢和少数合金钢，钢中 Cr、 Mo、 V、 Nb、 Ti等元素会促使形成再热裂纹。 裂纹起源于未焊透根部、焊趾及咬边等应力集中处。 3、焊后热处理裂纹 防止措施 合理的预热与焊后热处理规范。 控制材料成分，应用低强度焊缝 使焊缝强度低于母材以 增高其塑性变形能力。 缓和应力状态，减少拘束、应力集中，减少残余应力。 4、层状撕裂 层状撕裂的特征 焊接时，在焊接构件中沿钢板轧层形成的呈阶梯状的一种裂纹 称为层状撕裂。 层状撕裂经常发生在厚板的 T形接头和角接接头中。 层状撕裂的原因 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。 垂直于厚度方向的焊接应力作用。 防止措施 严格控制钢材的含硫量。 预热和使用低氢焊条 ,采用强度级 别较低的焊接材料。 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。 气孔 定义 焊接时，熔池中的气体在金属凝固时未能逸出而形成的空穴。 气孔分类 焊缝气孔有三种：氢气孔、一氧化碳气孔、氮气孔。 氢气孔： 高温时，氢在液体中的溶解度很大，大量的氢溶入焊缝熔池 中，而焊缝熔池在热源离开后快速冷却，氢的溶解度急速下降，析出氢 气，产生氢气孔。 一氧化碳气孔：当熔池氧化严重时，熔池存在较多的 FeO，在熔池温度 下降时，将发生如下反应： FeO+C = Fe+CO 此时，若熔池已开始结晶，则 CO将来不及逸出，便产生 CO气孔。 熔池氧化愈严重，含碳量愈高，越易产生 CO气孔。 氮气孔：熔池保护不好时，空气中的 氮溶入熔池而产生。 氮、氢的溶解度变化 气孔产生的一般原因和预防措施 焊接部位不洁净容易产生气孔。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。 焊条和焊剂一定要严格按照规定的温度进行烘焙和保温。 要求采取适宜的焊接规范，不要采用过大的焊接电流。 注意控制母材及焊材的化学成分。 焊接速度过快，焊接时操作不当，电弧拉得过长，使得有 较多气体溶入金属溶液内。 焊波接头气孔，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。 气体保护焊时应调节气体流量至适当值。 未焊透 定义及特征 焊接时焊接接头底层未完全熔透的现象。未焊透缺陷有 时为表面缺陷（单面焊缝），有时为内部缺陷 (双面焊缝 )。 未焊透主要影响和削弱截面积引起应力集中，消弱焊接连接 的强度可达 60%-80%。没有熔透的缺陷在施工中经常有发生， 重要结构均不允许存在未焊透。 未焊透产生的一般原因 坡口角度或间隙过小，钝边过大、坡口边缘不齐或装配 不良。 焊接工艺参数选用不当。 焊件坡口表面清理不净、有较厚的油和锈蚀 ,背面清根 不彻底。 焊工操作技术差。 防止未焊透产生的措施 正确选用和加工坡口尺寸。 选择合适的焊接电流和焊接速度，运条摆动要适当，随时注 意调整焊条角度。 认真清除坡口边缘两侧污物，封底焊清根要彻底。 提高焊工的操作技术水平。 未熔合 定义及特征 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，未熔合常伴有夹渣存在。 预防措施 正确选择焊接工艺参数，采用合理的焊接电流。 加强焊工基本技能的培训，认真操作，消除根部未熔合缺陷 产生。 注意层间修整，避免出现沟槽及运条不当而导致未熔合。 正确处理焊接停留时间。 未熔合产生的一般原因 焊接热输入太低，电弧指向偏斜，坡口侧壁有锈垢及 污物，层间清渣不彻底等。 夹渣与夹杂 定义及特征 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。 夹渣与夹杂的一般原因 坡口角度或焊接电流太小。 焊件边缘有氧割或碳弧气刨熔渣，边缘清理不净，有残留 氧化物铁皮和碳化物等。 酸性焊条时 ,由于电流小或运条不当形成糊渣。 碱性焊条时 ,由于电弧过长或极性不正确也会造成夹渣。 预防措施 清除焊道上的杂质、污物，尤其是焊接坡口要保持清洁干燥， 控制铁水与熔渣分离。 按焊接工艺数据要求，选用合适的焊接电流和焊接速度，运 条摆动要适当。 多层焊时 ,加强焊接过程的层道清理，仔细观察坡口两侧熔 化情况 ,每一层都要认真清理焊渣。 使用合适规格的焊条、选用适宜的坡口形式及尺寸。 提高焊工的操作技术水平。 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 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 W18Cr4V（高速工具钢） -45钢棒 对接电阻焊缝中的夹渣断口照片 咬边 定义及特征 在母材与焊缝熔合线附近因为熔化过强会造成熔敷金属与母材 金属的过渡区形成凹陷（沿焊趾的母材部位产生的沟槽和凹陷），沿焊 缝边缘低于母材表面的凹槽状缺陷。可分为外咬边和内咬边。咬边不仅 减少了焊接接头的有效工作截面，而且在咬边处造成严重的应力集中。 咬边缺陷多见于横、立、仰焊。 防止措施 严格按焊接工艺规程要求，选择合适的焊接电流和焊接速度，电弧不应过 长，选用正确的焊条角度和运条方法。 角焊缝更应随时注意控制焊条角度和电弧长度。 