焊接接頭中常見工藝缺點(diǎn)產(chǎn)生原因及預(yù)防方法

一、裂紋

焊接裂紋,根據(jù)產(chǎn)生機(jī)理可分為:冷裂紋、熱裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂裂紋幾大類。

（一）冷裂紋

冷裂紋是在焊接過程中或焊后,在較低溫度下,大約在鋼馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（即Ms點(diǎn)）周圍,或300~200℃以下（或T＜0.5Tm,Tm為以絕對溫度表示熔點(diǎn)溫度）溫度區(qū)間產(chǎn)生,故稱冷裂紋。

冷裂紋又可分為:延遲裂紋、淬火裂紋和低塑性脆化裂紋。延遲裂紋,也稱氫致裂紋,能夠延至焊后幾小時(shí)、幾天、幾周甚至更長時(shí)間再發(fā)生,會造成預(yù)料不到重大事故,所以含有重大危險(xiǎn)性。

1、產(chǎn)生條件:

①焊接接頭形成淬硬組織。因?yàn)殇摯阌矁A向較大,冷卻過程中產(chǎn)生大量脆、硬,而且體積很大馬氏體,形成很大內(nèi)應(yīng)力。接頭硬化傾向:碳影響是關(guān)鍵,含碳和鉻量越多、板越厚、截面積越大、熱輸入量越小,硬化越嚴(yán)重。

②鋼材及焊縫中含擴(kuò)散氫較多,氫原子在缺點(diǎn)處（空穴、錯(cuò)位）聚積（濃集）形成氫分子,氫分子體積較氫原子大,不能繼續(xù)擴(kuò)散,不停聚積,產(chǎn)生巨大氫分子壓力,甚至?xí)_(dá)成幾萬個(gè)大氣壓,使焊接接頭開裂。很多情況下,氫是誘發(fā)冷裂紋最活躍原因。

③焊接拉應(yīng)力及拘束應(yīng)力較大（或應(yīng)力集中）超出接頭強(qiáng)度極限時(shí)產(chǎn)生開裂。

２、產(chǎn)生原因:可分為選材和焊接工藝兩個(gè)方面。

①選材方面:

ａ、母材與焊材選擇匹配不妥,造成懸殊強(qiáng)度差異;

ｂ、材料中含碳、鉻、鉬、釩、硼等元素過高,鋼淬硬敏感性增加。

②焊接工藝方面:

ａ、焊條沒有充足烘干,藥皮中存在著水分（游離水和結(jié)晶水）;焊材及母材坡口上有油、銹、水、漆等;環(huán)境濕度過大(＞90%);有雨、雪污染坡口。以上水分及有機(jī)物,在焊接電弧作用下分解產(chǎn)生H,使焊縫中溶入過飽和氫。

ｂ、環(huán)境溫度太低;焊接速度太快;焊接線能量太少。會使接頭區(qū)域冷卻過快,造成很大內(nèi)應(yīng)力。

ｃ、焊接結(jié)構(gòu)不妥,產(chǎn)生很大拘束應(yīng)力。

ｄ、點(diǎn)焊處已產(chǎn)生裂紋,焊接時(shí)沒有鏟除掉;咬邊等應(yīng)力集中處引發(fā)焊趾裂紋;未焊透等應(yīng)力集中處引發(fā)焊根裂紋;夾渣等應(yīng)力集中處引發(fā)焊縫中裂紋。

3、預(yù)防方法:

能夠從選材和焊接工藝兩個(gè)方面著手。

①正確地選材。

選擇堿性低氫型焊條和焊劑,降低焊縫金屬中擴(kuò)散氫含量;搞好母材和焊材選擇匹配;在技術(shù)條件許可前提下,可選擇韌性好材料（如低一個(gè)強(qiáng)度等級焊材）,或施行“軟”蓋面,以減小表面殘余應(yīng)力;必需時(shí),在制造前對母材和焊材進(jìn)行化學(xué)分析、機(jī)械性能及可焊性、裂紋敏感性試驗(yàn)。

