焊接缺陷的特征及分布

基础知识

对焊接缺陷进行分析的目的：一方面是为了找出缺陷产生的原因，从而在材料、工艺、结构、设备等方面采取有效措施，以防止缺陷的产生；另一方面是为了在焊接结构的制造或使用过程中，能够正确地选择焊接检验的技术手段，及时发现缺陷，从而定性或定量地评定焊接结构的质量，使焊接检验达到预期的目的。

任务实施

表面缺陷可以直接观察到，焊缝的内部缺陷却观察不到，只有用无损探伤的方法才可以发现，因此，需要了解焊接缺陷的特征及分布规律来检查和判断焊接缺陷的性质及种类。

一、焊接裂纹

焊接裂纹是指在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中局部金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙。它具有尖锐的缺口，且具有长宽比大的特性，是各类缺陷中最危险的缺陷。

1.按裂纹的外观形态和产生部位分

按照裂纹的外观形态和产生部位，各种裂纹的外观形貌如图3-1所示，其特征和分布见表3-2。

图3-1 各种裂纹的外观形貌

1-热影响区裂纹  2-纵向裂纹  3-间断裂纹  4-弧坑裂纹5-横向裂纹  6-枝状裂纹  7-放射状裂纹

表3-2 焊接裂纹的特征和分布

2.按裂纹的形成温度分

按裂纹的形成温度不同，焊接裂纹可分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹三种。

（1）热裂纹 热裂纹是在固相线附近的高温区形成的裂纹，主要分布在焊缝表面或内部的晶界处。由于热裂纹形成的温度较高，与空气接触的表面开口部位有强烈的氧化特征，呈蓝色或天蓝色，这是其与冷裂纹的主要区别。根据形成裂纹的机理不同，热裂纹可分为结晶裂纹、液化裂纹和高温失塑裂纹。

（2）冷裂纹 指在焊接完成，焊接接头冷却至马氏体转变温度Ms点以下才会产生的裂纹，一般是在焊接完成一段时间后出现，又叫作延迟裂纹，其特点是表面光亮，无氧化特征。冷裂纹主要发生在焊接热影响区，但在某些合金成分多的高强度钢中，也可能发生在焊缝金属中。常见的冷裂纹可分为氢致裂纹、淬火裂纹及层状撕裂。

（3）再热裂纹 工件焊接后，若再次被加热（如消除应力热处理、多层焊或使用过程中被加热）到一定的温度而产生的裂纹称为再热裂纹。再热裂纹多发生在含Cr、Mo、V的低合金结构钢中，其断口有被氧化的颜色。

二、孔穴

孔穴分为气孔和缩孔。

1.气孔

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称为气孔。GB 6417.1–2005将气孔分为7种：

（1）球形气孔 形状近似球形的单个气孔称为球形气孔。

（2）均布气孔 大量气孔比较均匀地分布在整个焊缝金属中，如图3-2所示。

（3）局部密集气孔 在焊缝金属局部区域中存在的密集气孔群，如图3-3所示。

图3-2  均布气孔的分布形态

图3-3  局部密集气孔

（4）链状气孔 与焊缝轴线平行的一串气孔，如图3-4所示。

图3-4  链状气孔

（5）条形气孔 长度与焊缝轴线平行的非球形长气孔，如图3-5所示。

（6）虫形气孔 因气体逸出而在焊缝金属中产生的一种管状气孔穴，其形状和位置由凝固方式和气体的来源所决定。通常，这种气孔成串聚集并呈人字形状。有些虫形气孔可能暴露在焊缝表面上，如图3-6所示。

