焊接缺陷及其预防

焊接技术焊接缺陷及其预防焊接缺欠

焊接接头中一切不连续性、不完善性、不建全性、不均匀性等。缺欠就是有所欠缺。“缺欠”与“瑕疵”同义“焊接缺陷

一种或多种不连续性或缺欠，按其特性或累加效果，使得零件或产品不能符合所提出的最低合用要求，称之为缺陷。缺陷是必须采取修理措施，否则就应报废。焊接缺陷的分类以熔化焊为例，GB/T6417-1998《金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明》中，把熔化焊的缺陷分为如下六类：第一类裂纹第二类孔穴第三类固体夹杂第四类未熔合和未焊透第五类形状缺陷第六类上述以外的缺陷焊接缺陷按缺陷产生在焊缝中的位置不同，可分为：外部缺陷内部缺陷外部缺陷

外部缺陷位于焊缝表面，用肉眼或低倍（5倍）放大镜就可以看到。如焊缝尺寸不符合要求、咬边、弧坑、表面气孔和表面裂纹等。焊缝感观应达到：（GB50205-2001）外形均匀、成型较好，焊道与焊道、焊道与基本金属间过渡平滑，焊渣和飞溅基本清除干净。内部缺陷

内部缺陷位于焊缝内部，这类缺陷可以用破坏性试验或无损探伤的方法来发现。如未焊透、未熔合、夹渣、内部气孔和内部裂纹等。缺陷的危害裂纹焊接缺陷产生应力集中的主要原因，当应力值超过缺陷前部金属材料的断裂强度时，材料就开裂。材料断裂是在应力不断叠加的过程中产生的。脆断脆断由焊接缺陷引起，是一种低应力断裂，没有塑性变形，具有突发性的特点。焊接缺陷种类、产生的原因缺陷名称特征产生原因焊缝尺寸超差焊缝过高、过低、过宽、过窄及不平滑过渡坡口不合适，操作运条不当；焊接电流不稳定；焊接速度不均匀；焊接电弧高、低变化大

咬边靠焊缝边缘的缺陷，沟槽

焊接规范不当；操作技术不正确；焊接电弧偏吹

焊瘤熔化金属流淌到未熔化母材上形成的堆积焊接规范不正确；操作技术不熟练；如立焊时运条不当，容易形成焊瘤

烧穿焊接时母材熔化过深，致使从北面益处坡口角度、间隙过大、焊接电流过大、焊接速度太慢气孔焊缝金属表面或内部产生的孔穴焊件清理不干净，有锈和或氧化物；焊接区域保护不好；电弧过长夹杂（渣）在焊缝金属内的金属或非金属夹杂物焊材质量差；焊接电流过小；熔渣密度大；层间渣渣理不干净缺陷名称特征产生原因热裂纹沿晶界面出现，断口有氧化色，常出现在焊缝上，呈锯齿状母材抗裂性差，焊材不符合技术要求；熔渣密度大焊缝内应力太大冷裂纹断口无明显氧化皮，有金属光泽，产生在过热区中结构设计不合理；焊接顺序不当；未预热或焊后冷却太快再热裂纹沿晶界，且局限在热影响区的粗晶区内焊后热处理工艺不当未焊透母材与焊缝金属根部间的缝隙焊接电流太小；焊接速度太快；坡口太小；操作技术不熟练未熔合母材与焊缝金属间未完全熔合在一起焊接电流过小，且焊接速度太快弧坑焊缝熄弧处低洼处收弧时未填满弧坑背面凹陷焊缝背面形成的缩沟焊接电流大，且焊接速度太快焊接缺陷种类、产生的原因

焊缝表面不符合要求

焊缝表面高低不平；焊缝宽窄不齐、尺寸过大或过小；角焊缝单边以及焊角尺寸不符合要求，均属于焊缝表面尺寸不符合要求．

符合要求的焊缝外观

焊接裂纹

在焊接应力及其它致脆因素的共同作用下，焊接接头局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙叫焊接裂纹。焊接裂具有尖锐的缺口和大的长宽比特征。

