压力容器焊接缺陷分析

第一篇：压力容器焊接缺陷分析

常见焊接缺陷以及解决方法分析

常见焊接缺陷以及解决方法分析，太实用了，必须转

2016-07-09 焊接切割联盟

焊接接头的不完整性称为焊接缺陷，主要有：焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷等。

焊前准备

构件边缘必须按规定进行准备，干净，无毛刺，无气割熔渣，无油脂或油漆，除了车间保护底漆。接头必须干燥。几种常见焊接缺憾点焊不应该太深，点焊位置应使其在施焊时能够重新溶合。焊前，检验员必须确保所有焊点处于良好状态，焊前必须清除坏点焊和炸裂的点焊。 低温焊接

无论使用哪种焊接方式，在低温气候下焊接(低于+5℃)，必须采取如下的防护措施，以避免低温焊接接头造成的不良效果(易脆、变硬而易裂，容易在焊接接头上产生诸如由于快速冷却和焊缝凝固造成的小眼和熔渣等缺欠)。 1) 在不受坏天气(如风、潮湿和气流等)干扰的区域施焊 2) 干燥焊接接头以避免潮湿引起材料收缩 3) 焊接接头预热，以减缓焊后焊缝的冷却速度 4) 焊后对焊缝加盖防止焊缝的骤冷

5) 焊接的最低温度为-10℃，采取所指的防护措施 6) 需要时预热温度至少为50℃火焰进行缓慢、均匀的预热 缺陷分类

1、外观缺陷

外观缺陷(表面缺陷)是指不用借助于仪器,从工件表面可以发现的缺陷。常见的外观缺陷有咬边、焊瘤、凹陷及焊接变形等,有时还有表面气孔和表面裂纹。单面焊的根部未焊透等。

A、咬边是指沿着焊趾,在母材部分形成的凹陷或沟槽, 它是由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充所留下的缺口。产生咬边的主要原因是电弧热量太高，即电流太大，运条速度太小所造成的。焊条与工件间角度不正确,摆动不合理，电弧过长，焊接次序不合理等都会造成咬边。直流焊时电弧的磁偏吹也是产生咬边的一个原因。某些焊接位置(立、横、仰)会加剧咬边。咬边减小了母材的有效截面积,降低结构的承载能力,同时还会造成应力集中,发展为裂纹源。矫正操作姿势,选用合理的规范,采用良好的运条方式都会有利于消除咬边。焊角焊缝时,用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬边。

B、焊瘤焊缝中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢出,冷却后形成的未与母材熔合的金属瘤即为焊瘤。焊接规范过强、焊条熔化过快、焊条质量欠佳(如偏芯),焊接电源特性不稳定及操作姿势不当等都容易带来焊瘤。在横、立、仰位置更易形成焊瘤。 焊瘤常伴有未熔合、夹渣缺陷,易导致裂纹。同时,焊瘤改变了焊缝的实际尺寸,会带来应力集中。管子内部的焊瘤减小了它的内径,可能造成流动物堵塞。防止焊瘤的措施:使焊缝处于平焊位置,正确选用规范,选用无偏芯焊条,合理操作。 C、凹坑 凹坑指焊缝表面或背面局部的低于母材的部分。凹坑多是由于收弧时焊条(焊丝)未作短时间停留造成的(此时的凹坑称为弧坑),仰立、横焊时,常在焊缝背面根部产生内凹。凹坑减小了焊缝的有效截面积,弧坑常带有弧坑裂纹和弧坑缩孔。防止凹坑的措施:选用有电流衰减系统的焊机,尽量选用平焊位置,选用合适的焊接规范,收弧时让焊条在熔池内短时间停留或环形摆动,填满弧坑。 D、未焊满 未焊满是指焊缝表面上连续的或断续的沟槽。填充金属不足是产生未焊满的根本原因。规范太弱,焊条过细,运条不当等会导致未焊满。未焊满同样削弱了焊缝,容易产生应力集中,同时,由于规范太弱使冷却速度增大,容易带来气孔、裂纹等。防止未焊满的措施:加大焊接电流,加焊盖面焊缝。

E、烧穿 烧穿是指焊接过程中,熔深超过工件厚度,熔化金属自焊缝背面流出,形成穿孔性缺。焊接电流过大,速度太慢,电弧在焊缝处停留过久,都会产生烧穿缺陷。工件间隙太大,钝边太小也容易出现烧穿现象。烧穿是锅炉压力容器产品上不允许存在的缺陷,它完全破坏了焊缝,使接头丧失其联接飞及承载能力。选用较小电流并配合合适的焊接速度,减小装配间隙,在焊缝背面加设垫板或药垫,使用脉冲焊,能有效地防止烧穿。 F、其他表面缺陷: (1)成形不良 指焊缝的外观几何尺寸不符合要求。有焊缝超高,表面不光滑,以及焊缝过宽,焊缝向母材过渡不圆滑等。 (2)错边指两个工件在厚度方向上错开一定位置,它既可视作焊缝表面缺陷,又可视作装配成形缺陷。

(3)塌陷 单面焊时由于输入热量过大,熔化金属过多而使液态金属向焊缝背面塌落, 成形后焊缝背面突起,正面下塌。 (4)表面气孔及弧坑缩孔。

(5)各种焊接变形如角变形、扭曲、波浪变形等都属于焊接缺陷O角变形也属于装配成形缺陷。

2、气孔和夹渣

A、气孔 气孔是指焊接时,熔池中的气体未在金属凝固前逸出,残存于焊缝之中所形成的空穴。其气体可能是熔池从外界吸收的,也可能是焊接冶金过程中反应生成的。

(1)气孔的分类气孔从其形状上分,有球状气孔、条虫状气孔;从数量上可分为单个气孔和群状气孔。群状气孔又有均匀分布气孔,密集状气孔和链状分布气孔之分。按气孔内气体成分分类,有氢气孔、氮气孔、二氧化碳气孔、一氧化碳气孔、氧气孔等。熔焊气孔多为氢气孔和一氧化碳气孔。

(2)气孔的形成机理常温固态金属中气体的溶解度只有高温液态金属中气体溶解度的几十分之一至几百分之一,熔池金属在凝固过程中,有大量的气体要从金属中逸出来。当凝固速度大于气体逸出速度时,就形成气孔。

(3)产生气孔的主要原因母材或填充金属表面有锈、油污等,焊条及焊剂未烘干会增加气孔量,因为锈、油污及焊条药皮、焊剂中的水分在高温下分解为气体,增加了高温金属中气体的含量。焊接线能量过小,熔池冷却速度大,不利于气体逸出。焊缝金属脱氧不足也会增加氧气孔。 (4)气孔的危害气孔减少了焊缝的有效截面积,使焊缝疏松,从而降低了接头的强度,降低塑性,还会引起泄漏。气孔也是引起应力集中的因素。氢气孔还可能促成冷裂纹。

(5)防止气孔的措施a.清除焊丝,工作坡口及其附近表面的油污、铁锈、水分和杂物。b.采用碱性焊条、焊剂,并彻底烘干。c.采用直流反接并用短电弧施焊。d.焊前预热,减缓冷却速度。e.用偏强的规范施焊。 B、夹渣 夹渣是指焊后溶渣残存在焊缝中的现象。

(1)夹渣的分类a.金属夹渣:指钨、铜等金属颗粒残留在焊缝之中,习惯上称为夹钨、夹铜。b.非金属夹渣:指未熔的焊条药皮或焊剂、硫化物、氧化物、氮化物残留于焊缝之中。冶金反应不完全,脱渣性不好。

(2)夹渣的分布与形状有单个点状夹渣,条状夹渣,链状夹渣和密集夹渣 (3)夹渣产生的原因a.坡口尺寸不合理;b.坡口有污物;c.多层焊时,层间清渣不彻底;d.焊接线能量小;e.焊缝散热太快,液态金属凝固过快;f.焊条药皮,焊剂化学成分不合理,熔点过高;g. 钨极惰性气体保护焊时,电源极性不当,电、流密度大, 钨极熔化脱落于熔池中。h.手工焊时,焊条摆动不良,不利于熔渣上浮。可根据以上原因分别采取对应措施以防止夹渣的产生。

(4)夹渣的危害点状夹渣的危害与气孔相似,带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中,尖端还会发展为裂纹源,危害较大。

3、裂纹 焊缝中原子结合遭到破坏,形成新的界面而产生的缝隙称为裂纹 A、裂纹的分类 根据裂纹尺寸大小,分为三类1)宏观裂纹:肉眼可见的裂纹。(2)微观裂纹:在显微镜下才能发现。(3)超显微裂纹:在高倍数显微镜下才能发现,一般指晶间裂纹和晶内裂纹。