图3-5  条形气孔

图3-6  虫形气孔

（7）表面气孔 裸露在焊缝表面的气孔称为表面气孔。

焊缝中的气孔主要有氢气孔、氮气孔和一氧化碳气孔，气孔的特征及分布见表3-3。

表3-3 气孔的特征及分布

2.缩孔

因熔化金属在凝固过程中收缩而产生的、残留在熔池中心部位的孔穴称为缩孔。GB 6417.1–2005将缩孔分为4种：

（1）结晶缩孔 在焊后冷却过程中，在焊缝中心形成的长条形收缩孔穴，称为结晶缩孔。结晶缩孔中可能有气体残留，通常在垂直于焊缝表面的方向上出现，如图3-7所示。

（2）微缩孔 微缩孔是在显微镜下才能观察到的缩孔。

（3）枝晶间微缩孔 枝晶间微缩孔是在显微镜下观察到的枝晶微缩孔。

（4）弧坑缩孔 弧坑缩孔是指焊道末端弧坑中的凹陷。这种凹陷在后续焊道焊接之前或在施焊后续焊道时未被消除，如图3-8所示。

图3-7  结晶缩孔

图3-8  弧坑缩孔

三、固体夹杂

在焊缝金属中残留的固体杂物称为固体夹杂，它包括以下几类：

1.夹渣

焊后残留在焊缝中的熔渣称为夹渣。其形状比较复杂，可呈线状、长条状、颗粒状或其他形式。主要发生在坡口边缘和每层焊道之间圆滑过渡的部位、焊道形状发生突变的部位或存在深沟的部位，如图3-9所示。在横焊、立焊或仰焊时产生的夹渣比平焊多。

图3-9  焊缝中的夹渣

2.焊剂夹渣

残留在焊缝金属中的焊剂渣，一般呈长条状、线状、颗粒状或其他形式。

3.氧化物夹杂

这类夹杂是由凝固时残留在焊缝金属中的金属氧化物所产生的。

4.皱褶

在某些情况下（如铝合金焊接时），因焊接熔池保护不善和紊流的双重影响而产生大量的氧化膜所引起的。

5.金属夹杂

来自外部的金属颗粒残留在焊缝金属中所引起的夹杂即金属夹杂。这种金属颗粒可能是钨、铜或其他金属。

四、未熔合及未焊透

1.未熔合

在焊缝金属和母材之间或焊道金属与焊道金属之间未完全熔化结合的部分称为未熔合。常出现在坡口侧壁、多层焊的层间及焊缝根部。这种缺陷有时间隙很大，与熔渣难以区别；有时虽然结合紧密但未焊合，往往从其末端产生裂纹。未熔合有以下三种形式：侧壁未熔合、层间未熔合和焊根未熔合，如图3-10所示。

图3-10  未熔合

2.未焊透

焊接时，母材金属之间未被电弧熔合而留下的空隙称为未焊透。出现在单面焊的坡口根部、双面焊的坡口钝边之间，如图3-11所示。未焊透会造成较大的应力集中，往往从其末端产生裂纹。

图3-11  未焊透

五、形状和尺寸不良

形状和尺寸不良是指焊缝的外表面形状或接头的几何形状不良或与原设计的几何形状出现了偏差。在旧标准中，此类缺陷被称为形状缺陷。

1.咬边

由焊接参数选择不当或操作工艺不正确造成的沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷称为咬边，如图3-12所示。

图3-12  咬边

2.焊瘤

在焊接过程中，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称为焊瘤。焊瘤存在于焊缝表面，并且其往往伴随着未熔合、未焊透等缺陷，如图3-13所示。由于焊缝填充金属的堆积，使焊缝的几何形状发生变化而造成应力集中。

图3-13  焊瘤

3.烧穿和下塌

焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷叫烧穿。烧穿常发生在第一道焊道及薄板对接焊缝或管子对接焊缝中。在烧穿的周围常有夹渣、气孔、焊瘤及未焊透等缺陷，如图3-14 (a)所示。

穿过单层焊缝根部，或在多层焊接接头中穿过前道熔敷金属塌落的过量焊缝金属称为下塌，如图3-14 (b)所示。

图3-14  烧穿和下塌

4.错边和角变形

由于两个焊件没有对正而造成板的中心线平行偏差称为错边，如图3-15 (a)所示。当两个焊件没有对正而造成它们的表面不平行或不成预定的角度称为角变形，如图3-15 (b)、 (c)所示。

图3-15  错边与角变形

5.焊缝尺寸、形状缺陷

焊缝尺寸缺陷是指焊缝的几何尺寸不符合标准的规定，如图3-16所示。焊缝形状缺陷是指焊缝外观质量粗糙、鱼鳞波高低及宽窄发生突变、焊缝与母材非圆滑过渡等，如图3-17所示。

图3-16  角焊缝尺寸的缺陷

图3-17  焊缝形状缺陷

六、其他缺陷

1.电弧擦伤

电弧擦伤是指在焊缝坡口外部引弧时产生于母材金属表面上的局部损伤，如图3-18所示。如果在坡口外随意引弧，就有可能形成弧坑而产生裂纹，它很容易被忽视、漏检，从而导致事故发生。

2.飞溅

在熔焊过程中，熔化的金属颗粒和熔渣向周围飞散的现象称为飞溅。不同药皮成分的焊条会产生不同的飞溅损失，图3-19为飞溅较严重的情形。

图3-18  电弧擦伤

图3-19  飞溅