②焊接工藝方面。

a、嚴(yán)格地根據(jù)試驗(yàn)得出正確工藝規(guī)范進(jìn)行焊接操作。關(guān)鍵包含:嚴(yán)格地按規(guī)范進(jìn)行焊條烘干;選擇適宜焊接規(guī)范及線能量,合理電流、電壓、焊接速度、層間溫度及正確焊接次序;對點(diǎn)焊進(jìn)行檢驗(yàn)處理;搞好雙面焊清根等;仔細(xì)清理坡口和焊絲,除去油、銹和水分。

b、選擇合理焊接結(jié)構(gòu),避免拘束應(yīng)力過大;正確坡口形式和焊接次序;降低焊接殘余應(yīng)力峰值。

c、焊前預(yù)熱、焊后緩冷、控制層間溫度和焊后熱處理,是可焊性較差高強(qiáng)度鋼和不可避免高拘束結(jié)構(gòu)形式,預(yù)防冷裂紋行之有效方法。預(yù)熱和緩冷可減緩冷卻速度（延長△t800~500℃停留時(shí)間）,改善接頭組織狀態(tài),降低淬硬傾向,降低組織應(yīng)力;焊后熱處理可消除焊接殘余應(yīng)力,降低焊縫中擴(kuò)散氫含量。在多數(shù)情況下,消除應(yīng)力熱處理應(yīng)在焊后立刻進(jìn)行。

d、焊后立刻錘擊,使殘余應(yīng)力分散,避免造成高應(yīng)力區(qū),是局部補(bǔ)焊時(shí)預(yù)防冷裂紋行之有效方法之一。

e、在焊縫根部和應(yīng)力比較集中焊縫表面,（熱影響區(qū)受到拘束應(yīng)力較低）,采取強(qiáng)度等級較低焊條,往往在高拘束度下取得良好效果。

f、采取惰性氣體保護(hù)焊,能最大地控制焊縫含氫量,降低冷裂紋敏感性,所以,應(yīng)大力推廣TIG、MIG焊接。

（二）層狀撕裂

層狀撕裂是冷裂紋一個(gè)特殊形式。關(guān)鍵是因?yàn)殇摪鍍?nèi)存在著分層（沿軋制方向）夾雜物（尤其是硫化物）,在焊接時(shí)產(chǎn)生垂直于軋制方向（板厚方向）拉伸應(yīng)力作用下,在鋼板中熱影響區(qū)或稍遠(yuǎn)地方,產(chǎn)生“臺階”式,與母材軋制表面平行層狀開裂。產(chǎn)生在T字型、K字型厚板角焊接接頭中。

提升鋼板質(zhì)量,降低鋼材中層狀夾雜物,從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝方面采取方法,降低板厚方向焊接拉伸應(yīng)力,可預(yù)防層狀撕裂。厚板焊接前,進(jìn)行板材超聲波和坡口滲透探傷,檢驗(yàn)分層夾雜物情況,如有層狀夾雜物存在,可設(shè)法避開或事先修、磨處理。

（三）熱裂紋

熱裂紋是在高溫下產(chǎn)生,從凝固溫度范圍至A3以上溫度,所以稱熱裂紋,又稱高溫裂紋。

假如材料中存在著較多低熔點(diǎn)共晶雜質(zhì)元素（P、S、C等）和較多晶格缺點(diǎn),在焊接熔池結(jié)晶過程中,就輕易出現(xiàn)晶界偏析,偏析出現(xiàn)物質(zhì)多為低熔點(diǎn)共晶（如:FeS—Fe、Fe3P—Fe、NiS—Ni、Ni3P—Ni）和雜質(zhì),它們在結(jié)晶過程中,以液態(tài)間層存在,形成抗變形能力很低液態(tài)薄膜,對應(yīng)液態(tài)相存在時(shí)間增加,最終結(jié)晶凝固,而凝固后強(qiáng)度也極低,當(dāng)焊接拉應(yīng)力足夠大時(shí),會將液態(tài)間層拉開,或在其凝固后很快被拉斷形成裂紋。