从产生温度上看,裂纹分为两类: (1)热裂纹:产生于Ac3线附近的裂纹。一般是焊接完毕即出现,又称结晶裂纹。这种二裂纹主要发生在晶界,裂纹面上有氧化色彩,失去金属光泽。

(2)冷裂纹:指在焊毕冷至马氏体转变温度M3点以下产生的裂纹,一般是在焊后一段时间(几小时,几天甚至更长)才出现,故又称延迟裂纹。

按裂纹产生的原因分,又可把裂纹分为: (1)再热裂纹:接头冷却后再加热至500~700℃时产生的裂纹。再热裂纹产生于沉淀强化的材料(如含Cr、Mo、V、Ti、Nb的金属)的焊接热影响区内的粗晶区,一般从熔合线向热影响区的粗晶区发展,呈晶间开裂特征。

(3)层状撕裂主要是由于钢材在轧制过程中,将硫化物(MnS)、硅酸盐类等杂质夹在其中,形成各向异性。在焊接应力或外拘束应力的使用下,金属沿轧制方向的杂物开裂。

(4)应力腐蚀裂纹:在应力和腐蚀介质共同作用下产生的裂纹。除残余应力或拘束应力的因素外,应力腐蚀裂纹主要与焊缝组织组成及形态有关。

B、.裂纹的危害裂纹,尤其是冷裂纹,带来的危害是灾难性的。世界上的压力容器事故除极少数是由于设计不合理,选材不当的原因引起的以外,绝大部分是由于裂纹引起的脆性破坏。 C、.热裂纹(结晶裂纹) (1)结晶裂纹的形成机理热裂纹发生于焊缝金属凝固末期,敏感温度区大致在固相线附近的高温区,最常见的热裂纹是结晶裂纹,其生成原因是在焊缝金属凝固过程中,结晶偏析使杂质生成的低熔点共晶物富集于晶界,形成所谓"液态薄膜",在特定的敏感温度区(又称脆性温度区)间,其强度极小,由于焊缝凝固收缩而受到拉应力,最终开裂形成裂纹。结晶裂纹最常见的情况是沿焊缝中心长度方向开裂,为纵向裂纹,有时也发生在焊缝内部两个柱状晶之间,为横向裂纹。弧坑裂纹是另一种形态的,常见的热裂纹。

热裂纹都是沿晶界开裂,通常发生在杂质较多的碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢等材料气焊缝中 (2)影响结晶裂纹的因素

a合金元素和杂质的影响碳元素以及硫、磷等杂质元素的增加,会扩大敏感温度区,使结晶裂纹的产生机会增多。

b.冷却速度的影响冷却速度增大,一是使结晶偏析加重,二是使结晶温度区间增大,两者都会增加结晶裂纹的出现机会;

c.结晶应力与拘束应力的影响在脆性温度区内,金属的强度极低,焊接应力又使这飞部分金属受拉,当拉应力达到一定程度时,就会出现结晶裂纹。

(3)防止结晶裂纹的措施a.减小硫、磷等有害元素的含量,用含碳量较低的材料焊接。b.加入一定的合金元素,减小柱状晶和偏析。如铝、锐、铁、镜等可以细化晶粒。,c.采用熔深较浅的焊缝,改善散热条件使低熔点物质上浮在焊缝表面而不存在于焊缝中。d.合理选用焊接规范,并采用预热和后热,减小冷却速度。e.采用合理的装配次序,减小焊接应力。 D、.再热裂纹 (1)再热裂纹的特征

a.再热裂纹产生于焊接热影响区的过热粗晶区。产生于焊后热处理等再次加热的过程中。

b.再热裂纹的产生温度:碳钢与合金钢550~650℃奥氏体不锈钢约300℃ c.再热裂纹为晶界开裂(沿晶开裂)。 d.最易产生于沉淀强化的钢种中。 e.与焊接残余应力有关。 (2)再热裂纹的产生机理

a.再热裂纹的产生机理有多种解释,其中模形开裂理论的解释如下:近缝区金属在高温热循环作用下,强化相碳化物(如碳化铁、碳化饥、碳化镜、碳化错等)沉积在晶内的位错区上,使晶内强化强度大大高于晶界强化,尤其是当强化相弥散分布在晶粒内时, 阻碍晶粒内部的局部调整,又会阻碍晶粒的整体变形,这样,由于应力松弛而带来的塑性变形就主要由晶界金属来承担,于是,晶界应力集中,就会产生裂纹,即所谓的模形开裂。

(3)再热裂纹的防止a.注意冶金元素的强化作用及其对再热裂纹的影响。b.合理预热或采用后热,控制冷却速度。c.降低残余应力避免应力集中。d.回火处理时尽量避开再热裂纹的敏感温度区或缩短在此温度区内的停留时间。 E、冷裂纹. (1)冷裂纹的特征a.产生于较低温度,且产生于焊后一段时间以后,故又称延迟裂纹。b.主要产生于热影响区,也有发生在焊缝区的。c.冷裂纹可能是沿晶开裂,穿晶开裂或两者混合出现。d.冷裂纹引起的构件破坏是典型的脆断。 (2)冷裂纹产生机理a.瘁硬组织(马氏体)减小了金属的塑性储备。b.接头的残余应力使焊缝受拉。c.接头内有一定的含氢量。含氢量和拉应力是冷裂纹(这里指氢致裂纹)产生的两个重要因素。一般来说,金属内部原子的排列并非完全有序的,而是有许多微观缺陷。在拉应力的作用下,氢向高应力区(缺陷部位)扩散聚集。当氢聚集到一定浓度时,就会破坏金属中原子的结合键,金属内就出现一些微观裂纹。应力不断作用,氢不断地聚集,微观裂纹不断地扩展,直致发展为宏观裂纹,最后断裂。决定冷裂纹的产生与否,有一个临界的含氢量和一个临界的应力值o当接头内氢的浓度小于临界含氢量,或所受应力小于临界应力时,将不会产生冷裂纹(即延迟时间无限长)。在所有的裂纹中,冷裂纹的危害性最大。

(3)防止冷裂纹的措施a.采用低氢型碱性焊条,严格烘干,在100~150℃下保存,随取随用。b.提高预热温度,采用后热措施,并保证层间温度不小于预热温度,选择合理的焊接规范,避免焊缝中出现洋硬组织c.选用合理的焊接顺序,减少焊接变形和焊接应力d.焊后及时进行消氢热处理。

4、未焊透

未焊透指母材金属未熔化,焊缝金属没有进人,接头根部的现象。

A、产生未焊透的原因(1)焊接电流小,熔深浅。(2)坡口和间隙尺寸不合理,钝边太大。(3)磁偏吹影响。(4)焊条偏芯度太大(5)层间及焊根清理不良。

B、未焊透的危害 未焊透的危害之一是减少了焊缝的有效截面积,使接头强度下降。其次,未焊透焊透引起的应力集中所造成的危害,比强度下降的危害大得多。未焊透严重降低焊缝的疲劳强度。未焊透可能成为裂纹源,是造成焊缝破坏的重要原因。未焊透引起的应力集中所造成的危害,比强度下降的危害大得多。未焊透严重降低焊缝的疲劳强度。未焊透可能成为裂纹源,是造成焊缝破坏的重要原因。

C、未焊透的防止 使用较大电流来焊接是防止未焊透的基本方法。另外,焊角焊缝时,1用交流代替直流以防止磁偏吹,合理设计坡口并加强清理,用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的产生。

5、未熔合

未熔合是指焊缝金属与母材金属,或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷。按其所在部位,未熔合可分为坡口未熔合,层间未熔合根部未熔合三种。 A、.产生未熔合缺陷的原因(1)焊接电流过小;(2)焊接速度过快;(3)焊条角度不对;(4)产生了弧偏吹现象;旺,(5)焊接处于下坡焊位置,母材未熔化时已被铁水覆盖;(6)母材表面有污物或氧化物影响熔敷金属与母材间的熔化结合等。 B、未熔合的危害 未熔合是一种面积型缺陷,坡口未熔合和根部未熔合对承载截面积的减小都非常明显,应力集中也比较严重,其危害性仅次于裂纹。

C、.未熔合的防止 采用较大的焊接电流,正确地进行施焊操作,注意坡口部位的清洁。

6、其他缺陷

(1)焊缝化学成分或组织成分不符合要求: 焊材与母材匹配不当,或焊接过程中元素烧损等原因,容易使焊缝金属的化学成份发生变化,或造成焊缝组织不符合要求。这可能带来焊缝的力学性能的下降,还会影响接头的耐蚀性能。