焊接冷裂纹

焊接接头冷却到较低温度时（对钢来说在Ms温度一下或2000C-3000C，产生的焊接裂纹叫冷裂纹。主要发生在中碳钢、低合金合中合金高强度钢中。

原因是：焊材本身具有较大的脆硬倾向；焊接熔池中溶解了多量的氢；焊接接头在焊接过程中产生了较大的拘束应力。冷裂纹的特征冷裂纹表面没有氧化色彩，产生的温度区间200-3000C以下。冷裂纹产生的部位焊道下裂纹裂纹的方向与熔合线平行；焊趾裂纹裂纹的方向与焊缝纵向平行；焊根裂纹多发生在焊缝根部。冷裂纹预防措施

1、焊前按规定要求严格烘干焊接材料，以减少氢的来源；

2、采用低氢型碱性焊条和焊剂；

3、焊接脆硬性较强的低合金高强度钢时，采用奥氏体不锈钢焊条；

4、焊前预热；

5、后热；

6、适当增加焊接电流，减慢焊接速度，可减慢热影响区冷却速度，防止形成淬硬组织；

焊接热裂纹焊接过程中,焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹叫热裂纹.产生的原因:

由于熔池金属结晶时，受到拉应力的作用，而凝固时，低熔点共晶体形成的液态薄层共同作用的结果。增大任何一方的作用，都能促使形成热裂纹。预防方法：

1、控制焊缝中有害杂质的含量既碳、硫、磷的含量，减少熔池中低溶点共晶体的形成；

2、预热：以降低冷却速度，改善应力状态；

3、采用碱性焊条：因为碱性焊条的熔渣具有较强脱硫、脱磷的能力；

4、控制焊缝形状，尽量避免得到深而窄的焊缝；

5、采用引弧板和收弧板。

气孔

焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出，残存下来而形成的孔穴叫气孔。分为表面气孔和内部气孔两种。

焊缝表面气孔焊缝内部气孔(X射线)产生原因铁锈和水分对熔池一方面有氧化作用，另一方面又带来大量的氢.焊接方法埋弧焊时由于焊缝大、焊缝厚度深，气体从熔池中逸出困难，故生成气孔的倾向比手焊焊大得多。碱性焊条比酸性焊条对铁锈和水分的敏感大得多，即在同样的铁锈和水分含量下，碱性焊条十分容易产生气孔。采用碱性焊条时，一定要用直流反接，如果使用直流正接，则生成气孔的倾向显著增大。焊接工艺参数焊接速度增加，焊接电流增大，电弧电压升高都会使气孔倾向增加。影响气孔的因素电流种类和极性当采用未经烘干的焊条进行焊条时，使用交流电源，焊缝最易出现气孔；直流正接气孔倾向比较小；直流反接气孔倾向最小。

气孔的预防措施

1、对于手弧焊焊缝两侧各10mm，埋弧自动焊两侧各20mm内，仔细清除焊件表面上的铁锈油脂等污物；2、焊条、焊剂在使用前按规定严格烘干，存在保温筒中，做到随取随用。3、采用合适的焊接工艺参数，使用碱性焊条时，一定要短弧焊。内部无缺陷的X射线片(RT)内部无缺陷的X射线片内部气孔（RT）管子对接焊缝中的气孔

咬边

由于焊接参数选择不当，或操作工艺不正确，沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷叫咬边，见下图。

产生原因主要是由于焊接工艺选择不当，焊接电力太大，电弧过长，运条速度和焊条角度不适当等。防止方法选择正确的焊接电流和焊接速度，电弧要保持稳定，不能拉的过长，掌握正确的运条方法和运条角度。

焊缝根部未焊透

焊接时接头根部未完全熔透的现象叫未焊透，见下例对比图。根部未焊透根部焊透双面焊焊逢的未焊透焊缝内部缺陷单面焊缝的未焊透

焊缝夹渣

焊后残留在焊缝中的熔渣叫夹渣，见下图所示。产生的原因焊接电流太小，以致液态金属和熔渣分不清；焊接速度过快，使熔渣来不及浮起；多层焊时，清渣不干净；焊缝成形系数过小以及手弧焊时焊条焊条角度不正确等。防止方法采用具有良好性能的焊条，正确选用焊接电流和运条角度，焊件坡角度不宜过小，多层焊时，认真清理焊道熔渣。内部夹渣（RT）焊缝中夹钨