加强焊工基本技能培训；加强焊接标准和评定缺陷标准的学习，正确判断 咬边的深度和长度，加强焊工的自检工作，正确处理咬边缺陷。 产生的一般原因 焊接电流过大、电压过高、电弧过长且偏吹。 运条角度不当、手法不稳及焊速不合适。 钢板对接焊缝 X射线照相底片 V型坡口，手工电弧焊，外部咬边 钢板对接焊缝 X射线照相底片 V型坡口，手工电弧焊，内部咬边 焊瘤 定义及特征 焊瘤是焊接时有过多熔化金属流到焊缝附近没有熔化的母材上 的现象；焊瘤在横、立、仰焊中最为常见，常伴有未熔合和夹渣产生。 防止措施 选择合适的焊接电流，适当加快焊速使熔池温度不至过高。 掌握熟练的操作技术，严格控制熔池温度 ,尽量采用短弧焊接（弧长 焊 条直径）。 保持正确的运条角度（与焊件夹角 45度为宜）。 根据不同的焊接位置要，严格地控制熔池的大小。 焊瘤产生的一般原因及危害 操作不熟练和运条方法不当。 电流过大、电弧拉得过长、焊速太慢、熔池温度过高。 它使焊缝的实际尺寸发生偏差，尺寸变化较大处易引起应力集中。 烧穿 定义及特征 母体金属熔化过度时造成的穿透（穿孔）即为烧穿，常见于薄 板焊接。 防止措施 正确选择焊接电流和焊接速度。 严格控制焊件的装配间隙并保持均匀一致。 电弧在焊缝接头处不能长时间停留，要匀速运条。 产生的一般原因 电流过大而焊速太慢。 焊件装配间隙太大。 焊缝的形状和尺寸 定义及特征 焊缝外表沿长度方向高低不平 ,焊波宽窄不齐 , 焊缝截面不丰满 或增强高过高，焊缝外形尺寸过大，成形粗劣 , 错边量、焊后变形较大， 变形量等不符合标准规定的尺寸等。 危害 焊缝的增强高过高会引起应力集中，易产生裂纹。 尺寸过小的焊缝，有效工作截面减少，焊接接头强度降低。 错边和变形过大，有可能使传力扭曲及产生应力集中，造成强度下降。 缺陷原因 焊件坡口角度不当 , 钝边、及装配间隙不均，焊件边缘切割不齐。 焊接电流过大或过小。 运条速度和角度不当、不正确的摇动和移动不均匀。 防止形状缺陷的措施 改善形状和尺寸不足，尤其是角焊缝更要经常注意焊条与 母材的角度 ,以保证焊缝成形均匀一致。 选择合理的坡口角度（ 45 为宜）和均匀的 装配间隙（ 2mm为宜）。 提高焊工的操作技术水平， 根据装配间隙变化，随时 调整焊速及焊条角度。 保持正确的运条角度匀速 运条 。 其他缺陷 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，因而 该处焊缝严重削弱，产生弧坑的原因是熄弧时间过短 ,或焊接突然中断 , 焊接薄板时电流过大。防止产生弧坑的主要措施是在手工焊收弧时 ,焊 条应作短时间停留或作几次环形运条。 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。 焊偏 在焊缝横截面上显示为焊道偏斜或扭曲。 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。 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 GB6417-86 金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明 的规定 金属熔焊焊缝缺陷分为以下几类 第 1类裂纹；第 2类孔穴；第 3类固体夹杂；第 4类未熔合 和未焊透；第 5类形状缺陷和第 6类上述以外的其它缺陷。 本标准按缺陷性质分大类，按其存在的位置及状态分小 类，以表格的方式列出。缺陷用数字序号标记。每一缺陷 大类用一个三位阿拉伯数字标记，第一缺陷小类用一个四 位阿拉伯数字标记。因此，每一数字序号仅适合于某一特 定类型的缺陷。例如， 1021表示“焊缝横向裂纹”， 1023 表示“热影响区横向裂纹”等。 熔焊接头中裂纹的种类及表示方法。 熔焊接头中孔穴的种类及表示方法。 焊接头中固体夹杂的种类及表示方法 未熔合和未焊透的种类及表示方法 形状缺陷的种类及表示方法 其它缺陷的种类及表示方法 数字 序号 名 称 说 明 600 其它缺陷 不能包括在 1 5类缺陷的其它缺陷 601 电弧擦伤 在焊缝坡口外部引弧或打弧时产生于母材金属表面上的局部损伤 602 飞溅 熔焊过程中，熔化的金属颗粒和熔渣向周围飞散的现象。这种飞散出的金属颗粒和熔渣习惯上也称为飞溅 6021 钨飞溅 从钨电极过渡到母材金属表面或凝固焊缝金属表面上的钨颗粒 603 表面撕裂 不按操作规程拆除临时焊接的附件时产生于母材金属表面的损伤 604 磨痕 不按操作规程打磨引起的局部表面损伤 605 凿痕 不按操作规程使用扁铲或其它工具铲凿金属而产生的局部损伤 606 打磨过量 由于打磨引起的焊件或焊缝的不允许的减薄 607 608 定位焊缺陷 层间错位 不按规定程序熔敷的焊道 主梁及小车的受拉区的对接焊缝应进行无损探伤，射线探伤 不低于 GB3323中规定的 级，超声波探伤应符合 GB11345中的 级。 焊缝外部不应有裂纹、孔穴、固体类夹渣、未熔合、未焊透 等目测可见的明显缺陷，焊缝质量评定级别应符合 JB/ZQ4000.3 的规定，对接焊缝为 BS级，角接焊缝为 BK级。 因此，我们有必要对焊接标准中关于焊接缺陷的要求做简单 的介绍。 起重机制造中关于焊接规定技术标准：