(2)过热和过烧: 若焊接规范使用不当,热影响区长时间在高温下停留,会使晶粒变得粗大,即出现过热组织。若温度进一步升高,停留时间加长,可能使晶界发生氧化或局部熔化,出现过烧组织。过热可通过热处理来消除,而过烧是不可逆转的缺陷。 (3)白点:在焊缝金属的拉断面上出现的象鱼目状的白色斑,即为自点F白点是由于氢聚集而造成的,危害极大。 预防缺陷 形状缺欠

外观质量粗糙，鱼鳞波高低、宽窄发生突变;焊缝与母材非圆滑过渡。 主要原因：操作不当，返修造成。 危害：应力集中，削弱承载能力。 尺寸缺欠

焊缝尺寸不符合施工图样或技术要求。 主要原因：施工者操作不当

危害：尺寸小了，承载截面小; 尺寸大了，削弱了某些承受动载荷结构的疲劳强度。 咬边 原因：

⒈焊接参数选择不对，U、I太大，焊速太慢。

⒉电弧拉得太长。熔化的金属不能及时填补熔化的缺口。 危害：母材金属的工作截面减小，咬边处应力集中。 弧坑

由于收弧和断弧不当在焊道末端形成的低洼部分。 原因：焊丝或者焊条停留时间短，填充金属不够。 危害：⒈减少焊缝的截面积; ⒉弧坑处反应不充分容易产生偏析或杂质集聚，因此在弧坑处往往有气孔、灰渣、裂纹等。 烧穿 原因：

⒈焊接电流过大; ⒉对焊件加热过甚; ⒊坡口对接间隙太大;

⒋焊接速度慢，电弧停留时间长等。 危害：⒈表面质量差

⒉烧穿的下面常有气孔、夹渣、凹坑等缺欠。 焊瘤

熔化金属流淌到焊缝以外未熔化的母材上所形成的局部未熔合。

原因：焊接参数选择不当; 坡口清理不干净，电弧热损失在氧化皮上，使母材未熔化。

危害：表面是焊瘤下面往往是未熔合，未焊透; 焊缝几何尺寸变化，应力集中，管内焊瘤减小管中介质的流通界面计。 气孔 原因：

⒈电弧保护不好，弧太长。

⒉焊条或焊剂受潮，气体保护介质不纯。 ⒊坡口清理不干净。 危害：从表面上看是减少了焊缝的工作截面;更危险的是和其他缺欠叠加造成贯穿性缺欠，破坏焊缝的致密性。连续气孔则是结构破坏的原因之一。 夹渣

焊接熔渣残留在焊缝中。易产生在坡口边缘和每层焊道之间非圆滑过渡的部位，焊道形状突变，存在深沟的部位也易产生夹渣。 原因：

⒈熔池温度低(电流小)，液态金属黏度大，焊接速度大，凝固时熔渣来不及浮出;

⒉运条不当，熔渣和铁水分不清;

⒊坡口形状不规则，坡口太窄，不利于熔渣上浮; ⒋多层焊时熔渣清理不干净。

危害：较气孔严重，因其几何形状不规则尖角、棱角对机体有割裂作用，应力集中是裂纹的起源。 未焊透

当焊缝的熔透深度小于板厚时形成。单面焊时，焊缝熔透达不到钢板底部;双面焊时，两道焊缝熔深之和小于钢板厚度时形成。 原因：

⒈坡口角度小，间隙小，钝边太大;

⒉电流小，速度快来不及熔化; ⒊焊条偏离焊道中心。

危害：工作面积减小，尖角易产生应力集中，引起裂纹 未熔合

熔焊时焊道与母材之间或焊道与焊道之间未能完全熔化结合的部分。 原因：

⒈电流小、速度快、热量不足;

⒉坡口或焊道有氧化皮、熔渣等，一部分热量损失在熔化杂物上，剩余热量不足以熔化坡口或焊道金属。

⒊焊条或焊丝的摆动角度偏离正常位置，熔化金属流动而覆盖到电弧作用较弱的未熔化部分，容易产生未熔合。

危害：因为间隙很小，可视为片状缺欠，类似于裂纹。易造成应力集中，是危险性较大的缺欠。 焊接裂纹

危害最大的一种焊接缺欠在焊接应力及其它致脆因素共同作用下，材料的原子结合遭到破坏，形成新界面而产生的缝隙称为裂纹。它具有尖锐的缺口和长宽比大的特征，易引起较高的应力集中，而且有延伸和扩展的趋势，所以是最危险的缺欠

第二篇：在役压力容器焊接裂纹的成因分析及预防措施

陈冰川，陈伟民，朱伟青

(国核电站运行服务技术有限公司，上海 200233)

摘要：对某在役奥氏体不锈钢压力容器进行现场金相检测时发现其下封头的纵向焊缝处存在微裂纹。分析了裂纹的形成原因，结果表明该裂纹是由焊接引起的横向沿晶液化裂纹和由压制成型引起的纵向裂纹共同构成的混合型裂纹。针对如何预防此类裂纹，提出了相应的工艺改进措施。

关键词：奥氏体不锈钢; 压力容器; 焊缝; 裂纹; 应力分析 中图分类号：

文献标志码：A

文章编号：

The Cause Analysis and Prevention Measures of Welding Cracks on the In-service Pressure Vessel

CHEN Bing-chuan，CHEN Wei-min，ZHU Wei-qing (State Nuclear Power Plant Service Co. Ltd., Shanghai 200233, China) Abstract: In the local metallographic examination process for an austenitic stainless steel in-service pressure vessel, the microscopic cracks had been found in the longitudinal weld of its lower head. Formation mechanism of cracks is analyzed, the result show that those cracks are composed of transverse liquefaction cracks cause by welding and vertical cracks caused by the suppression molding in manufacture. Some measures have proposed to the prevention of this kind of cracks.

Keywords: austenitic stainless steel; pressure vessel; weld; cracks; stress analysis

在压力容器、锅炉和管道等设备部件制造中，常常需要依靠焊接工艺实现两部分母材间的结合。由于在焊接过程中母材被瞬间加热熔化形成熔池，随后熔池液态金属快速冷却结晶而形成焊缝。在熔池金属结晶过程中，焊接接头的显微组织会发生变化，产生焊接应力和变形，同时可能产生各种焊接缺陷，从而影响焊接件的力学性能。因此焊接是一种比较容易出现缺陷的热加工工艺。

金山某化工厂的在役压力容器R2204A聚合反应器标称为II类容器，材质为316L超低碳奥氏体不锈钢，容器规格Φ5060×22 mm，运行介质为有机催化剂，设计温度200℃，业主方未提供其他有关的运行参数。该压力容器主要由筒体和上下封头组成，筒体为钢板卷曲为圆筒状后焊接而成，上下封头则为多块钢板拼焊后冷压制成椭圆形，最后筒体与上下封头通过环形焊缝焊接而成，具体的焊接工艺不详。在2009年12月国核电站运行服务技术有限公司按照《在用压力容器检验规程》的有关规定及业主方的委托，对其内部进行了定期无损检测和金相检验，检测部位见图1，包括椭圆形下封头拼接钢板的两条纵向焊缝和一条筒体与封头连接的丁字焊缝，图中所示的1#、2#和3#依次为这三条焊缝上的现场金相检验的取样部位。

图1 压力容器的检测部位示意图

Figure 1 Schematic diagram of pressure vessel inspection part 在对这三条焊缝进行渗透检测时，表面均未出现记录性缺陷显示。渗透检测对表面缺陷的检出灵敏度一般为1mm宽，低于这一尺寸的缺陷一般难以通过渗透检验检出。在渗透检验的焊缝中黑色区域为现场金相检验的取样部位，如图2所示。

a. 纵向焊缝的渗透检测及金相检验的1#取样部位

a. Penetration test and metallographic examination of No.1 sampling part on longitudinal weld

b. 丁字焊缝的渗透检测及金相检验的3#取样部位

b. Penetration test and metallographic examination of No.3 sampling part on T-weld 图2 焊缝的渗透检测及金相检验取样部位

Figure 2 Penetration test and metallographic examination sampling part on weld 现场金相检验结果发现封头上的两条纵缝(1#、2#取样部位)的熔合线靠近母材侧存在微裂纹，裂纹形貌如图3所示。

a. 100倍 a. 100X

b. 400倍 b.400X

图3 纵向焊缝处的裂纹形貌

Figure 3 The cracks morphology of the longitudinal weld

检测结果交给业主方后，按照《在用压力容器检验规程》的安全状况等级评定有关内容，将该压力容器的安全状况等级降为4级。由于无法对在役压力容器进行破坏性试验，《在用压力容器检验规程》中所要求的检测方法主要包括无损检测、硬度测定、金相检验、应力测定和耐压试验等，而作为一种重要的分析手段，现场金相检验对压力容器的完整性影响极小，可以在不破坏其使用的情况下研究材料的微观组织变化，分析和推测这台压力容器产生微裂纹的产生原因，故对其的微裂纹成因分析主要借助于金相分析。

