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焊接缺陷焊接缺陷是焊接过程中在焊接接头产生的金属不连续、不致密或连续不良的现象。常见的焊接缺陷：裂纹、未焊透、未熔合、夹渣、气孔、咬边及焊缝成形不良等。在锅炉压力容器的焊接生产过程中，由于多种原因会在焊缝及热影响区产生各种缺陷。焊接缺陷的形成，不仅会降低结构的性能，影响结构的安全使用，严重时还将导致脆性破坏，引起重大事故。因此，必须了解缺陷产生的原因，才能掌握预防措施，生产出合格的焊接产品。焊接缺陷示图焊接裂纹气孔咬边焊缝外观不良焊接缺陷分类焊接缺陷从宏观上看，可分为：裂纹未熔合未焊透夹渣气孔形状缺陷（又称焊缝金属表面缺陷或叫接头的几何尺寸缺陷，如咬边，焊瘤等。）1.裂纹（焊接裂纹）：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的新界面而产生缝隙，称为焊接裂纹。它具有尖锐的缺口和大的长宽比特征。裂纹是焊接缺陷中危害性最大的一种，焊接结构的破坏大部分是由于裂纹造成。裂纹是一种面积型缺陷，具有三维尺寸的缺陷称为体积型缺陷，具有二维尺寸（第三维尺寸极小）的缺陷称为面积型缺陷，它的出现将显著减少承载截面积，更严重的是裂纹端部形成尖锐缺口，应力高度集中，很容易扩展导致破坏。产生机理：冶金因素指的是由于焊缝产生不同程度的物理与化学状态的不均匀，如低熔共晶组成元素S、P、Si等发生偏析、富集导致的热裂纹。此外，在热影响区金属中，快速加热和冷却使金属中的空位浓度增加，同时由于材料的淬硬倾向，降低材料的抗裂性能，在一定的力学因素下，这些都是生成裂纹的冶金因素。力学因素由于快热快冷产生了不均匀的组织区域，由于热应变不均匀而导至不同区域产生不同的应力，造成焊接接头金属处于复杂的应力——应变状态。内在的热应力、组织应力和外加的拘束应力，以及应力集中相叠加构成了导致接头金属开裂的力学条件。按其方向可分为纵向裂纹、横向裂纹，辐射状（星状）裂纹。按发生的部位可分为根部裂纹、弧坑裂纹，熔合区裂纹、焊趾裂纹及热响裂纹。按产生的温度可分为热裂纹（如结晶裂纹、液化裂纹等）、冷裂纹（如氢致裂纹、层状撕裂等）以及再热裂纹。裂纹产生的特点（一）热裂纹热裂纹：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。这种裂纹的特征是沿奥氏体晶界开裂，裂纹多贯穿于焊缝表面；断口被氧化，呈氧化色；裂纹末端略呈圆形。热裂纹产生的部位：焊接热裂纹通常产生于焊缝金属内，也可能在焊接熔合线邻近的热影响区组织内(母材金属)，发生在弧坑中的热裂纹往往是星状的。一般出现在低碳钢、低合金钢和奥氏体不锈钢等热裂纹的分类：结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹热裂纹产生的原因：焊缝中低熔点共晶组成元素S、P、Si等发生偏析、富集，导致大量低熔点的共晶物聚集于晶界上,在冷却结晶过程中,焊缝收缩而产生拉力,使焊缝在高温时沿晶界开裂，从而产生热裂纹。热裂纹的预防措施冶金方面：控制焊缝化学成分，严格控制会形成低熔点共晶的杂质元素含量；改变焊缝组织状态，细化晶粒。工艺方面：①控制焊缝形状，从焊接构件设计和焊接工艺上设法尽量减少在脆性温度区间的拉伸应变；②合理选用焊接材料（一般选用具有较强脱硫能力的碱性焊条和焊剂）；③制定合理的焊接工艺规范，选择合理的焊接方向和焊接顺序；④使用引弧板，尽量减少焊接热作用。（二）冷裂纹冷裂纹：焊接接头冷却到较低温度时(对于钢来说在MS温度，即奥氏体开始转变为马氏体的温度以下)产生的焊接裂纹。最主要、最常见的冷裂纹为延迟裂纹（即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹---因为氢是最活跃的诱发因素，而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间）。冷裂纹产生的部位：在热影响区和焊缝的根部，基本上与焊缝轴线垂直。主要发生在高、中碳钢，低、中合金高强度钢的焊接热影响区。