焊接接头缺陷分析及预防的探讨

王亚真 任湘君 赵跃鹏

摘 要：在焊接过程中，由于种种因素的影响，容易产生各种类型的焊接缺陷。焊接接头缺陷的存在会直接危及整个结构的质量，控制焊接接头缺陷是焊接安装工程中一项比较重要的工序，本文主要对焊接接头的缺陷及预防进行了分析。

关键词：内部缺陷;外部缺陷;预防

焊接就是通过加热和加压的方法，使两个分离的物体之间借助于同部原子之间的扩散和结合作用，使其连接成一个整体的工艺过程。在这个过程中出现的焊接接头缺陷会直接危及整个结构的质量。因此，要预防焊接缺陷、将焊接接头缺陷控制在允许范围内是必须要解决的问题。

1 焊接接头缺陷分析

焊接全过程包括原材料、焊接材料、施工人员的焊接技能、焊接前准备、焊接和焊接后热处理等工序。对不同的母材，应选择合格的焊接方法、可靠的焊接能量和适当的焊接材料。对不同直径或不同厚度的母材都应实行先试焊、后施焊的原则，以保证焊接接头优良、安全。常见的焊接接头缺陷主要有外部缺陷、内部缺陷等。

（1）外部缺陷：焊接接头的外部缺陷一般用肉眼就能观察到，主要有焊瘤、咬边、凹坑、烧伤、余高不足或过大、错边及弧坑处理不良等。

（2）内部缺陷：内部缺陷是指必须借助仪器设备测试才能判断出的缺陷，主要有焊接接头的内热裂纹和冷裂纹及未熔合、未焊透、气孔、夹渣及白点等。

2 焊接接头外部缺陷预防

（1）咬边。主要是由于焊接电流过大、电弧拉长或运条不稳引起的。咬边最大的危害是损伤了母材，使母材有效截面减小，也会引起应力集中。预防措施是焊接时调整好电流，电流不宜过大，且控制弧氏，尽量用短弧焊接，运条时手要稳，焊接速度不宜太快，应使熔化的焊缝金属填满焊接坡口边缘。

（2）焊瘤。主要是由于焊接电流过大或焊接速度过慢引起。它的危害是焊瘤处易应力集中且影响整个焊缝焊接中的质量。预防措施是控制焊接过程中的电流，保证焊接速度持续均衡，焊接后对焊瘤进行工艺处理。

（3）弧坑。主要是由于断弧或熄弧引起。弧坑的存在减小了焊缝截面，降低了接头的有效强度，并且弧坑处常伴有弧坑裂纹，危害较大。预防措施是尽量减小短弧次数，每次熄弧前应稍微停留或做几次摆动运条，使有效多的焊条熔化填满弧坑处。

（4）烧穿。焊接过程中，熔化金属自破口背面流出，形成穿孔的缺陷。烧穿不仅影响焊缝外观，而且该处焊缝强度减弱，甚至使焊接接头失去了承载能力，所以烧穿是一种绝对不允许存在的缺陷。烧穿的主要原因是由于电流过大，焊接速度过慢以及电弧在焊缝某处停留时间过长等引起焊件受热过大;焊件间隙太大也容易产生烧穿。防止烧穿的主要措施有正确选择焊接电流和焊接速度，减少熔池在每个部位的停留时间，严格控制焊件的装配间隙，并保持均匀一致。

（5）应力和变形。焊接时，金属材料经受了不均匀的加热和冷却，焊接熔池的温度越高，离熔池越远，温度越低，焊接接头周围的冷态金属使接头的膨胀和收缩受阻，加上局部组织的变化，从而导致焊接应力及变形的产生。由以上的分析可知，在焊接接头内产生的不均匀塑性变形是产生焊接应力和变形的主要原因。焊件中焊接应力和变形是紧密联系在一起，当焊件刚性较大，焊接过程中不能自由膨胀和收缩时，则焊接变形很小而焊接应力很大;反之若焊件刚性较小，焊接过程中焊件能够比较自由地膨胀和收缩时，则焊接变形较大而焊接应力较小。防止方法主要有以下两种方法：其一，是采用合理的结构。应尽量减小焊缝和接头的数量和尺寸，合理布置焊缝和接头，避免交叉焊缝和接头。其二采用合理的工艺。如反变形法，刚性固定法，散热发等。