1 裂纹的成因分析 1.1 横向裂纹的成因

1.1.1 各区域金相组织的差异

焊接接头包括焊缝、熔合区和母材热影响区三个区域，各区域的组织和力学性能差异较大。从图3可以看出，该焊接接头的焊缝组织为奥氏体柱状晶;在100倍的金相照片上可观察到，其熔合线上方有较宽的黑色条状区域，说明熔合区存在较严重的偏析和杂质聚集，这种化学成分的不均匀性会导致力学性能严重下降，其组织为奥氏体柱状晶+枝晶;熔合线下方为母材热影响区中的过热区，组织为较粗大的奥氏体孪晶。焊接接头上的微裂纹多位于熔合区附近，向母材热影响区沿晶扩展，一定数量的垂直于焊缝的横向裂纹与少量平行焊缝但尚未贯穿的纵向裂纹构成一条混合型裂纹带。

1.1.2 液化裂纹的形成机理

在母材与焊缝交界处，即熔合区或多层焊缝层间的金属由于在焊接过程中快速加热和快速冷却，且往往在晶间还存在低熔点合金和夹杂物，容易发生局部熔化而形成沿晶扩展的裂纹，这种裂纹称为液化裂纹 [1]。

图4 液化裂纹示意图

Figure 4 Schematic diagram of liquid cracks

从纵向焊缝的金相照片中观察到，该焊接接头的熔合区过宽、低熔点共晶体偏析严重说明化学成分控制不佳，这些都对液化裂纹的形成产生了重要影响。结合微裂纹的形貌特征，认为其中的横向裂纹主要是焊接热裂纹中的液化裂纹，呈沿晶开裂方式产生在熔合区附近，向母材热影响区中的过热区发展，如图4所示。

1.2 纵向裂纹的成因

纵向裂纹源于应力集中引起的开裂，该压力容器的封头采用拼板焊接后再压制成型工艺，在焊接完成后，内部容易产生焊接残余应力和焊接变形。当焊接后再进行封头压制成型时，焊接残余应力与冷压成型应力相叠加，造成焊缝局部区域应力过高，使焊缝产生新的塑性变形，故诱发了纵向裂纹。关于焊接残余应力和冷压成型应力的具体分析如下：

1.2.1 焊接残余应力

由于焊接过程是局部加热，焊接件各部分不能同步加热和冷却，也不能自由膨胀和收缩。在加热时，焊缝金属及其附近区域的母材受周围冷金属的拘束，不能自由膨胀而受到塑性压缩;在冷却后不能自由收缩而受拉应力，同时还可能发生焊接变形[2]。这种冷却后的拉应力如果不经过恰当的去应力处理便会成为焊接残余应力，影响焊接构件的承载能力。

但对于奥氏体不锈钢，一般不宜进行去应力处理。因为奥氏体不锈钢如果在500~850℃左右温度下热处理时易发生敏化，析出Cr23C6型碳化物[3]，导致不锈钢的冲击韧性以及耐腐蚀性能大大下降，甚至诱发再热裂纹。显然，焊接后未进行去应力处理的奥氏体不锈钢便会有少量残余应力存在[4]，为垂直于焊缝方向的拉应力。

1.2.2 冷压成型应力

该封头的制造工艺主要为三块奥氏体不锈钢拼板纵向焊接而成，之后在压制力F的作用下，封头拼板受压变形，最终达到所要求的形状。压制过程采用冷压成型工艺，工艺简图见图5。

压制力拼板焊缝

图5 封头压制成型工艺示意图

Figure 5 Schematic diagram of pressure molding process for lower head

在压制过程中，在两条纵向焊缝区域内，外加压制应力会引起内应力，其方向为垂直于焊缝的拉应力，如图6所示。这种拉应力与焊接残余应力相叠加，在力学性能最差的焊缝熔合区附近造成应力集中，导致焊缝熔合区内塑性较差的区域出现大量微裂纹。

a. 拼板纵向焊缝剖面示意图

a. Schematic diagram of the section of longitudinal weld in splice plate

b. 熔合区任一点应力分析

b. Stress analysis of random point in the fusion zone

图6 焊缝区域应力分析 Figure 6 Stress analysis of weld

按照断裂力学理论[5]，断裂强度因子KI于含穿透裂纹的无限板，YYa，式中：Y表示裂纹形状系数，对

;表示裂纹扩展时受到的外加应力值;a表示裂纹长度。在已形成的微裂纹处，应力集中程度最高，一旦超过了微裂纹能够承受的应力值后就会使裂纹不断向前扩展，最终扩展为大致与焊缝平行的纵向裂纹。

2 裂纹的预防措施

根据此种裂纹的成因分析结果，我们建议业主加强对该台容器的检测频率，重点跟踪微裂纹的扩展情况。同时，还为今后压力容器封头避免出现此类裂纹，提出了以下预防措施：

2.1 严格控制化学成分

严格限制奥氏体不锈钢焊接材料和母材中的硫、磷等低熔点杂质元素的含量;改进冶金技术，有效降低含碳量;适当添加钒、钛、铌等微量元素。

2.2 控制焊接接头质量

业主方虽未能提供实际所采用的焊接工艺，但从焊缝金相照片上的熔合线过宽可推断出焊接工艺存在问题，故建议在焊接方面应当控制焊接工艺参数以适当提高焊缝成形系数，一般不采用大热输入量进行焊接。焊条电弧焊时，宜采用小焊接电流，快速多道焊，对于工艺要求高的焊缝，甚至可以采用浇冷水等措施以加速冷却，防止焊缝晶粒严重长大和焊接热裂纹的形成。采用合理的焊接顺序来减小焊接应力，并控制焊接质量。在焊接后或封头压制完成后可进行低温去应力处理，温度范围控制在300~350℃，不宜超过450℃，以免析出高铬碳化物造成晶界贫铬，引起晶间腐蚀。同时在焊接过程中，应采用气体保护焊，避免其他杂质进入熔池。

2.3 优化封头制造工艺

随着原材料加工工艺的进步以及宽大的钢板制造能力的提高，以上的拼板焊接压制的封头制造工艺已经逐渐淘汰，而采用更先进的独幅板材压制成型技术来制造大型压力容器的封头。这种更先进的封头制造工艺以及合理的结构设计可以有效地避免焊接和冷压成型过程的应力集中问题。

3 结论

综上所述，该容器的封头拼板焊缝由于焊缝熔合区的化学成分控制不佳，存在严重偏析和夹杂物，使力学性能下降，从而增加了横向的液化裂纹倾向;同时受到冷压成型应力和焊接残余应力的联合作用，在熔合区应力集中引发了纵向裂纹，一定数量的横向裂纹与少量尚未贯穿的纵向裂纹构成了一条混合型裂纹带。

参考文献 [1]王荣. 焊接件的金相检验[M]// 徐祖耀,黄立本,鄢国强主编, 中国材料工程大典: 第26卷,材料表征与检测技术, 第7篇, 金相分析. 北京:化学工业出版社, 2006; 740~747. [2]王志海主编. 热加工工艺基础[M]. 武汉:武汉工业大学出版社, 1996; 174~179. [3]杨力. 不锈钢、耐热钢及高温合金的金相检验[M]// 徐祖耀,黄立本,鄢国强主编, 中国材料工程大典:第26卷, 材料表征与检测技术, 第7篇, 金相分析. 北京:化学工业出版社, 2006; 719~722. [4]戈兆文主编. 承压设备焊接工程师[M]. 昆明:云南科技出版社, 2004; 105. [5]褚武扬编著. 断裂力学基础[M]. 北京:科学出版社, 1978; 11.