另外,假如母材晶界上也存在著低熔點(diǎn)共晶和雜質(zhì)時(shí),則在加熱溫度超出其熔點(diǎn)熱影響區(qū)內(nèi),這些低熔點(diǎn)共晶物將熔化成液態(tài)間層,當(dāng)焊接拉應(yīng)力足夠大時(shí),也會被拉開而形成熱影響區(qū)液化裂紋。

熱裂紋都是沿奧氏體晶界開裂,呈鋸齒狀,所以,又稱晶間裂紋。多出現(xiàn)在焊縫中間,尤其是弧坑處,多數(shù)在焊縫柱狀晶會合處,即焊縫凝固最終位置,也是最輕易引發(fā)低熔點(diǎn)共晶偏析位置;少數(shù)出現(xiàn)在熱影響區(qū)。焊縫中縱向裂紋通常發(fā)生在焊道中心,與焊縫長度方向平行;橫向裂紋通常沿柱狀晶界發(fā)生,并與母材晶界相連,與焊縫長度方向垂直。當(dāng)裂紋貫穿表面與空氣相通時(shí),斷口表面呈氧化色彩（如藍(lán)灰色等）,有焊縫表面宏觀裂紋中充滿熔渣。

1、產(chǎn)生原因

①選材方面:材料中含硫過多產(chǎn)生“熱脆”;含銅過高產(chǎn)生“銅脆”;含磷過高產(chǎn)生“冷脆”。

②焊接工藝方面:鎳基不銹鋼,焊接次序不妥或?qū)娱g溫度過高、熱輸入量過大、冷卻速度太慢;坡口形式不妥（焊縫形狀系數(shù)ψ=b/h≤1窄深焊縫）,單層單道焊時(shí)易產(chǎn)生焊縫中心偏析裂紋;弧坑保護(hù)不好,因?yàn)槠鲎饔?易產(chǎn)生弧坑熱裂紋;數(shù)次返修會產(chǎn)生晶格缺點(diǎn)聚集,形成多邊化熱裂紋。

2、預(yù)防方法

因?yàn)闊崃鸭y產(chǎn)生與應(yīng)力原因相關(guān),所以,預(yù)防方法也要從選材和焊接工藝兩個(gè)方面著手。

①選材方面:

a、限制鋼材和焊材中,易產(chǎn)生偏析元素和有害雜質(zhì)含量,尤其是S、P、C含量,因?yàn)樗鼈儾粌H形成低熔點(diǎn)共晶,而且還促進(jìn)偏析。C≤0.10%熱裂紋敏感性可大大降低。必需時(shí)對材料進(jìn)行化學(xué)分析、低倍檢驗(yàn)（如硫印等）。

b、調(diào)整焊縫金屬化學(xué)成份,改善組織、細(xì)化晶粒,提升塑性,改變有害雜質(zhì)形態(tài)和分布,降低偏析,如采取奧氏體加小于6%鐵素體雙相組織。

c、提升焊條和焊劑堿度,以減低焊縫中雜質(zhì)含量,改善偏析程度。

②焊縫工藝方面:

a、選擇合理坡口形式,焊縫成型系數(shù)ψ=b/h＞1,避免窄而深“梨形”焊縫,（焊接電流過大也會形成“梨形”焊縫）,預(yù)防柱狀晶在焊道中心會合,產(chǎn)生中心偏析形成脆斷面;采取多層多道焊,打亂偏析聚集。

b、控制焊接規(guī)范:

<i>采取較?。ê线m）焊接線能量,對于奧氏體（鎳基）不銹鋼應(yīng)盡可能采取小焊接線能量（不預(yù)熱、不擺動或少擺動、快速焊、小電流）、嚴(yán)格掌握層間溫度,以縮短焊縫金屬在高溫區(qū)停留時(shí)間;