3 焊接接头内部缺陷预防

（1）气孔。产生气也的因素较多，如焊条未按规定烘干、母材除锈不彻底、焊接电压不稳、弧氏过氏等。气孔的存在使焊缝截面减小，金属内部组织疏松，应力宜集中，也易诱发裂纹等更严重的缺陷。预防措施是在焊接前应按要求烘干焊条，清理坡口及母料表面的油污、锈迹;注意大气的变化，刮风、下雨要有遮挡，措施焊接时选择适当的电流及焊接速度。

（2）夹渣。夹渣一般是由于熔池冷却过程中非金属物质如焊条药皮中某些高熔点组分、金属氧化物等来不及浮出熔池表面而残留在焊缝金属中引起的。其危害是影响了焊缝金属的致密性及连贯性，易引起应力集中。预防措施是焊接前应严格清理母材坡口及附近的油污、氧化皮等，多层焊接时彻底清理前一道焊缝留下的熔渣。焊接时选择适当的焊接参数，做好焊前及焊层间的清理工作;数量掌握操作技能;尽量采用具有良好工艺性能的焊条。

（3）结晶裂纹是最常见的热裂纹，在金属凝固过程中出现，主要出现在焊缝中，少数出现在热影响区。结晶裂纹的产生是由于焊缝中含有较多的S，P等杂质，在焊缝金属凝固过程中形成了一些低熔点的结晶，然后在结晶界形成液态薄膜。因此液态薄膜成为焊缝中的薄弱环节，在焊接应力的作用下便开裂而形成结晶裂纹。减少和降低焊缝中的杂质，能有效避免热烈纹。

（4）在冷裂纹中最常见的是延迟裂纹。在低、中合金金刚的热影响区或焊缝中，当焊接后一段时间后，可能出现各种形态的延迟裂纹。有的出现在接头表面，有的出现在接头内部。焊缝延迟裂纹的出现，是由以下三种因素共同作用的结果。第一，母材淬硬现象：母材的碳当量越高其淬硬倾向越大，延迟裂纹敏感性就越大。另外，接头冷却速度对母材淬硬傾向也有较大影响，随着母材淬硬倾向的增加容易形成脆性马氏体。马氏体又会使热影响区最高硬度相应在增加，从而使延迟裂纹敏感性增大。第二，扩散氢的含量：焊缝中含氢量越高，延迟裂纹敏感性越大。当接头中扩散氢含量高于其临界扩散氢含量时，便出现延迟裂纹。第三，焊接残余应力：焊接接头主要存在热应力、相变应力和约束应力。板厚度越大，约束越强，残余应力也越高。焊接残余应力是引起应力腐蚀断裂的原因之一。避免以上三点便能预防延迟裂纹的出现。

4 焊接过程注意事项

第一，确认焊接方法是否与规定一致，检查焊接设备是否完好和着装是否符合工艺流程规定。第二，对焊接预热温度和预热方式进行严格控制和检查，焊接前预热是防止焊接裂纹产生的重要措施。第三，检查焊接区的清洁质量，不得留有水、油、锈和氧化膜等有害污物，这对防止外部缺陷（如凹坑、咬边等）的产生有重要作用，对防止气孔、夹渣之类内部缺陷的产生也有积极意义。

参考文献：

[1]蔡弘能.焊接温度场有限元分析[J].热能动力工程，2019（09）：198-201.

[2]郭晶.焊接材料选择原则与实践[J].石油化工设备，2019（08）：32-35.