第三篇：焊接缺陷

咬边是指沿着焊趾,在母材部分形成的凹陷或沟槽, 它是由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充所留下的缺口。产生咬边的主要原因是电弧热量太高,即电流太大,运条速度太小所造成的。焊条与工件间角度不正确,摆动不合理,电弧过长,焊接次序不合理等都会造成咬边。直流焊时电弧的磁偏吹也是产生咬边的一个原因。某些焊接位置(立、横、仰)会加剧咬边。

咬边减小了母材的有效截面积,降低结构的承载能力,同时还会造成应力集中,发展为裂纹源。

矫正操作姿势,选用合理的规范,采用良好的运条方式都会有利于消除咬边。焊角焊缝时,要选择合适的角度，保持一定的电弧长度，另外用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬边。

焊瘤焊缝中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢出,冷却后形成的未与母材熔合的金属瘤即为焊瘤。焊接规范过强、焊条熔化过快、焊条质量欠佳(如偏芯),焊接电源特性不稳定及操作姿势不当等都容易带来焊瘤。在横、立、仰位置更易形成焊瘤

焊瘤常伴有未熔合、夹渣缺陷,易导致裂纹。同时,焊瘤改变了焊缝的实际尺寸,会带来应力集中。管子内部的焊瘤减小了它的内径,可能造成流动物堵塞。

防止焊瘤的措施:使焊缝处于平焊位置,正确选用规范,选用无偏芯焊条,合理操作。

气孔是指焊接时,熔池中的气体未在金属凝固前逸出,残存于焊缝之中所形成的空穴。其气体可能是熔池从外界吸收的,也可能是焊接冶金过程中反应生成的。

气孔的分类气孔从其形状上分,有球状气孔、条虫状气孔;从数量上可分为单个气孔和群状气孔。群状气孔又有均匀分布气孔,密集状气孔和链状分布气孔之分。熔焊气孔多为氢气孔和一氧化碳气孔

产生气孔的主要原因母材或填充金属表面有锈、油污等,焊条及焊剂未烘干会增加气孔量,因为锈、油污及焊条药皮、焊剂中的水分在高温下分解为气体,增加了高温金属中气体的含量。焊接线能量过小,熔池冷却速度大,不利于气体逸出。焊缝金属脱氧不足也会增加氧气孔。

气孔的危害气孔减少了焊缝的有效截面积,使焊缝疏松,从而降低了接头的强度,降低塑性,还会引起泄漏。气孔也是引起应力集中的因素。

防护措施：清除焊丝,工作坡口及其附近表面20至30mm范围内的油污、铁锈、水分和杂物;焊丝不应生锈，焊条焊剂要清洁，合理存放，防止受潮;采用短弧焊接，保持电弧稳定;若周围环境低时，要进行预热。

夹渣是指焊后溶渣残存在焊缝中的现象。

夹渣削弱了焊缝的有效断面，降低了焊缝的力学性能;夹渣还会引起应力集中，容易使焊接结构在承载时遭受破坏。点状夹渣的危害与气孔相似,带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中,尖端还会发展为裂纹源,危害较大。 原因：焊前清理不干净;焊接电流太小，焊接速度过快，使熔渣残留来不及浮出,运条不当，熔渣和铁液分离不清，阻碍了熔渣上浮。

未焊透指母材金属未熔化,焊缝金属没有进人,接头根部的现象。未熔合是指焊缝金属与母材金属,或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷。

危害：直接降低了接头的力学性能。未焊透处的缺口及端部是应力集中点，承载后，最易引起裂纹;严重的为熔合会使焊接结构根本无法承载。

产生原因：1.焊接电流太小，焊接速度太快，熔深不够;2.坡口角度太小、钝边太厚、间隙太窄;3.焊条直径选择不当、角度不对以及电弧磁偏吹、电弧热能散失或偏于一边;4焊件表面或前一道焊道表面有氧化皮或焊渣存在;5 焊接电流过大，焊条熔化太快，容易产生未熔合。

防护措施：正确选用坡口形式和装配间隙;正确选择焊接电流的大小;运条中随时注意调整焊条角度，使熔化金属之间及熔化金属与母材之间充分熔合，防止焊偏。

第四篇：焊接缺陷及其防护

焊接过程中，由于多种原因，往往在焊接接头产生焊接缺陷，这是人们所不希望的。了解焊接缺陷的特征和它的产生原因，对采取相应的预防措施和处理方法，提高焊接质量是十分有益的。

第一节 焊接缺陷的种类

焊接的常见缺陷有裂纹、未焊透、未熔合、气孔、夹渣和表面缺陷等。 一 裂纹

裂纹是带有锐利尖角缺口的缺陷。在所有焊接缺陷中它是最严重的。通常分为三大类：热裂纹、冷裂纹、和再热裂纹。

1 热裂纹

热裂纹是指金属在高温下(从凝固温度范围附近至A，以上)所产生的裂纹，有时又称高温裂纹。

(1) 形态与特征

热裂纹多半发生在焊缝中，也有出现在热影响区，常见热裂纹的发生部位和形态如图1所示。

热裂纹的微观特征一般是沿晶界开裂，所以又称晶间裂纹。当裂纹与外界空气相通时，沿裂纹的折断口表面呈蓝灰的氧化色，有的焊接表面的宏观热裂纹内部充满熔渣。

(2) 产生的原因

焊接时，熔池的冷却是相当快的，因此焊缝金属如在结晶时化学成分来不及均匀化，容易造成严重的晶内偏析和晶间偏析。偏析的结果是低熔点的共晶物质在结晶的过程中以液态间层形式存在，最后凝固在晶界上。这种低熔点杂质在高温时强度很低，抵制不了焊接过程中的拉伸应力，其液态间层被拉开而形成裂纹。

(3)防止措施

预防热裂纹产生的措施有六个主要方面： ① 选择偏析元素和有害杂质含量低的钢材和焊接材料，特别是要求含碳、硫、磷量低。

② 调节焊缝金属的化学成分、改善焊缝金属的化学成分、改善焊缝组织、细化焊缝晶粒，以提高焊缝金属的塑性。减少或分散偏析程度，控制低熔点共晶物质的有害影响。例如，焊接奥氏体不锈钢，选用奥氏体加铁素体的双相组织焊缝可以提高焊缝的抗热裂纹性能。

③ 改善工艺因素，控制焊接规范，适当提高焊缝的形状系数。例如，采用多层多道焊法可以避免焊缝中心的偏析;宽而浅的焊缝有利于低熔点共晶杂质渗入到熔渣中，从而避免热裂纹产生的可能性。

④ 操作时采用收弧板，逐渐断弧、衰减焊接电流等，将弧坑填满，预防弧坑裂纹。 ⑤ 避免产生应力集中的焊接缺陷，如未焊透、夹渣等。 ⑥ 采用各种降低焊接应力的工艺措施，尤其是预热和焊后热处理。 2 冷裂纹

冷裂纹是指在焊后(A3以下温度)冷却过程中产生的裂纹。这种裂纹常在焊后一段时间发生，所以也称延迟裂纹。

冷裂纹一般有焊层下裂纹、焊趾裂纹和焊根裂纹三种，如图2所示。 (1) 形态与特征

冷裂纹是无分枝的裂纹形态，常为穿晶形的，但在不易淬硬钢中存在混合组织时，有时也呈现为晶间型裂纹。

(2) 产生的原因

冷裂纹产生的机理尚不十分清楚，但形成的基本条件的论点较为一致。即由于焊接接头形成的淬硬组织、扩散氢的存在和浓集、具有较大的焊接拉伸应力的三个因素的共同作用，可能导致冷裂纹的产生。焊趾裂纹和焊根裂纹完全是因缺口处高度应力集中而造成的，它们与氢的存在与含量无关。

(3) 防止措施

冷裂纹的预热措施主要根据它的形成条件来决定，基本有如下五个方面：

① 选用低氢型焊接材料和低氢型焊接方法，减少焊缝金属中的扩散氢含量。这种措施主要指采用低氢型焊接材料和使用前的烘干，以及焊丝与坡口的清理和氩弧焊的应用等。

② 选择合理的焊接规范。如焊前预热，控制层间温度和缓冷措施等，避免产生淬硬组织。

③ 焊后即时热处理。如即时低温退火、去氢处理、消除焊接残留应力，并使氢即时扩散到外界空气中。

④ 采用降低焊接残留应力的工艺措施。 ⑤ 操作时，加强焊接熔池的保护和被焊表面的清理，避免氢的侵入。 3 再热裂纹

再热裂纹指一些含钒、铬、钼、硼等多元合金高强钢或耐热钢，经受一次焊接热循环后，在再次热循环过程中(如消除应力退火、层多道焊、高温下工作等)焊接接头所产生的裂纹。

(1) 形态和特征

再裂纹起源于影响区的粗晶部位，具有晶界断裂的特征。 (2) 产生原因

再热裂纹产生机理还处于初级研究阶段，但一般认为：在再加热时，由于第一次热过程中过饱和固熔的碳化物再次析出，造成内强化，使滑移应变集中于奥氏体晶界。当晶界的塑性应变能力不足以承受松弛应力过程中所产生的应变时，就会产生再热裂纹。

(3) 防止措施

① 减少焊接残留应力和应力集中，如果提高预热温度、焊后缓冷、保证焊缝外形尺寸平缓过渡等。

② 在满足性能要求的前提下，选用强度等级稍低于母材的焊接材料，使焊接应力借助于焊缝金属的塑性储备得到松弛。 ③ 在保证室温强度性能的同时，提高消除应力的退火温度和在再热敏区的冷却速度，尽量时热处理工艺规范不在再热敏区停留。在可能满足焊缝综合性能时，还可取消焊后热处理工序。

