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　　金屬焊接工藝缺陷

　　焊接缺欠是指在焊接接頭中因焊接產生的金屬不連續、不致密或連接不良的現象，簡稱缺欠。焊接缺欠的存在將影響焊接接頭的質量，而焊接接頭的質量又直接影響著焊接結構(件）的安全使用。焊接缺欠和焊接缺陷的區別是：存在焊接缺欠時，雖然焊接接頭的質量和性能下降，但只要不超過規定限值，不影響設備的運行，就是允許的，不致對焊接結構的運行產生危害；焊接缺陷是焊接過程中或焊后，在接頭中產生的不符合標準要求的缺欠，或者說焊接缺陷超出了焊接缺欠的規定限值，是不允許的。存在焊接缺陷的產品應被判廢或進行返修，因為焊接缺陷的存在將直接影響焊接結構件的安全使用。

　　之所以要對焊接缺陷進行分析，一方面是為了找出缺陷產生的原因，進而在材料、工藝、結構、設備等方面采取有效措施，以防止缺陷產生；另一方面是為了在焊接結構（件）的制造或使用過程中，能夠正確地選擇焊接檢測的技術手段，及時發現缺陷，從而定性或定量地評價焊接結構（件）的質量，使焊接檢測達到預期的目的。

　　根據GB/T6417.1-2005(《金屬熔化焊接頭缺欠分類及說明》）,金屬熔化焊接頭焊接缺欠可根據其性質、特征分為以下6個種類（大類）:裂紋、孔穴、固體夾雜、未熔合及未焊透、形狀和尺寸不良及其他缺欠。每種缺欠又可根據位置和狀態進行分類。

　　根據GB/T6417.2-2005(《金屬壓力焊接頭缺欠分類及說明》）,金屬壓力焊接頭焊接缺欠可根據其性質、特征分為以下6個種類（大類）:裂紋、孔穴、固體夾雜、未熔合、形狀和尺寸不良及其他缺欠。每種缺欠又可根據位置和狀態進行分類。

　　1.裂紋

　　裂紋就是在應力作用下，接頭中局部區域的金屬原子結合力遭到破壞所產生的縫隙。裂紋不僅會給生產帶來許多困難，而且可能帶來災難性的事故。據統計，在世界上焊接結構所出現的各種事故中，除少數是由于設計不當、選材不合理和運行操作上有問題外，絕大多數是由裂紋引起的脆性破壞。因此，裂紋是導致焊接結構發生破壞的主要原因。

　　在焊接生產中，由于鋼種和結構類型的不同，可能出現各種裂紋，裂紋按其產生的本質不同，大體上可以分為以下五大類；熱裂紋、再熱裂紋、冷裂紋、層狀撕裂和應力腐蝕開裂裂紋。

　　(1)熱裂紋 熱裂紋是焊接生產中比較常見的一種缺陷，從常用的低碳鋼、低合金鋼到奧氏體不銹鋼、鋁合金和鎳基合金等都有產生熱裂紋的可能。

　　1)結品裂紋。結品裂紋是指在焊縫金屬凝固后期，低熔點共晶（如碳鋼和低合金高強度結構鋼中的磷、硅、鎳，不銹鋼、耐熱鋼中的硫、磷、硼、結等）被排擠在與柱狀品交遇的中心部位，形成液態薄膜，此時在由收縮產生的拉伸應力的作用下，這個液態薄膜的薄弱地帶將開裂而形成結品裂紋，也稱為凝固裂紋。

　　結晶裂紋的特征是沿奧氏體品界開裂，其敏感的溫度區間是固相線溫度以上稍高的溫度(固液狀態）。結晶裂紋易產生在含硫、磷雜質較多的碳鋼、單相奧氏體鋼、鎳基合金和某些鋁合金的焊縫中。

