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AmericanWeldingSociety&MoodyInternational1of22Module009第九单元第九单元第九单元第九单元焊缝和母材的不连续焊缝和母材的不连续焊缝和母材的不连续焊缝和母材的不连续目目目目录录录录介绍……………………………………………………………………………………………………….2不连续……………………………………………………………………………………………………..3总结…………………………………………………………………………………………………….….20关键术语和定义…………………………………………………………………………………………..20AmericanWeldingSociety&MoodyInternational2of22Module009第九单元第九单元第九单元第九单元焊缝和母材的不连续焊缝和母材的不连续焊缝和母材的不连续焊缝和母材的不连续介绍介绍介绍介绍焊接检验师很重要的一项工作就是评估焊缝是否符合要求。在评估的各个阶段中，检验师必须检验焊缝或焊件中的不规则，我们经常把这些不规则叫做不连续。通常不连续就是一个均匀连续物体中的中断。因此，高速公路上的一个碰撞处就可以认为是一个不连续，因为它中断了光滑连续的路面。焊接中我们所担心的不连续是裂纹，气孔，咬边和未熔合等。了解这些不连续对焊接检验师来说是非常重要的，原因有很多，首先，焊接检验师经常会对焊缝进行外观检查，看是否存在这些不连续。发现不连续后，焊接检验师必须要有能力来描述它们的特性，位置和范围，从而判定按照相应的规范要求，该不连续是否需要返修。如果需要作进一步处理，焊接检验师必须有能力准确地描述出该不连续的范围，以便生产人员进行返修。在描述这些不连续前，很有必要知道不连续和缺陷之间的差异。人们经常会把这两个术语混淆起来。作为一个焊接检验师，你应该知道不连续和缺陷这两个术语之间的差别。不连续的特点就是引入了不规则从而成为一个不连续的结构，而缺陷是特殊的不连续，它能损害构件的使用。也就是说，缺陷也是一种不连续，按相应的规范，这种不连续大量产生时会损害构件的使用。为了衡量一个特定的不连续是否是一个真正的缺陷，必须有一些标准来规定这些不连续的合格限值。当不连续的尺寸或密集度超过了这些限值，那么它就是缺陷。所以我们可以认为缺陷就是一个“不合格的不连续”。因此，我们说它是一个缺陷就意味着它是不合格的，应作进一步的处理，使得它符合相关规范规定的要求。根据构件的不同用途，不连续可能是缺陷，也可能不是缺陷。因此，每个行业有不同的标准或规范来规定不连续的合格限值。因此，以下对焊缝不连续的讨论仅限于它们的特性，原因和处理，而不参照特定的合格限值。只有按某一个适用的标准，才能判断是合格的不连续或是不合格的缺陷。尽管如此，我们还是讨论一下不连续的影响和危害程度。这样的讨论可以有助于你了解为什么有些不连续不管它的尺寸和范围如何都是不合格的，而其它一些少量的不连续是可以接受的。有种方法可以解释不连续的形状。不连续的形状可分为两类：线性和非线性。线性不连续的长度要比宽度大的多。而非线性不连续的长度和宽度相当。在垂直于应力方向上的线性不连续要远比非线性不连续危害性大的多，因为线性不连续更容易扩展从而导致失效。另外，不连续的危害程度与它端部的形状有关。端部的形状是指不连续端点的形状。一般来说，不连续端部越尖锐，它的危害性就越大。这是因为尖锐的不连续更容易延伸。同样的，这也取决于不连续与所受应力之间的方向。我们经常把线性不连续与它的端部形状综合考虑。所以，如果在垂直于应力方向有一个端部很尖锐的线性不连续，那么这个线性不连续对该构件的承载能力是有很大危害的。如果我们把不连续按照它们端部尖锐程度来分，从最尖锐的开始排序，一般为裂纹，未熔合，未焊透，夹渣和气孔。这个顺序与大多数规范也是一样的。极少数情况下允许有裂纹。未熔合也不允许存在或仅允许有少量。