二

未焊透及未熔合

未焊透及未熔合是金属之间未被焊接热能量充分熔化所造成的缺陷，根据产生的部位，它们的含义是有区别的。未焊透是指焊道根部未熔化的缺陷;未溶合是指坡口边缘及焊道层间的未熔化缺陷。

未熔化缺陷的产生主要有操作手法、对口准备和焊接规范三个方面的因素，使缺陷处的金属熔化热量不足。如在操作上：运条速度过快、焊条或焊炬角度不当、电弧偏吹、溶池与氧化物和溶渣分离不充分等;在对口上，间隙过小或钝边过大、焊接起始温度过低、焊件散热过快等;在焊接规范上：焊接电流或火焰的能率过小等等。

因此防止未熔化缺陷的措施就要从产生的原因入手，即控制接头的坡口尺寸，选择较大的焊接电流或火焰、减低焊接速度、调整焊条或焊炬的角度、采取预热措施等。

三

夹渣

所谓夹渣，即是焊缝金属中含有的非焊缝金属杂质物。

由于坡口角过小，熔渣粘度大，熔渣浮不出熔池表面残留在焊缝中，这是造成夹渣的基本原因。

在电弧焊和气电焊中，焊条药皮成块状脱落到熔池里，且未被充分熔化;钨极与焊丝或与熔池短路接触产生钨极烧损;多层多道焊层间清理不彻底;焊条、焊炬角度不当;横向摆动的两侧停留时间不够，气焊时，工件清理不周、火焰类型发生了变化，缺乏对熔池金属的搅拌等等，都会导致夹渣的产生。

防止产生夹渣的基本原则时：创造条件，使熔渣充分浮到熔池表面。首先注意减少夹渣的外来因素、对焊丝、坡口、层间清理应予以足够的重视。调整焊接电流或火焰大小、使熔池保持长时间的高温状态，熔渣就容易上浮。有规律地运条，搅拌熔池，使熔渣与熔池金属充分分离;保持正常的中性焰;氩弧焊时手法要稳，避免钨极短路等。

四

气孔

气孔是焊缝金属中具有一定形状(圆球、条状、椭圆体等)的孔洞性缺陷。根据气孔的部位可分为表面气孔和内部气孔两种;根据分布特征可分为单个气孔、连续气孔(链条式气孔)和密集气孔等多种。

气孔产生的基本原因是：由于焊接熔池在高温时含有过多的气体;在冷却时这些气体由于溶解度积聚下降，但又来不及逸出而造成的。

从操作工艺上考虑，其产生的原因如下：

手工电弧焊：使用的焊接电流过大，焊条发红，失去保护;焊条潮湿，碱性焊条操作电弧过长。氩弧焊：氩气的流量不足，手法不稳定，电弧忽长忽短;另外氩气含氧、氮过多，接头结构不合理等，引起氩气保护不良。气焊：火焰成分调整不准确;焊炬摆动幅度大、速度快;焊丝搅拌缓慢等，

排除气孔的方法如下：

1 不使用药皮开裂、剥落、变质、偏心和焊心锈蚀的焊条; 2 各类焊条、焊剂要按技术规定烘干; 3 破口及焊丝表面要彻底除去油锈污物;

4 选用合适的电流规范、焊接速度和电弧长度;

5 运条不宜太快，焊接施工要有屏风挡雨措施。如焊件尺寸过大或施焊环境温度过低应采取预热措施，适当增加熔池在高温的停留时间。

6 气焊时选用中性焰，并且在操作时加强熔池的搅拌。

7 氩弧焊时，使用纯度高的氩气，调整适度的氩气流量和钨极或熔化极的伸出长度，加强氩气的保护效果。

五

表面缺陷

表面缺陷是指在焊缝表面以肉眼可直接观察到的缺陷：如气孔(缩孔或砂眼)、表面裂纹、咬边、满溢(覆盖)、焊瘤、根部内凹(塌腰)、弧坑、烧焦(过烧)、电弧擦伤等。

1 咬边

咬边是焊缝两侧与基本金属交界的表面被烧熔后而未填满的凹槽。它可成点状、或长短不等的线状形态出现。

咬边的产生主要是操作工艺不恰当、焊接规范不合适。如手工电弧焊时，焊接电流过大;电弧拉得太长;焊条角度和运条手法没有使液态焊着金属铺开;焊接速度较快，使接头脱节等都可能产生咬边。气焊时火焰太大;焊炬倾角不当;焊炬与焊丝摆动手法不熟练等也形成咬边。手工钨极氩弧焊一次成型，或盖面时，焊炬倾角没有指向母材，焊丝在焊缝两侧填加量不足也会产生这种咬口缺陷。

因此，需在操作技术上，针对产生的原因，采取相应的措施，防止咬边缺陷的产生。 2 满溢(覆盖)

满溢是流敷(覆盖)在坡口两侧末熔化金属上的熔敷金属。满溢与焊瘤不同，形似类同，但实际上与基本金属没有熔合，是一种应注意的缺陷。

产生满溢的主要原因是坡口边缘附近的油污没有清理干净;电流过大或火焰能率过大，使焊条(焊丝)熔化过快，而基本金属却没有得到充分的熔化。要防止它的发生，就要彻底清理坡口边缘，焊接热能量不要太大。运条时，应控制焊条(焊丝)和熔池的熔化，尽量使基本金属能得到充分熔合。

3 焊瘤

把正常焊缝内表面上显得多余的金属凸出叫做焊瘤。焊瘤内部往往含有其他缺陷。 焊瘤是由于熔池温度过高，液态金属凝固较慢，在自重作用力下淌形成的。焊接电流偏大，或火焰能率过大，焊接速度太慢是造成熔池温度过高、液态金属在高温停留时间过长的基本原因。同时焊接位置不同，液态金属下淌的趋势也不同。立焊、横焊和仰焊操作时，如运条动作慢，就会明显地产生熔敷金属的下坠，下坠的金属冷却后就成为焊瘤。

为了防止焊瘤的产生，应注意熔池的控制，按不同焊接位置选择恰当的焊接规范。在坡口间隙处不宜停留得过长，焊接热能量不宜太大，立焊、横焊和仰焊比平焊尤要小一些。在焊件温度较高或接头处，运条手法要快，焊条(焊炬)角度应随位置作相应的变化。

4 根部内凹

根部内凹习惯称呼塌腰。这种缺陷在第一道焊缝得背面出现，它是低于基本金属表面的凹陷。仰焊焊缝这种缺陷最为显著。

在仰焊第一层施焊时，坡口根部母材金属虽被熔化，但熔池在高温时的表面张力很小，液态金属在自重作用下下坠，容易使焊道背面产生凹弧形的表面。如在气焊操作中，由于焊丝的伸入和火焰地吹力不足，则顶托力不够;在电弧焊操作中，焊条伸进坡口不够，或焊接电流过大，则下坠趋势较为严重;氩弧焊时，钨极和焊丝伸进坡口位置不恰当(偏下时)，就会加剧内凹的形成。

防止或减少内凹地程度，应在操作工艺上采取措施。与防止焊瘤产生的基本原理一样，要防止液态金属的流淌，不同的是要使熔池金属顶入坡口根部的最深处。可选择较小的坡口和间隙，但钝边不宜过小(以防止未焊透为宜);热源的能率不宜偏大;焊条、焊丝和钨极尽量伸入坡口根部;运条时要上顶，利用电弧或火焰的吹力托住熔池金属，并应快速运条，加速熔池冷却，缩短液态金属的下淌时间。

5 弧坑

弧坑是操作过程中(尤其是停弧时)在焊道表面所留下的凹陷。这种凹陷常伴随着裂纹、缩孔、夹渣等缺陷，因此是一种非常有害的焊接缺陷。

产生弧坑的主要原因在于停弧或收尾时没有填满熔坑。因此按照收弧和接头的操作要领进行施焊，才能防止弧坑缺陷的形成。

手工电弧焊的要领之一是转移法：即将电弧逐渐引向坡口的斜前方，同时慢慢抬高焊条，或者使焊接电流逐步衰减，使熔池缩小;要领之二是叠堆法：即在熔坑处以灭弧法连续焊接，或横向摆动点焊，使熔池填满，然后将电弧引向坡口一侧收弧。气焊收尾法是在收尾处多停留时间，一方面加快填丝，一方面提高火焰与熔池表面的距离，待填满熔坑后，再将火焰脱离收尾处。

氩弧焊收尾方法，这里不单独讲解。 6 电弧擦伤

焊件表面留下地电弧疤痕叫做电弧擦伤。这种缺陷是由于偶然不慎、或工艺粗糙，随便引弧;或把线与工件接触引起短路电弧而造成的。电弧擦伤与其他焊接缺陷一样，应该引起施工中的注意。