　　2)液化裂紋。在焊接熱循環峰值溫度的作用下，由于近建區或多層焊層間部位的被焊金屬含有較多的低熔點共晶而被重新熔化，在拉伸應力的作用下沿奧氏體品界發生開裂的裂紋稱為液化裂紋。

　　液化裂紋主要發生在含有鉻、鎳的高強度、鋼、奧氏體鋼，以及某些鎳基合金的近縫區或多層焊的層間部位。當母材和焊絲中的硫、磷、碳、硅含量偏高時，液化裂紋的傾向將顯著提高。

　　3)多邊化裂紋。多邊化裂紋多數產生于焊縫中，它是在形成多邊化（已經凝固的品粒中，在一定的溫度和應力下形成二次邊界）的過程中，由于焊接材料在高溫下的塑性很低而造成的，故又稱高溫低塑性裂紋。多邊化裂紋多發生在純金屬或單相奧氏體合金的焊縫中和熱影響區處或多層焊的前層焊縫中，其發生部位比液化裂紋距熔合線更遠一點。

　　（2）再熱裂紋 采用含有某些沉淀強化合金元素鋼材的厚板焊接結構，在進行消除應力熱處理或在一定溫度下工作的過程中，在焊接熱影響區粗品部位產生的裂紋稱為再熱裂紋。由于這種裂紋是在再次加熱過程中產生的，故稱為再熱裂紋，又稱為消除應力處理裂紋，簡稱SR裂紋。

　　兩級級級多發生在低合金商強度結構的a無體時熱謝、美氏體不銷制和某些保基合全我邊界擴展，且多半發生在咬邊等應力集中處，可能或沿始合線的縱向裂紋，也可形成租品區中垂直于熔合線的同狀裂紋，其斷口呈被氧化的顏色熱裂紋和再熱裂紋的預防措施簡述如下：

　　1)治金方面，得接低碳例，低合金鋼時。有害元素S.P.C不僅能形成低婚共品，還能促進偏析，從面增大結品裂紋的敏感性，為了消除它們的有害作用，應盡量限制母材和焊接材料中S.P.C的含量；同時，可在焊接材料中加入適量的Mn、五、乙等合金元素，以克服S.P的不良作用，提高焊縫抗熱裂紋的能力。

　　重要的焊接結構應采用堿性焊條或焊劑。另外，通過改善焊鍵凝固結品形態和細化品粒，也可以提高抗裂性，廣泛采用的辦法是向焊建中加入細化品粒元素，如Mo,V,五N.Z、AI、稀土等，對于不銹鋼，希望得到鐵素體相低于5%的雙相組織焊縫2)工藝方面。主要是指在焊接參數、預熱、材質、接頭設計和焊接順序等方面預防每接熱裂紋。

　　① 焊接參數。提高焊縫成形系數可以提高焊縫的抗裂性能，而為了控制成形系數，必質合理調整焊接參數，平焊時，焊縫成形系數隨焊接電流的增大而減小，隨焊接電壓的增大面增大；焊接速度提高時，不僅得縫成形系數會減小，而且由于熔池形狀改變，焊縫的柱狀品將呈直線狀，從熔池邊綠垂直地向焊健中心生長，最后在焊縫中心線上形成明顯的偏析層，從面增大了產生結品裂紋的傾向。

　　②預熱，一般冷卻速度加快，焊縫金屬的應變速率也隨之增大，容易產生熱裂紋。為此，應采取緩冷措施，預熱對于降低熱裂紋傾向比較有效，因為預熱能減慢冷卻速度；但預熱溫度過高將提高焊接熱輸入，從面促使品粒長大，增加偏析傾向，使防裂效果不明顯，甚至適得其反

　　③材質，采用堿性焊條和焊則，其培渣具有較強的脫硫能力，因此具有較高的抗熱裂能力。

　　4 樓頭設計和焊接順序。焊接接頭的形式不同，將影響接頭的受力狀態、結晶條件和熱量分布等，因而熱裂紋的傾向也不同。表面堆焊和熔深較淺的對接焊縫的抗裂性較好；煙保較大的對接焊縫和角焊縫的抗裂性能較差，因為這些焊縫的收縮應力方向基本垂直于雜質聚集的結晶面，故其產生熱裂紋的傾向較大。

