焊接缺陷与焊接质量检验

焊接缺陷与焊接质量检验
一般常见的焊接缺陷可分为四类：
（1）焊缝尺寸不符合要求：如焊缝超高、超宽、过窄、高低差过大、焊缝过渡到母材不圆滑等。

（2）焊接表面缺陷：如咬边、焊瘤、内凹、满溢、未焊透、表面气孔、表面裂纹等。

（3）焊缝内部缺陷：如气孔、夹渣、裂纹、未熔合、夹钨、双面焊的未焊透等。

（4）焊接接头性能不符合要求：因过热、过烧等原因导致焊接接头的机械性能、抗腐蚀性能降低等。

焊接缺陷对焊接构件的危害，主要有以下几方面：
（1）引起应力集中。

焊接接头中应力的分布是十分复杂的。

凡是结构截面有突然变化的部位，应力的分布就特别不均匀，在某些点的应力值可能比平均应力值大许多倍，这种现象称为应力集中。

造成应力集中的原因很多，而焊缝中存在工艺缺陷是其中一个很重要的因素。

焊缝内存在的裂纹、未焊透及其他带尖缺口的缺陷，使焊缝截面不连续，产生突变部位，在外力作用下将产生很大的应力集中。

当应力超过缺陷前端部位金属材料的断裂强度时，材料就会开裂破坏。

（2）缩短使用寿命。

对于承受低周疲劳载荷的构件，如果焊缝中的缺陷尺寸超过一定界限，循环一定周次后，缺陷会不断扩展，长大，直至引起构件发生断裂。

（3）造成脆裂，危及安全。

脆性断裂是一种低应力断裂，是结构件在没有塑性变形情况下，产生的快速突发性断裂，其危害性很大。

焊接质量对产品的脆断有很大的影响。

一、焊接缺陷
（一）焊接变形
工件焊后一般都会产生变形，如果变形量超过允许值，就会影响使用。

焊接变形的几个例子如图2-19所示。

产生的主要原因是焊件不均匀地局部加热和冷却。

因为焊接时，焊件
仅在局部区域被加热到高温，离焊缝愈近，温度愈高，膨胀也愈大。

但是，加热区域的金属因受到周围温度较低的金属阻止，却不能自由膨胀；而冷却时又由于周围金属的牵制不能自由地收缩。

结果这部分加热的金属存在拉应力，而其它部分的金属则存在与之平衡的压应力。

当这些应力超过金属的屈服极限时，将产生焊接变形；当超过金属的强度极限时，则会出现裂缝。

（二）焊缝的外部缺陷
1.焊缝增强过高如图2-20所示,当焊接坡口的角度开得太小或焊接电流过小时，均会出现这种现象。

焊件焊缝的危险平面已从M-M平面过渡到熔合区的N-N平面，由于应力集中易发生破坏，因此，为提高压力容器的疲劳寿命，要求将焊缝的增强高铲平。

2.焊缝过凹如图2-21所示，因焊缝工作截面的减小而使接头处的强度降低。

3.焊缝咬边在工件上沿焊缝边缘所形成的凹陷叫咬边，如图2-22所示。

它不仅减少了接头工作截面，而且在咬边处造成严重的应力集中。

4.焊瘤熔化金属流到溶池边缘未溶化的工件上，堆积形成焊瘤，它与工件没有熔合，见图2-23。

焊瘤对静载强度无影响，但会引起应力集中，使动载强度降低。

5.烧穿如图2-24所示。

烧穿是指部分熔化金属从焊缝反面漏出，甚至烧穿成洞，它使接头强度下降。

以上五种缺陷存在于焊缝的外表，肉眼就能发现，并可及时补焊。

如果操作熟练，一般是可以避免的。

（三）焊缝的内部缺陷
1.未焊透未焊透是指工件与焊缝金属或焊缝层间局部未熔合的一种缺陷。

未焊透减弱了焊缝工作截面，造成严重的应力集中，大大降低接头强度，它往往成为焊缝开裂的根源。

2.夹渣焊缝中夹有非金属熔渣，即称夹渣。

夹渣减少了焊缝工作截面，造成应力集中，会降低焊缝强度和冲击韧性。

3.气孔焊缝金属在高温时，吸收了过多的气体（如H2）或由于溶池内部冶金反应产生的气体（如CO），在溶池冷却凝固时来不及排出，而在焊缝内部或表面形成孔穴，即为气孔。