冷裂纹的特性：①起源多发生在具有缺口效应的焊接HAZ或物理化学不均匀的氢聚集的局部地带；②可以在焊后立即出现，也有时要经过一段时间才出现，开始少量出现，随时间逐渐增多和扩散；③是无分叉的纯裂纹，电子显微镜断口检查发现，它是一种穿晶型裂纹或穿晶与沿晶混合型裂纹，在淬硬性较大钢中，一般是沿晶裂纹，而在淬硬性低的钢中，则是穿晶裂纹。冷裂纹产生原因：焊接接头存在淬硬组织，性能脆化；组织对裂纹的敏感性大致按下列顺序增大：F或P—B下—ML—B上—B粒——岛状M—A组元（M-A）—高碳孪晶M扩散氢含量较高，使接头性能脆化，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；存在较大的焊接拉应力。冷裂纹的预防措施：用碱性焊条，减少焊缝金属中氢含量、提高焊缝金属塑性；减少氢来源，焊材要烘干，接头要清洁（无油、锈、水）；避免产生淬硬组织，焊前预热、焊后缓冷；降低焊接应力，采用合理的工艺规范，焊后热处理等；焊后立即进行消氢处理（即加热到250℃左右，保温，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面）。高强钢热影响区（HAZ）延迟裂纹的形成过程示意图（三）再热裂纹再热裂纹：焊后焊件在一定温度范围内再次加热（消除应力热处理或其它加热过程）而产生的裂纹。再热裂纹产生的部位：通常在熔合线附近的粗晶区中，从焊趾部位开始，延向细晶区停止。再热裂纹产生的原因：钢中碳化物形成元素Cr、Mo、V等的沉淀强化造成的晶内二次强化作用。再热裂纹机理：焊接时，熔合线附近的热影响区金属被加热到1300℃以上的高温，此时碳化物相继分解，碳化物形成元素Cr、Mo、V等溶于奥氏体中。在快冷过程中，上述元素来不及析出而以过饱和的形式保留在奥氏体中。焊后再次加热时，在温度作用下碳化物从固溶体中析出，在原奥氏体晶粒内呈弥散分布，使晶粒明显强化，即晶粒强度升高，变形困难。由于应力松驰而产生的塑性变形就会集中在强度较低的晶界，使之产生滑移，晶界移滑往往显示出很低的抗变形能力，从而导致晶界开裂。防止产生再热裂纹的方法：母材及焊接材料的选用。预热预热温度为200～450℃。若焊后能及时后热，可适当降低预热温度。例如，18MnMoNb钢焊后在180℃热处理2h，预热温度可降低至180℃。焊接线能量的控制。一般来说，增大线能量可以降低拘束力，能使再热裂纹倾向有所减小；若线能量大得使奥氏体晶粒粗化严重，则促使再热裂纹倾向增大。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。减少焊接应力,合理地安排焊接顺序、减少余高、避免咬边及根部未焊透等缺陷以减少焊接应力二、未焊透和未熔合1、未焊透焊接时接头根部未完全熔透的现象，也就是焊件的间隙或钝边未被熔化而留下的间隙，或是母材金属之间没有熔化，焊缝熔敷金属没有进入接头的根部造成的缺陷。未焊透可分为双面焊未焊透和单面焊未焊透两种单V坡口未焊透X坡口未焊透产生未焊透缺陷的主要原因：焊接电流过小，焊接速度过快；坡口角度太小，间隙太小，根部钝边过大；焊条角度不当；电弧太长或偏吹（偏弧）等；双面焊背面清根不彻底。未焊透的危害性：未焊透也是一种比较危险的缺陷，其危害性取决于缺陷的形状、深度和长度。它除降低焊缝的强度外，也容易在未焊透区域延伸成裂纹，导致材料断裂，尤其连续未焊透更是一种危险缺陷。2.未熔合熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未完全熔化结合的部分。点焊时母材与母材之间未完全熔化结合的部分。未熔合可分为坡口未熔合、焊道之间未熔合（包括层间未熔合）、焊缝根部未熔合。按其间成分不同，可分为白色未熔合（纯气隙、不含夹渣）、黑色未熔合（含夹渣的）。坡口未熔合焊道未熔合焊缝根部未熔合产生未熔合缺陷的原因：电流太小或焊速过快（线能量不够）；电流太大，使焊条大半根发红而熔化太快，母材还未到熔化温度便覆盖上去。坡口有油污、锈蚀；焊件散热速度太快，或起焊处温度低；操作不当或磁偏吹，焊条偏弧等。未熔合的危害性：是一种类似于裂纹的极其危险的缺陷。未熔合本身就是一种虚焊，在交变载荷工作状态下，应力集中，极易开裂，是最危险缺陷之一。