　　為了減小結晶過程中的收縮應力，在接頭設計和焊接順序安排方面應盡量降低接頭的剛度和溝束度，例如：在設計上減小焊接結構的板厚，合理布置焊鍵；在施工上合理安排焊件的裝配順序和每條焊縫的先后順序，避免在焊縫處于剛性拘束狀態下進行焊接，設法讓每條焊縫有較大的自由度。對于厚板得接結構，常采用多層包，其數線向比單層焊有所緩和，但應注意控到各層的培深，在得接接頭處避免應力架中（如錯邊、咬肉、未焊透等）,也是降低裂紋傾向的有教方法。

　　(3)冷裂紋冷裂皮是得接過程中最為普遍的一種裂紋，它是焊后冷卻至較低溫度時產生的，對于低合金高強度結構，冷裝紋大約出現在鋼的馬氏體轉變溫度M,附近，是由構成應力、序級組織和擴放的作用產生的，冷裂紋主要發生在低、中合全訓和中、高碳鋼的解接熱影響區，個別情況下，如得接超高強度鋼或某些體合金時，冷裂紋也出現在焊縫金屬上。

　　1)并大裂紋（津硬窗化裂紋）,一些溶硬傾向很大的時種，其得接時即使沒有氫的誘發、僅在應力的作用下也能導放開裂，焊接含碳量較高的Ni-CrMo鋼，馬氏體不銹鋼，工其例及異種訓等時，都有可能出現這種裂紋。降大裂紋完全是由于冷卻時發生馬氏體相變面施化造成的，即后常立即出現，在熱影響區和保縫上都可能發生。

　　2) 氧致裂紋，氧致裂紋是具有延遲特征，即焊后經過數小時，數目甚至更長時間才出現的冷裂紋，因此也稱為延遲裂紋，氫致裂紋撥分布情況可分為焊臥裂紋，得道下裂紋和得根裂紋，如圖1.5所示，普通低合金鋼的氫致裂紋在焊后24h內產生（一般情況下，焊鹽裂發生在焊后數分鐘內，焊道下裂紋發生在焊后數小時）,高合全鋼則在焊后10天內產生。氫政裂紋產生時，有時可察覺到斷裂的響聲卻讓裂紋起源于得縫與母材交又處有明顯應力集中的部位，一般由焊肚表面開始向母材深處熱影響區送伸，可能沿粗品區擴展，也可能向委直于構束方向的細品區或母材擴展，裂紋的取向經常與焊建縱向平行。另外，對于焊接結構中X形坡口的對接接頭及K形坡口的T形接頭，在咬邊或其他形狀缺陷的影響下，易產生焊險焊接接頭區的冷型放分布形態裂紋。一般情況下，焊道下裂紋的取向與熔合線平行，經常發生在萍硬傾向大的材料中，位于粗品內，當鋼中沿軋材方向有較多和較長的MnS系夾雜物時，焊道下裂紋也可按沿軋制方向分布的硫化物呈階梯狀擴展。焊根裂紋起源于焊縫根部最大應力處，隨后在拘束應力的作用下向焊縫內或熱影響區擴展，裂紋出現的部位取決于焊縫金屬及強度、伸長率和根部形狀3)低型性貌化裂線，某些塑性較低的材料冷卻至低溫時，由于收縮面引起的應變超過了材料本身所具有的細性儲備或材質變胞而產生的裂紋，稱為低型性胞化裂紋，例如，補焊傳鐵、堆焊硬質合金和焊接高路合金時，就容易出現這類裂紋，低塑性魔化裂紋通常是在焊后立即產生，無延遲現象。