大多数的规范允许有少量的未焊透、夹渣和气孔存在。不同的行业和工况，允许的量也不同。但是一般来说，不连续越尖锐，就越限制它的存在。为了进一步说明不连续端部的重要性，我们来看一个例子，在这个例子中，你将看到我们将使用一种技术来阻止裂纹的延伸，这种技术可能你也用过。这种技术就是在裂纹端部钻一个止裂孔。虽然这种技术并不能矫正裂纹，但是它能阻止裂纹的延伸。这是因为在裂纹端部钻的孔可以降低应力集中，从而可以使开裂处能够承受相应的载荷，裂纹不会继续延伸。AmericanWeldingSociety&MoodyInternational3of22Module009还有一种方法就是按照构件所受的载荷来判别不连续的危害性。举个例子，如果一条焊缝是压力边界，那么一旦焊缝中的不连续占整个壁厚很大比例时，那么这些不连续将是很危险的。这时如果构件是受疲劳载荷（如循环载荷），这些不连续会在表面产生很尖锐的凹痕，从而使构件更容易失效。这些表面的凹痕产生应力集中，也就是在凹痕处应力得到集中或放大。这样的应力集中会导致局部过载，哪怕整个截面的应力很低。应力集中放大处所受载荷可用应力集中系数来表示，尖锐的表面裂纹，其应力集中系数可高达10。这就好比你想折断一根焊丝。你可以来回弯曲焊丝直至断裂。但是你得弯很多次才能使焊丝断裂。假如你拿一根同样的焊丝，把它放在一个硬表面上，拿边缘尖锐的凿锤击打，就会在焊丝的表面形成一个很尖锐的凹痕。现在你只需弯一两次就可以折断焊丝，这是由于凹痕处的应力集中。因此，对承受疲劳载荷的构件来说，表面不应有不连续以避免产生尖锐的凹痕。所以，受疲劳载荷构件的表面通常要求机加工，以使表面很光滑。应避免几何形状的突变。对于这些构件，目视检查是一个很有效的方法。因此，作为一名焊接检验师，在判定这些构件是否运行良好中扮演着非常重要的角色。焊接检验师可以从构件表面的不连续或它的尖锐程度来判定这些构件是否满足工况要求。不连续不连续不连续不连续对不连续有了一个大概的了解后，让我们来探讨一下在日常检验中常见的焊缝和母材的不连续。以下所列的是一些不连续，它们的定义可参照AWS标准A3.0“焊接术语和定义标准”，或可参照本单元后面的“关键术语和定义”部分。•裂纹•未熔合•未焊透•杂质•夹杂•夹钨•气孔•咬边•未焊满•焊瘤•焊缝凸起•焊缝加强高•引弧烧伤•飞溅•夹层•层状撕裂•划伤和结疤•尺寸裂纹裂纹裂纹裂纹首先讨论的是裂纹，也是最危险的不连续。之所以危害性最大是因为裂纹是线性不连续，而且它的端部非常尖锐。正是因为裂纹的端部非常尖锐，所以它在有应力的情况下易于扩展和延伸。当载荷或应力超过构件的抗拉强度时会产生裂纹。换句话说，在过载的情况下会AmericanWeldingSociety&MoodyInternational4of22Module009产生裂纹。焊接时或是有载荷时可产生应力。载荷没有超过构件的最大承载能力时，已存在的缺口或应力集中处可产生局部应力集中而超过了构件的抗拉强度，这时，裂纹就在应力集中处产生了。因此，裂纹通常跟表面和内部的不连续有关，因为这些不连续会产生应力集中，而这些不连续是跟焊接有关的。可用不同的方法对裂纹分类。其中一种方法就是把裂纹分成热裂纹和冷裂纹。所谓的冷裂纹和热裂纹是指产生裂纹时的金属温度。我们常用这种方法来区分裂纹是怎么产生的，因为有些裂纹可分为冷裂纹或热裂纹。热裂纹是在金属凝固时的高温下产生的，这种裂纹是在晶间扩展的，也就是说，这种裂纹是在晶粒间形成的。如果我们观察一个热裂纹的断裂面，我们会看到各种回火的颜色说明热裂纹是在高温下产生的。冷裂纹是在金属冷却到室温后产生的。那些在在役条件下形成的裂纹也是冷裂纹。延迟裂纹、焊道下裂纹、氢致裂纹都是冷裂纹。冷裂纹可在晶粒间或晶粒内扩展。裂纹还可以按它与焊缝纵轴的方向来分类。与焊缝纵轴平行的裂纹为纵向裂纹。同样的，与焊缝纵轴垂直的裂纹为横向裂纹。这些裂纹多形成于焊缝或母材。纵向裂纹是由于焊接的横向收缩应力或是在役应力形成的。图9.1是在坡口焊中部的纵向裂纹。