电弧擦伤处，由于冷却速度快，硬度较高，具有脆性破坏的作用，尤其在易淬火或低温钢中，它可能形成裂纹，成为发生脆性破坏的根源。

防止电弧擦伤缺陷的重要措施是：在施工中要养成良好的工艺作风，经常检查地线、把线与焊件的接触情况，采取绝缘包扎的措施，不使焊件接触把线，确保地线接触良好。操作时，不要在坡口以外的焊件表面上引弧、试电流等等。

7 过烧

过烧常称烧焦。在焊道金属中，或在焊缝表面上，发黑发渣的金属即为过烧。它是焊缝金属受长时间的焊接高温作用，晶粒长大，晶粒边界强烈氧化的结果。这种缺陷一般发生在气焊和氩弧焊打底的焊道上。

过烧的金属脆化倾向严重，一旦产生，无法修正，发现后必须铲除。

防止过烧的方法随焊接方法不同而不同。在气焊操作时，根据工件厚度选用恰当的焊嘴，使用中性焰，焊速以快为宜，焊道厚度以薄为好，避免焊缝在高温下停留的时间过长;在氩弧焊接操作时，在管内充氩，加强焊接过程中的气体保护;与氩弧焊打底焊道相接的电焊填充层(尤以

一、二层焊道)宜选用小焊条、小规范进行施焊。

8 焊缝外形尺寸不符合要求

焊缝外形尺寸不符合要求的原因是工艺技术不高和不作认真检查，因此需要在提高技艺的基础下，养成注意焊缝成形的良好作风，加强焊后自检工作。

第二节 焊接缺陷的危害

焊接缺陷种类不同，其危害程度是有区别的。凡是有尖角缺口的缺陷危害性最大，特别是裂纹，次之如未焊透等。所以在许多规程中，将它们限定在严格的范围中。对重要构件裂纹是根本不允许的。无尖角缺口或尖角缺口敏感性小的缺陷危害性小些，如气孔、局部夹渣及一些表面缺陷，在一定条件下或范围内是可以允许的。但是无论哪种缺陷都是不希望具有的，因为它们都有一定的危害性。

1 直接危害——爆管与脆性断裂：

脆性断裂属一种低应力破坏，是结构在无塑性变形的情况下产生的快速突发性的断裂现象。这种断裂总是从焊接接头缺陷开始的。当缺陷超标，如有裂纹等严重缺陷、压力容器及其管道在水压试验或机组试运中，可能引起泄露、脆性断裂，甚至发生爆管，造成停机停炉的巨大经济损失。

2 降低焊缝强度：

缺陷在焊缝中占有一定的体积，它的存在减小了焊缝的有效截面，降低了焊缝的承载能力。缺陷越大，这种影响越严重。往往因焊接缺陷的截面尺寸过大，使焊接部件发生断裂事故也屡见不鲜的。

3 引起应力集中：

焊接接头中的应力分布十分复杂。凡是结构截面有突变的部位，应力分布就很不均匀。焊接缺陷造至截面尺寸变化，特别是裂纹、未焊透及其它带有尖角的夹渣等，在外力的作用下，将产生很大的应力集中，可能使某点的应力峰值高出平均应力许多。当应力超过缺陷前沿金属的断裂强度时，就会引起开裂。接着开裂的端部又产生应力集中，依次继续使缺陷不断扩展，直至构件破坏。

4 缩短构件使用寿命

锅炉和压力容器以及汽机的高压缸等在运行过程中，承受着低周脉动载荷和蠕变应力。当这些部件存在着焊接缺陷时，对承受疲劳应力的能力和蠕变性能都有影响，将会缩短构件的使用寿命。

第三节 焊接缺陷的返修

手工操作的焊接，往往会出现这种或那种焊接缺陷。凡超标的缺陷均须通过返修予以消除，返修时的工艺、返修焊缝的质量要求是十分严格的。

安装现场对于超标焊口原则上割去重焊，对于个别操作不便的不合格小径管焊口，或大径管焊口的局部超标缺陷才结合具体情况挖补返修。但是同一部位不得进行多次挖焊，因为每一次补焊，焊接接头的材料塑性储备会有一定的消耗。多次补焊后，接头的综合机械性能将显著下降。所以补焊应争取一次成功。

一

补焊方案的确定

这里主要讲述补焊方法和补焊工艺的制定原则。选择补焊方法的主要根据是缺陷的几何尺寸和分布的疏密程度、补焊坡口的尺寸、工件的厚薄及补焊时操作位置等一系列因素。补焊工艺的制定主要包括如何补法、工艺要点和注意事项等。

补焊方法一般以手工电弧焊为主，它适用各种复杂的补焊坡口、各种焊接位置及各种材料。钨极氩弧焊由于生产率低，所以应用于补焊上不多。但当补焊工作量小、材料冷裂纹敏感性较大、焊后不希望作热处理的场合下，采用填加焊丝的钨极氩弧焊会达到预期效果;对穿透性缺陷的补焊，作为打底层也往往使用氩弧焊法;薄件的补焊以氩弧焊也适宜。

如何补法，根据缺陷性质可按如下具体情况考虑：

1 缺陷尺寸不大、补焊处数量不多、间距又较大，则一般用单个坡口逐一分别补焊。 2 需补焊的部位为数处，且它们的间距又较小(小于20~30毫米)，为不使两坡口中间金属受补焊应力——应变过程的影响，可将诸缺陷挖凿成一个坡口，连接起来进行补焊。

3 缺陷有好几个，且大小不

一、分布不均匀，挖成的补焊坡口形状不规则，可能局部很深或很宽。在这种情况下补焊的次序应是：先将深处补妥，使该处

同其他部位坡口一样平齐;或者先在坡口宽的部位补焊，使整条补焊坡口宽度趋于均匀，然后将整条坡口补焊妥当。

4 在大管径的环焊缝中，对多而长的缺陷，挖制的坡口已占环焊缝周长的大部分时，宜将无缺陷部位的焊缝金属也去除，使之成为全周型的补焊坡口。这种做法可使焊接应力均匀，防止局部补焊产生过大的挠曲变形。

补焊时，也应先补坡口较深或较宽相处，达到基本规定时，再焊圆周焊缝。

补焊工艺包括：补焊坡口的挖制、补焊方法的选择、焊接材料的选择、预热、后热及层间温度的控制、焊后热处理

第五篇：焊接缺陷及其解决方法

焊接缺陷及防治措施

1、外观缺陷：

外观缺陷(表面缺陷)是指不用借助于仪器，从工件表面可以发现的缺陷。常见的外观缺陷有咬边、焊瘤、凹陷及焊接变形等，有时还有表面气孔和表面裂纹。单面焊的根部未焊透等。

A、咬边是指沿着焊趾，在母材部分形成的凹陷或沟槽，它是由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充所留下的缺口。产生咬边的主要原因是电弧热量太高，即电流太大，运条速度太小所造成的。焊条与工件间角度不正确，摆动不合理，电弧过长，焊接次序不合理等都会造成咬边。直流焊时电弧的磁偏吹也是产生咬边的一个原因。某些焊接位置(立、横、仰)会加剧咬边。

咬边减小了母材的有效截面积，降低结构的承载能力，同时还会造成应力集中，发展为裂纹源。

矫正操作姿势，选用合理的规范，采用良好的运条方式都会有利于消除咬边。焊角焊缝时，用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬边。

B、焊瘤焊缝中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢出，冷却后形成的未与母材熔合的金属瘤即为焊瘤。焊接规范过强、焊条熔化过快、焊条质量欠佳(如偏芯)，焊接电源特性不稳定及操作姿势不当等都容易带来焊瘤。在横、立、仰位置更易形成焊瘤。

焊瘤常伴有未熔合、夹渣缺陷，易导致裂纹。同时，焊瘤改变了焊缝的实际尺寸，会带来应力集中。管子内部的焊瘤减小了它的内径，可能造成流动物堵塞。

防止焊瘤的措施：使焊缝处于平焊位置，正确选用规范，选用无偏芯焊条，合理操作。

C、凹坑

凹坑指焊缝表面或背面局部的低于母材的部分。

凹坑多是由于收弧时焊条(焊丝)未作短时间停留造成的(此时的凹坑称为弧坑)，仰立、横焊时，常在焊缝背面根部产生内凹。

凹坑减小了焊缝的有效截面积，弧坑常带有弧坑裂纹和弧坑缩孔。

防止凹坑的措施：选用有电流衰减系统的焊机，尽量选用平焊位置，选用合适的焊接规范，收弧时让焊条在熔池内短时间停留或环形摆动，填满弧坑。

D、未焊满

未焊满是指焊缝表面上连续的或断续的沟槽。填充金属不足是产生未焊满的根本原因。规范太弱，焊条过细，运条不当等会导致未焊满。

未焊满同样削弱了焊缝，容易产生应力集中，同时，由于规范太弱使冷却速度增大，容易带来气孔、裂纹等。

防止未焊满的措施：加大焊接电流，加焊盖面焊缝。 E、烧穿 烧穿是指焊接过程中，熔深超过工件厚度，熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔性缺。