焊瘤

焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上，所形成的金属瘤叫焊瘤，见下图所示。

产生原因：操作不熟练和运条角度不当。防止方法：提高操作的技术水平；正确选择焊接工艺参数，灵活调整焊条角度，装配间隙不要过大。严格控制熔池温度，不使其过高。焊穿

第六类缺欠：其他缺欠（GB/T6417-1998）

序号名称说明1电弧檫伤焊缝坡口外部母材金属表面上的局部弧击损伤外2飞溅熔焊过程中，熔化的金属颗粒和熔渣向周围飞溅的现象3钨飞溅从钨电极过渡到母材金属表面或凝固金属表面上的钨颗粒4表面撕裂不按操作规程拆除另时焊接的附件时产生的母材金属表面的损伤5磨痕打磨引起的金属表面损伤6凿痕不按操作规程使用扁铲或其他工具铲凿金属而产生局部损伤7打磨过量由于打磨引起的工件或焊缝的不允许的减薄8定位焊缺欠定位焊不符合焊接要求焊接区中有害气体危害

氢的来源：氢主要来源于焊条药皮、焊剂中的水分、药皮中的有机物、焊件和焊件表面上的污物（油污、铁锈）、空气中的水分等。氢危害：氢是焊缝中十分有害的元素，它的主要有：氢脆性；引起钢的塑性严重下降。产生气孔；冷裂纹；白点；碳钢和低合金钢焊缝如含氢量过高，常常会在焊缝金属的拉断面上出现如鱼目状的一种白色圆形斑点，称为白点。直径一般为0.5mm-3mm。白点的出现使焊缝金属的塑性大大下降。

氧的来源氧主要来自电弧中的氧化性气体（O2、CO2、H2O等），药皮中的氧化物以及焊接材料表面的氧化物。通常氧是以原子氧和氧化亚铁（Fe0）两种形式溶解在液化铁中。危害随着焊缝中含氧量的增加，其强度、硬度和塑性明显下降，同时还会引起金属的热脆、冷脆和时效硬化。氧对焊缝金属的物理化学性能也有影响，如降低焊缝的导电性、导磁性和抗腐蚀性等。溶解在熔池中的氧还易形成CO气孔，还会烧损焊接材料中的有益的合金元素，使焊接性能变坏。在熔滴中，含氧和碳过多时易造成飞溅，影响焊接过程稳定。氮的来源焊接区周围的空气是氮的主要来源。危害氮是提高焊缝金属强度，降低塑性和韧性的元素，并且是焊缝中产生气孔的主要原因之一。铝合金焊接的特点

铝合金重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中，采用铝合金代替钢板材料焊接，结构重量可减轻50%以上。

焊接方法焊接材料保护气体或熔剂预热温度OC焊条电弧焊铜107，焊芯为紫铜（T2、T3）400~500TIG焊丝201(特制紫铜焊丝)和丝202，也采用紫铜丝，如T2。氩气（Ar）气焊（中性焰）丝201、丝202气剂301MIG焊钎焊电阻焊碳弧焊先进焊接方法铝合金的搅拌摩擦焊接

搅拌摩擦焊，是由英国焊接研究所1991年提出的新的固态塑性连接工艺。搅拌摩擦焊接工作原理是用一种特殊形式的搅拌头插入工件待焊部位，通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌摩擦，摩擦产生热使该部位金属处于热塑性状态，并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动，从而使焊件压焊在一起。铝合金的激光焊接

铝及铝合金激光焊接技术是近十几年来发展起来的一项新技术，与传统焊接工艺相比，它具有功能强、可靠性高、无需真空条件及效率高等特点。其功率密度大、热输入总量低、同等热输入量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业自动化等优点，特别对热处理铝合金有较大的应用优势。可提高加工速度并极大地降低热输入，从而可提高生产效率，改善焊接质量。

铝合金的电子束焊接

电子束焊是指在真空环境下，利用会聚的高速电子流轰击工件接缝处产生的热能，使被焊金属熔合的一种焊接方法。

同传统电弧焊接铝合金相比，电子束焊能量密度高3～4

个数量级，与另外一种高能量密度焊接工艺——激光焊接相当。因此焊接接头的热影响区非常小，接头强度较传统焊接方法提高很多。电子束的穿透性能好，可对大厚度的铝合金进行施焊，焊后接头力学性能良好。铝合金焊缝金属的抗裂性能随着焊接能量密度的增加和热输入的减少而增加。所以铝合金电子束焊接接头的抗裂性能要比采用传统焊接方法的焊接接头高很多，一般要比氩弧焊焊缝高出1～1.5倍。铝合金电子束焊焊后残余应力小，变形小，对薄板焊后几乎可做到不变形。铝合金焊接难点：