气孔的存在减少了焊缝有效工作截面，降低接头的机械强度。

若有穿透性或连续性气孔存在，会严重影响焊件的密封性。

4.裂纹焊接过程中或焊接以后，在焊接接头区域内所出现的金属局部破裂叫裂纹。

裂纹可能产生在焊缝上，也可能产生在焊缝两侧的热影响区。

有时产生在金属表面，有时产生在金属内部。

通常按照裂纹产生的机理不同，可分为热裂纹和冷裂纹两类。

（1）热裂纹热裂纹是在焊缝金属中由液态到固态的结晶过程中产生的，大多产生在焊缝金
属中。

其产生原因主要是焊缝中存在低熔点物质（如FeS，熔点1193℃ ），它削弱了晶粒间的联系，当受到较大的焊接应力作用时，就容易在晶粒之间引起破裂。

焊件及焊条内含S、Cu等杂质多时，就容易产生热裂纹。

热裂纹有沿晶界分布的特征。

当裂纹贯穿表面与外界相通时，则具有明显的氢化倾向。

（2）冷裂纹冷裂纹是在焊后冷却过程中产生的，大多产生在基体金属或基体金属与焊缝交界的熔合线上。

其产生的主要原因是由于热影响区或焊缝内形成了淬火组织，在高应力作用下，引起晶粒内部的破裂，焊接含碳量较高或合金元素较多的易淬火钢材时，最易产生冷裂纹。

焊缝中熔入过多的氢，也会引起冷裂纹。

裂纹是最危险的一种缺陷，它除了减少承载截面之外，还会产生严重的应力集中，在使用中裂纹会逐渐扩大，最后可能导致构件的破坏。

所以焊接结构中一般不允许存在这种缺陷，一经发现须铲去重焊。

二、焊接的检验
对焊接接头进行必要的检验是保证焊接质量的重要措施。

因此，工件焊完后应根据产品技术要求对焊缝进行相应的检验，凡不符合技术要求所允许的缺陷，需及时进行返修。

焊接质量的检验包括外观检查、无损探伤和机械性能试验三个方面。

这三者是互相补充的，而以无损探伤为主。

（一）外观检查
外观检查一般以肉眼观察为主，有时用5－20倍的放大镜进行观察。

通过外观检查，可发现焊缝表面缺陷，如咬边、焊瘤、表面裂纹、气孔、夹渣及焊穿等。

焊缝的外形尺寸还可采用焊口检测器或样板进行测量。

（二）无损探伤
隐藏在焊缝内部的夹渣、气孔、裂纹等缺陷的检验。

目前使用最普遍的是采用X射线检验，还有超声波探伤和磁力探伤。

X射线检验是利用X射线对焊缝照相,根据底片影像来判断内部有无缺陷、缺陷多少和类型。

再根据产品技术要求评定焊缝是否合格。

超声波探伤的基本原理如图2-25所示。

超声波束由探头发出，传到金属中，当超声波束传到金属与空气界面时，它就折射而通过焊缝。

如果焊缝中有缺陷，超声波束就反射到探头而被接受，这时荧光屏上就出现了反射波。

根据这些反射波与正常波比较、鉴别，就可以确定缺陷的大小及位置。

超声波探伤比X光照相简便得多，因而得到广泛应用。

但超声波探伤往往只能凭操作经验作出判断，而且不能留下检验根据。

对于离焊缝表面不深的内部缺陷和表面极微小的裂纹，还可采用磁力探伤。

（三）水压试验和气压试验
对于要求密封性的受压容器，须进行水压试验和（或）进行气压试验，以检查焊缝的密封性和承压能力。

其方法是向容器内注入1.25－1.5 倍工作压力的清水或等于工作压力的气体（多数用空气），停留一定的时间，然后观察容器内的压力下降情况，并在外部观察有无渗漏现象，根据这些可评定焊缝是否合格。

（四）焊接试板的机械性能试验
无损探伤可以发现焊缝内在的缺陷，但不能说明焊缝热影响区的金属的机械性能如何，因此有时对焊接接头要作拉力、冲击、弯曲等试验。

这些试验由试验板完成。

所用试验板最好与圆筒纵缝一起焊成，以保证施工条件一致。

然后将试板进行机械性能试验。

实际生产中，一般只对新钢种的焊接接头进行这方面的试验。

焊接缺陷与检验
（一）焊接缺陷
在焊接生产过程中，由于设计、工艺、操作中的各种因素的影响，往往会产生各种焊接缺陷。

焊接缺陷不仅会影响焊缝的美观，还有可能减小焊缝的有效承载面积，造成应力集中引起断裂，直接影响焊接结构使用的可靠性。

表3-6列出了常见的焊接缺陷及其产生的原因。

表3-6 常见焊接缺陷。