焊缝表面的气孔使裂纹更易扩展。横向裂纹通常是由于焊缝的纵向收缩应力或是母材韧性差而造成的。图9.2是HY-130钢GMAW焊时形成的两条横向裂纹，已经延伸到了母材内。图9.3是角焊缝中焊喉的裂纹。我们还可以按照它们在焊缝中的不同位置分类。包括：焊喉、根部、焊趾、弧坑、焊道下、热影响区和母材的裂纹。所谓焊喉裂纹是因为裂纹是沿着焊喉延伸，或者是沿着焊缝截面的最小通经延伸。它们通常是纵向裂纹也是热裂纹。焊喉裂纹可在焊缝表面看得到。因此，术语“中心裂纹”通常就是指这种情况。在垂直于焊缝轴线上拘束度大的接头，尤其当焊缝截面小的时候容易形成焊喉裂纹。因此，根部焊道单薄或是内凹的角焊缝可能会产生焊喉裂纹，因为它们减小了截面积从而使接头承受不了横向的焊缝收缩应力。图9.4是一个角焊缝焊喉裂纹的例子。AmericanWeldingSociety&MoodyInternational5of22Module009根部裂纹通常是纵向的，但是它们可能会在焊缝或母材内扩展。之所以叫它根部裂纹是因为它们通常在焊缝根部或是根部表面形成。与焊喉裂纹一样，它们通常与焊接收缩应力有关。因此，它们通常是热裂纹。接头装配或准备不当会导致根部裂纹。比如，根部间隙过大会导致应力集中而产生根部裂纹。焊趾裂纹是指焊趾处开裂而扩展到母材。焊缝的几何形状，如焊缝加强高或内凹可能会在焊趾处形成应力集中。再加上热影响区的金相组织韧性较差，从而更易产生焊趾裂纹。焊趾裂纹通常是冷裂纹。焊趾开裂是由焊接横向收缩应力或在役应力造成的，或是两者兼而有之。焊接件在役时的疲劳载荷往往是产生焊趾裂纹的主要原因。图9.5是典型的焊趾裂纹。弧坑裂纹发生在单个焊道的终点处。如果焊工在收弧的时候没有完全填满熔池，将在收弧处形成浅滩或是弧坑。这样的薄弱区域，再加上焊接收缩应力，将形成弧坑裂纹或是网络状的裂纹，这些裂纹都是以弧坑为中心向外散发。当弧坑裂纹是以径向分布时，通常也称为弧坑星状裂纹。由于弧坑裂纹是在焊接熔池凝固时产生的，所以它也是一种热裂纹。图9.6是发生在铝GTAW焊道上的弧坑裂纹。弧坑裂纹的危害性很大，因为裂纹很容易扩展。如图9.7所示。尽管弧坑裂纹主要是由于焊工收弧时操作不当有关，也与填充金属有关，因为如果填充金属流动性好，那么焊缝凝固时会形成一个表面凹的焊缝。比如牌号后两位是-16的不锈钢药皮焊条（如E308-16，E309-16，E316-16等）。牌号后两位为-16的是二氧化钛型的药皮，这种类型的药皮焊条会形成平的或微微凹的焊缝。因此，当焊工使用这些焊条时必须非常小心地添满弧坑以防止产生弧坑裂纹。接下来是焊道下裂纹。尽管是与焊接操作有关，但是焊道下裂纹是位于热影响区而不是焊缝金属。顾名思义，它靠近热影响区的熔合线。从截面上看，焊道下裂纹通常与焊道熔合线平行。AmericanWeldingSociety&MoodyInternational6of22Module009图9.8是典型的焊道下裂纹的外型。它们在内部所以很难发现。但是，它们也可能会扩展到表面，这样外观检验时也能发现。焊道下裂纹是一种非常有害的裂纹，因为它可能会在焊接很多小时以后才开始扩展。所以焊道下裂纹也称为延迟裂纹。因此，对于有焊道下裂纹倾向的材料，应在焊后冷却至室温后48至72小时以后再进行最终检验。高强钢易于产生这种裂纹。（如ASTMA514）焊道下裂纹是因为焊接区有氢的存在。氢可能来自于填充金属、母材、大气或是焊接件表面的污物。如果焊接时有氢存在的话，氢可能会进入热影响区。当金属发热时可溶解大量的氢离子H+。但是当金属凝固时，金属溶解氢的能力将下降。氢离子就会移动到热影响区的晶粒边界。这时，单个的氢原子合成氢分子（H2）。由于氢分子体积大，不能在金属结构中移动。所以这些氢分子就沉积下来。这时，如果周围的金属韧性不好的话，由于这些沉积的氢分子导致内部压力增加而产生焊道下裂纹。作为一名焊接检验师，你应该意识到这个潜在的问题以防止它的发生。防止产生焊道下裂纹最好的方法是，当焊接有这种裂纹倾向的材料时，消除氢的来源。比如手