<ii>注意收弧時(shí)保護(hù),收弧要慢并填滿弧坑,預(yù)防弧坑偏析產(chǎn)生熱裂紋;

<iii>盡可能避免數(shù)次返修,預(yù)防晶格缺點(diǎn)聚集產(chǎn)生多邊化熱裂紋;

<iv>采取方法盡可能降低接頭應(yīng)力,避免應(yīng)力集中,并降低焊縫周圍剛度,妥善安排焊接次序,盡可能使大多數(shù)焊縫在較小剛度下焊接,使其有收縮余地。

（四）再熱裂紋

再熱裂紋是指部分含有釩、鉻、鉬、硼等合金元素低合金高強(qiáng)度鋼、耐熱鋼焊接接頭,再加熱過程中（如消除應(yīng)力退火、多層多道焊及高溫工作等）,發(fā)生在熱影響區(qū)粗晶區(qū),沿原奧氏體晶界開裂裂紋,也有稱其為消除應(yīng)力退火裂紋（SR裂紋）。

600℃周圍有一敏感區(qū),超出650℃敏感性減弱。

再熱裂紋起源于焊縫熱影響區(qū)粗晶區(qū),含有晶界斷裂特征。裂紋大多數(shù)發(fā)生在應(yīng)力集中部位。

預(yù)防方法:

①選材時(shí)應(yīng)注意能引發(fā)沉淀析出碳化物形成元素,尤其是V含量。必需采取高V鋼材時(shí),焊接及熱處理時(shí)要尤其加以注意。

②熱處理時(shí)避開再熱敏感區(qū),可降低再熱裂紋產(chǎn)生可能性,必需時(shí)熱處理前做熱處理工藝試驗(yàn)。

③盡可能降低殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中,降低余高、消除咬邊、未焊透等缺點(diǎn),必需時(shí)將余高和焊趾打磨圓滑;提升預(yù)熱溫度,焊后緩冷,降低殘余應(yīng)力。

④合適線能量,預(yù)防熱影響區(qū)過熱,晶粒粗大。

⑤在滿足設(shè)計(jì)要求前提下,選擇低一個(gè)強(qiáng)度等級焊條,讓其釋放一部分由熱處理過程消除應(yīng)力,（讓應(yīng)力在焊縫中松弛）,對降低再熱裂紋有好處。

二、未熔合

未熔合是指熔焊時(shí),焊道與母材之間、焊道與焊道之間、點(diǎn)焊時(shí)焊點(diǎn)與母材之間,未完全熔化結(jié)合部分。

1、產(chǎn)生原因:產(chǎn)生未熔合根本原因是焊接熱量不夠,被焊件沒有充足熔化造成。關(guān)鍵原因有:

①電流太小;②焊速太快;③電弧偏吹;④操作歪斜;⑤起焊時(shí)溫度太低;⑥焊絲太細(xì);⑦極性接反,焊條熔化太快,母材沒有充足熔化;⑧坡口及先焊焊縫表面上有銹、熔渣及污物。

這些原因都造成焊材早熔化,而被焊母材溫度低,沒有熔化,熔化焊材金屬沾附到焊件上。

2、預(yù)防方法:

①選擇合適電流（稍大）、焊速（稍慢）,正確極性,注意母材熔化情況;

②清除潔凈坡口及前道焊縫上熔渣及贓物;

③起焊時(shí)要使接頭充足預(yù)熱,建立好第一個(gè)熔池;

④克服電弧偏吹。注意焊條角度,照料坡口兩側(cè)熔化情況;

三、未焊透

未焊透是指焊接時(shí)接頭根部未完全熔透現(xiàn)象。

另,焊縫金屬與母材之間,未被電弧熔化而留下空隙。常發(fā)生在單面焊根部和雙面焊中間。

（ISO—母材金屬之間沒有熔化,熔敷金屬沒有進(jìn)入接頭根部缺點(diǎn)。）

1、產(chǎn)生原因:

①坡口及裝配方面:間隙過小;鈍邊太厚;坡口角度太小;坡口歪斜;有內(nèi)倒角坡口角度太大;錯(cuò)口嚴(yán)重;

②工藝規(guī)范方面:電流過小;焊速過大;電弧偏吹;起焊處溫度低;極性接反;

③操作方面:焊條太粗;操作歪斜;雙面焊時(shí)清根不根本;坡口根部有銹、油、污垢,阻礙基礎(chǔ)金屬很好地熔化。

2、預(yù)防方法:

①控制好坡口尺寸:間隙、鈍邊、角度及錯(cuò)口等;

②控制電流、極性和焊速;使接頭充足預(yù)熱,建立好第一個(gè)熔池;

③控制焊條直徑和焊接角度;克服電弧偏吹;

④雙面焊清根一定要根本;

⑤坡口及鈍邊上油、銹、渣、垢一定要清理潔凈。

四、氣孔

氣孔是指焊接時(shí),熔池中氣泡在凝固時(shí)未能逸出,而殘留下來形成空穴。

依據(jù)氣孔產(chǎn)生部位不一樣,可分為內(nèi)部氣孔和外部氣孔;依據(jù)分布情況可分為單個(gè)氣孔、漣狀氣孔和密集氣孔;依據(jù)氣孔產(chǎn)生原因和條件不一樣,其形狀有球形、橢圓形、旋渦狀和毛蟲狀等。

1、產(chǎn)生原因:

形成氣孔氣體關(guān)鍵起源于:

a、大氣:空氣濕度太大,超出90%,水分分解,氫氣、氧氣侵入;收弧太快,保護(hù)不好,空氣中N2氣侵入;電弧太長,空氣中N2氣侵入;

b、溶解于母材、焊絲和焊條鋼芯中氣體,藥皮和焊劑中水和氣體:<i>焊條烘干溫度太低、保溫時(shí)間太短;<ii>焊條過期失效;<iii>氬氣純度不夠,保護(hù)不良;<iv>焊條烘干溫度過高,使藥皮成份變質(zhì),失去保護(hù)作用;電流過大,藥皮發(fā)紅失效,失去保護(hù)作用,空氣中N2氣侵入;<v>焊芯銹蝕、焊絲清理不凈、焊劑混入污物。

c、焊材、母材上油、銹、水、漆等污物,分解產(chǎn)生氣體;

d、操作原因引發(fā)氣孔:<i>運(yùn)條速度太快,氣泡來不及逸出;<ii>焊絲填加不均勻,空氣侵入;<iii>埋弧焊時(shí),電弧電壓過高,網(wǎng)路電壓波動過大,空氣侵入。

2、預(yù)防方法:

①嚴(yán)格控制焊條烘干溫度和保溫時(shí)間;

②不使用過期失效焊材;使用符合標(biāo)準(zhǔn)要求保護(hù)氣體（氬氣等）;

③根本清理坡口及焊絲上油、銹、水、漆等污物;

④電弧長度要合適,預(yù)防N2氣侵入,堿性焊條尤其要采取短弧;

⑤搞好接頭和收弧。<i>充足預(yù)熱接頭,建立好第一個(gè)熔池,使上一個(gè)收弧處氣體消除掉;<ii>收弧要慢,填滿弧坑,采取“回焊法”等,使氣、渣充足保護(hù)好熔池,預(yù)防N2氣侵入;<iii>多層多道焊各層各道接頭要錯(cuò)開,預(yù)防氣孔密集（上下重合）;

⑥合適增加熱輸入量,降低焊接速度,以利氣泡逸出。

五、夾渣

夾渣是指焊后殘留在焊縫中非金屬夾雜物。關(guān)鍵是因?yàn)椴僮髟?熔池中熔渣來不及浮出,