三、夹渣夹渣是指焊缝金属中残留有外来固体物质所形成的缺陷，以及焊后残留在焊缝中的金属颗粒。夹渣是焊接过程中比较容易产生的缺陷，通常尤以残留在焊缝金属中的熔剂形成的夹渣最为常见。熔剂夹渣：是指焊条药皮或焊剂不溶物而产生的夹渣物。金属夹渣：是指焊缝金属中残留的金属颗粒。如：钨金属。夹渣在焊缝中的形状有：单个点状夹渣、条状夹渣、链状夹渣和密集夹渣等。按形态：夹渣可分为点状夹渣、块状夹渣、条状夹渣等。单个点状夹渣条状夹渣产生非金属夹渣的主要原因：焊接电流太小，焊接速度太快：熔池金属凝固过快；运条不正确；铁水与熔渣分离不好；层间清渣不彻底等。产生金属夹渣的主要原因：焊接电流过大或钨极直径太小；氩气保护不良引起钨极烧损；钨极触及熔池或焊丝而剥落。夹渣的危害性：夹渣是一种体积型缺陷，容易被射线照相检出。夹渣会减少焊缝受力截面。夹渣的棱角容易引起应力集中，成为交变载荷下的疲劳源。四、气孔气孔是指焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出，而残留下来所形成的空穴。气孔产生的机理：是由于气体熔解于液态金属内，在冷却中金属熔解度降低，部分气体企图进入大气，但遇到金属结晶的阻力，使它不能顺利的逸出而残留于金属内，形成了内气孔，或逸在表面形成外气孔。气孔分类：氢气孔、CO气孔、氮气孔气孔的特性：氢气孔由氢引起，可出现于焊缝表面，也存在于内部，其断面形状多为螺钉形，表面呈圆喇叭口形，且气孔四周有光滑的内壁。CO气孔多存在于焊缝内部，且沿结晶方向，有的如条虫状、表面光滑。气孔产生的原因：焊条或焊剂受潮，或者未按要求烘干。焊条药皮开裂、脱落、变质等；焊芯或焊丝生锈或表面有油，工件坡口有锈、油、水分（铁锈中含结晶水，高温时分解出氢、氧）等；焊接参数不当，如电流偏小、焊接速度过快等使熔池温度降低，熔池存在时间短；电弧电压高或电弧偏吹；碱性焊条引弧和熄弧方法不当都容易产生气孔；单面焊双面成形打底焊操作不熟练，焊条角度不当使熔池保护不好；填充金属给送过多，导致熔池增大，灭弧间歇时间长影响气体在有效时间内逸出；埋弧焊电弧电压过高或网路电压摆动等气孔的危害性：焊缝中由于气孔的残留，必然减少焊缝金属的有效截面，从而使焊接接头的强度降低。特别是密集气孔会使焊缝不致密，降低接头塑性和引起构件的焊缝处泄漏。气孔与裂纹和未焊透比较，它的危害性要差一些，所以标准中允许限量存在。但是，要力求焊缝无气孔或尽量减少气孔数量。五、形状缺陷形状缺陷是指焊缝金属表面成形不良或其他原因造成的缺陷，包括咬边、烧穿，根部内凹，冷缩孔、弧坑、焊瘤，未焊满，搭接不良等。1.咬边沿焊趾的母材部位被电弧熔化时所成的沟槽或凹陷，称咬边，它有连续和断续之分。在底片的焊缝边缘（焊趾处），靠母材侧呈现出粗短的黑色条状影像。黑度不均匀，轮廓不明显，形状不规则，两端无尖角。咬边可为焊趾咬边和根部（包部带垫板的焊根内咬边）咬边。如右图咬边2.凹坑（内凹）：焊后焊缝表面或背面（根部）所形成低于母材的局部低洼部分，称为凹坑（根部称内凹），在底片上的焊缝影像中多呈现为不规则的圆形黑化区域，黑度是由边缘向中心逐渐增大，轮廓不清晰。咬边产生的主要原因：焊条电弧焊时，焊接电流过大、电弧长、运条和焊条角度不当，多在立焊、横焊、仰焊时出现。埋弧焊主要是焊接电流过大、焊接速度快、焊丝角度不当所造成。凹坑因未焊满焊缝所造成，也因焊缝蹋落引起3.焊瘤：焊接时熔化金属流淌到焊缝以外，未熔化的母材上所形成的金属瘤。由于厚度不同或内径不等（椭圆度）造成的错口而引起的，大多出现在管子的对接环缝中。在底片上的主要特征是在焊根的一侧出现直线性较强的（明显可见钝边加工痕迹）黑线。轮廓清晰，黑度不均匀，从焊根的焊趾线向焊缝中心是逐渐减小，直至边界消失。靠焊根形成的黑线，是之外的母材表面而未与母材熔合在一起所形成的球状金属物。在底片上多出现在焊趾线（并覆盖焊趾）外侧光滑完整的白色半圆形的影像，焊瘤与母材之间为层状未熔合，瘤中常伴有密集气孔。焊瘤4.烧穿：焊接过程中，熔化金属由焊缝背面流出后所形成的空洞，称烧穿。它可分为完全烧穿（背面可见洞穴）和不完全烧穿（背面仅能见凸起的鼓疱），在底片的焊缝焊接时