焊接电流过大，速度太慢，电弧在焊缝处停留过久，都会产生烧穿缺陷。工件间隙太大，钝边太小也容易出现烧穿现象。

烧穿是锅炉压力容器产品上不允许存在的缺陷，它完全破坏了焊缝，使接头丧失其联接飞及承载能力。

选用较小电流并配合合适的焊接速度，减小装配间隙，在焊缝背面加设垫板或药垫，使用脉冲焊，能有效地防止烧穿。

F、其他表面缺陷： (1)成形不良

指焊缝的外观几何尺寸不符合要求。有焊缝超高，表面不光滑，以及焊缝过宽，焊缝向母材过渡不圆滑等。

(2)错边

指两个工件在厚度方向上错开一定位置，它既可视作焊缝表面缺陷，又可视作装配成形缺陷。

(3)塌陷

单面焊时由于输入热量过大，熔化金属过多而使液态金属向焊缝背面塌落，成形后焊缝背面突起，正面下塌。

(4)表面气孔及弧坑缩孔。

(5)各种焊接变形如角变形、扭曲、波浪变形等都属于焊接缺陷O角变形也属于装配成形缺陷。

2、气孔和夹渣 A、气孔

气孔是指焊接时，熔池中的气体未在金属凝固前逸出，残存于焊缝之中所形成的空穴。其气体可能是熔池从外界吸收的，也可能是焊接冶金过程中反应生成的。

(1)气孔的分类气孔从其形状上分，有球状气孔、条虫状气孔;从数量上可分为单个气孔和群状气孔。群状气孔又有均匀分布气孔，密集状气孔和链状分布气孔之分。按气孔内气体成分分类，有氢气孔、氮气孔、二氧化碳气孔、一氧化碳气孔、氧气孔等。熔焊气孔多为氢气孔和一氧化碳气孔。

(2)气孔的形成机理常温固态金属中气体的溶解度只有高温液态金属中气体溶解度的几十分之一至几百分之一，熔池金属在凝固过程中，有大量的气体要从金属中逸出来。当凝固速度大于气体逸出速度时，就形成气孔。

(3)产生气孔的主要原因母材或填充金属表面有锈、油污等，焊条及焊剂未烘干会增加气孔量，因为锈、油污及焊条药皮、焊剂中的水分在高温下分解为气体，增加了高温金属中气体的含量。焊接线能量过小，熔池冷却速度大，不利于气体逸出。焊缝金属脱氧不足也会增加氧气孔。 (4)气孔的危害气孔减少了焊缝的有效截面积，使焊缝疏松，从而降低了接头的强度，降低塑性，还会引起泄漏。气孔也是引起应力集中的因素。氢气孔还可能促成冷裂纹。

(5)防止气孔的措施

A、清除焊丝，工作坡口及其附近表面的油污、铁锈、水分和杂物。B、采用碱性焊条、焊剂，并彻底烘干。C、采用直流反接并用短电弧施焊。D、焊前预热，减缓冷却速度。E、用偏强的规范施焊。

B、夹渣

夹渣是指焊后溶渣残存在焊缝中的现象。 (1)、夹渣的分类

A、金属夹渣：指钨、铜等金属颗粒残留在焊缝之中，习惯上称为夹钨、夹铜。B、非金属夹渣：指未熔的焊条药皮或焊剂、硫化物、氧化物、氮化物残留于焊缝之中。冶金反应不完全，脱渣性不好。

(2)夹渣的分布与形状有单个点状夹渣，条状夹渣，链状夹渣和密集夹渣 (3)夹渣产生的原因

A、坡口尺寸不合理;B、坡口有污物;C、多层焊时，层间清渣不彻底;D、焊接线能量小;E、焊缝散热太快，液态金属凝固过快;F、焊条药皮，焊剂化学成分不合理，熔点过高;G、钨极惰性气体保护焊时，电源极性不当，电、流密度大，钨极熔化脱落于熔池中。H、手工焊时，焊条摆动不良，不利于熔渣上浮。可根据以上原因分别采取对应措施以防止夹渣的产生。

(4)夹渣的危害点状夹渣的危害与气孔相似，带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中，尖端还会发展为裂纹源，危害较大。

3、裂纹

焊缝中原子结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙称为裂纹。 A、裂纹的分类

根据裂纹尺寸大小，分为三类：(1)宏观裂纹：肉眼可见的裂纹。(2)微观裂纹：在显微镜下才能发现。(3)超显微裂纹：在高倍数显微镜下才能发现，一般指晶间裂纹和晶内裂纹。

从产生温度上看，裂纹分为两类：

(1)热裂纹：产生于AC3线附近的裂纹。一般是焊接完毕即出现，又称结晶裂纹。这种二裂纹主要发生在晶界，裂纹面上有氧化色彩，失去金属光泽。

(2)冷裂纹：指在焊毕冷至马氏体转变温度M3点以下产生的裂纹，一般是在焊后一段时间(几小时，几天甚至更长)才出现，故又称延迟裂纹。

按裂纹产生的原因分，又可把裂纹分为：

(1)再热裂纹：接头冷却后再加热至500～700℃时产生的裂纹。再热裂纹产生于沉淀强化的材料(如含CR、MO、V、TI、NB的金属)的焊接热影响区内的粗晶区，一般从熔合线向热影响区的粗晶区发展，呈晶间开裂特征。 (2)层状撕裂主要是由于钢材在轧制过程中，将硫化物(MNS)、硅酸盐类等杂质夹在其中，形成各向异性。在焊接应力或外拘束应力的使用下，金属沿轧制方向的杂物开裂。

(3)应力腐蚀裂纹：在应力和腐蚀介质共同作用下产生的裂纹。除残余应力或拘束应力的因素外，应力腐蚀裂纹主要与焊缝组织组成及形态有关。

B、裂纹的危害裂纹，尤其是冷裂纹，带来的危害是灾难性的。世界上的压力容器事故除极少数是由于设计不合理，选材不当的原因引起的以外，绝大部分是由于裂纹引起的脆性破坏。

C、热裂纹(结晶裂纹)

(1)结晶裂纹的形成机理热裂纹发生于焊缝金属凝固末期，敏感温度区大致在固相线附近的高温区，最常见的热裂纹是结晶裂纹，其生成原因是在焊缝金属凝固过程中，结晶偏析使杂质生成的低熔点共晶物富集于晶界，形成所谓”液态薄膜”，在特定的敏感温度区(又称脆性温度区)间，其强度极小，由于焊缝凝固收缩而受到拉应力，最终开裂形成裂纹。结晶裂纹最常见的情况是沿焊缝中心长度方向开裂，为纵向裂纹，有时也发生在焊缝内部两个柱状晶之间，为横向裂纹。弧坑裂纹是另一种形态的，常见的热裂纹。

热裂纹都是沿晶界开裂，通常发生在杂质较多的碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢等材料气焊缝中

(2)影响结晶裂纹的因素

A、合金元素和杂质的影响碳元素以及硫、磷等杂质元素的增加，会扩大敏感温度区，使结晶裂纹的产生机会增多。

B、冷却速度的影响冷却速度增大，一是使结晶偏析加重，二是使结晶温度区间增大，两者都会增加结晶裂纹的出现机会;

C、结晶应力与拘束应力的影响在脆性温度区内，金属的强度极低，焊接应力又使这飞部分金属受拉，当拉应力达到一定程度时，就会出现结晶裂纹。

(3)防止结晶裂纹的措施

A、减小硫、磷等有害元素的含量，用含碳量较低的材料焊接。B、加入一定的合金元素，减小柱状晶和偏析。如铝、锐、铁、镜等可以细化晶粒。，C、采用熔深较浅的焊缝，改善散热条件使低熔点物质上浮在焊缝表面而不存在于焊缝中。D、合理选用焊接规范，并采用预热和后热，减小冷却速度。E、采用合理的装配次序，减小焊接应力。

D、再热裂纹 (1)再热裂纹的特征

A、再热裂纹产生于焊接热影响区的过热粗晶区。产生于焊后热处理等再次加热的过程中。

B、再热裂纹的产生温度：碳钢与合金钢550～650℃奥氏体不锈钢约300℃ C、再热裂纹为晶界开裂(沿晶开裂)。 D、最易产生于沉淀强化的钢种中。 E、与焊接残余应力有关。