1、铝合金焊接接头软化严重，强度系数低，这也是阻碍铝合金应用的最大障碍；2、铝合金表面易产生难熔的氧化膜（Al2O3

其熔点为2060℃），这就需要采用大功率密度的焊接工艺；

3、铝合金焊接容易产生气孔；

4、铝合金焊接易产生热裂纹；

5、线膨胀系数大，易产生焊接变形；

6、铝合金热导率大（约为钢的4倍），相同焊接速度下，热输入要比焊接钢材大2～4倍。

铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。

铜合金焊接

工艺要点：1、铜的热导热率比碳钢大7～11倍，当采用的工艺参数与焊接同厚度碳钢差不多时，则铜材很难熔化，填充金属和母材也不能很好地熔合（未熔合）。2、焊接接头的热裂倾向大。焊接时，熔池内铜与其中的杂质形成低熔点共晶物，使铜及铜合金具有明显的热脆性，产生热裂纹。

3、产生气孔的缺陷比碳钢严重得多，主要是氢气孔。4、焊接接头性能的变化。晶粒粗化，塑性下降，耐蚀性下降。紫铜的手工氩弧焊

焊前应对工件焊接边缘和焊丝表面的氧化膜、油等脏物都必须清理干净，避免产生气孔、夹渣等缺陷。清理的方法有机械清理法和化学清理法。

紫铜手工氩弧焊，通常是采用直流正接，即钨极接负极。为了消除气孔，保证焊缝根部可靠的熔合和焊透，必须提高焊接速度，减少氩气消耗量，并预热焊件。板厚小于3mm时，预热温度为150~300℃；板厚大于3mm时，预热温度350~500℃。预热温度不宜过高，否则使焊接接头的机械性能降低。黄铜的手工电弧焊

焊接黄铜除了用铜227及铜237外，黄铜电弧焊时，应采用直流电源正接法，焊条接负极。焊前焊件表面应作仔细清理。坡口角度一般不应小于60~70º，为改善焊缝成形，焊件要预热150~250℃。操作时应当用短弧焊接，不作横向和前后摆动，只作直线移动，焊速要高。与海水、氨气等腐蚀介质接触的黄铜焊件，焊后必须退火，以消除焊接应力。铸铁焊接

铸铁可分类：

①灰口铸铁。

②白口铸铁

③可锻铸铁。

④球墨铸铁。

⑤蠕墨铸铁。

⑥合金铸铁。

铸铁的焊接性铸铁含碳量高，塑性差，组织不均匀，焊接性很差，在焊接时，一般容易出现以下问题：

1、焊后易产生白口组织

2、焊后易出现裂纹

3、焊后易产生气孔

因此,在生产中,铸铁是不作为焊接材料的，一般只用来焊补铸铁件的铸造缺陷以及局部破坏的铸铁件。铸铁的焊补一般采用气焊或焊条电弧焊。铸件焊补常分为热焊法和冷焊法两种。

焊接接头易出现白口及淬硬组织焊缝区当焊缝成分与灰铸铁铸件成分相同时，则在一般电弧焊情况下，由于焊缝冷却速度远远大于铸件在砂型中的冷却速度，焊缝主要为共晶渗碳体+二次渗碳铁+珠光体，即焊缝基本为白口铸铁组织。

防止措施：

1、采用适当的工艺措施来减慢焊逢的冷却速度。如：增大线能量。2、调整焊缝化学成分来增强焊缝的石墨化能力。

3、异质焊缝若采用低碳钢焊条进行焊接，就是采用较小焊接电流，母材在第一层焊缝中所占百分比也将为1／3～1／4。采用异质金属材料焊接时，必须要设法防止或减弱母材过渡到焊缝中的碳产生高硬度组织的有害作用。改变C的存在状态，使焊缝不出现淬硬组织并具有一定的塑性，例如使焊缝分别成为奥氏体，铁素体及有色金属是一些有效的途径。

铸铁焊补裂纹

通常发生在焊缝和热影响区，产生的原因是铸铁的抗拉强度低，塑性很差（400℃以下基本无塑性），而焊接应力较大，且接头存在白口组织时，由于白口组织的收缩率更大，裂纹倾向更加严重，甚至可使整条焊缝沿熔合线从母材上剥离下来。防止裂纹的主要措施有：

1、采用纯镍或铜镍焊条、焊丝，以增加焊缝金属的塑性；

2、加热减应区以减小焊缝上的拉应力；

3、采取预热、