常见焊接缺陷的成因分析及控制措施

摘要：焊接是安装工程中一项比较重要的工序，焊接缺陷的存在会直接危及整个结构的质量及安全运行。因此本文对常见的几种焊接缺陷的成因进行了分析，并提出了控制措施。

关键词：焊接；裂纹；气孔；夹渣

一、焊接裂纹

焊接裂纹是一种非常严重的缺陷。焊接裂纹有热裂纹、冷裂纹。

1.热裂纹

焊缝金属由液态到固态的结晶过程中产生的裂纹称为热裂纹，其特征是焊后立即可见，且多发生在焊缝中心，沿焊缝长度方向分布。热裂纹的裂口多数贯穿表面，呈现氧化色彩，裂纹末端略呈圆形。产生热裂纹的原因是焊接熔池中存有低熔点杂质（如FeS等）。由于这些杂质熔点低，结晶凝固最晚，凝固后的塑性和强度又极低。因此，在外界结构拘束应力足够大和焊缝金属的凝固收缩作用下，熔池中这些低熔点杂质在凝固过程中被拉开，或在凝固后不久被拉开，造成晶间开裂。焊件及焊条内含硫、铜等杂质多时，也易产生热裂纹。

防止产生热裂纹的措施是：一要严格控制焊接工艺参数，减慢冷却速度，适当提高焊缝形状系数，尽可能采用小电流多层多道焊，以避免焊缝中心产生裂纹；二是认真执行工艺规程，选取合理的焊接程序，以减小焊接应力。

2.冷裂纹

焊缝金属在冷却过程或冷却以后，在母材或母材与焊缝交界的熔合线上产生的裂纹称为冷裂纹。这类裂纹有可能在焊后立即出现，也有可能在焊后几小时、几天甚至更长时间才出现。冷裂纹产生的主要原因为：在焊接热循环的作用下，热区生成了淬硬组织；焊缝中存在有过量的扩散氢，且具有浓集的条件；接头承受有较大的拘束应力。防止产生冷裂纹的措施有：

（1）选用低氢型焊条，减少焊缝中扩散氢的含量；

（2）严格遵守焊接材料（焊条、焊剂）的保管、烘焙、使用制度，谨防受潮；

（3）仔细清理坡口边缘的油污、水份和锈迹，减少氢的来源；

（4）根据材料等级、碳当量、构件厚度、施焊环境等，选择合理的焊接工艺参数和线能量，如焊前预热、焊后缓冷，采取多层多道焊接，控制一定的层间温度等；

（5）紧急后热处理，以去氢、消除内应力和淬硬组织回火，改善接头韧性；

（6）采用合理的施焊程序，采用分段退焊法等，以减少焊接应力。

二、气孔

产生气孔的因素较多，如焊条未按规定烘干；母材除锈不彻底；焊接电压不稳；弧长过长产生气孔等。气孔的存在使焊缝截面减小，金属内部组织疏松，应力易集中，也易诱发裂纹等更严重的缺陷。

防止产生气孔的措施有：

（1）按国家标准要求，加强施工环境控制，现场建立合理的施工清洁区。

（2）按焊接施工方案要求进行坡口清理，严格控制坡口两侧的清洁度。

（3）加强焊工基本技能的培训，控制焊接电弧的合适长度。

（4）严禁管内有穿堂风，采取端部封堵等措施。

（5）加强现场通风条件，控制空气潮湿度小于等于90%。

（6）采用低氢型焊条。

（7）控制氩气纯度大于等于99.99%。

（8）选择设备性能稳定的电焊机且标定合格。

（9）按工艺评定要求，控制氩气流量，避免出现紊流。

（10）焊材的烘焙控制

a、焊条的烘干规范、焊干温度和保温时间，严格按焊条生产厂家推荐的烘干规范或有关的技术规范要求进行。国外焊材的烘干规范，按所提供的焊材质保书或有关技术规范要求进行烘干。

b、焊条烘干时，应缓慢升温、保温、缓慢降温，严禁将需烘干的焊条直接放入已升至高温的烘箱内，或者将烘至高温的焊条从高温炉中突然取出冷却，以防止焊条药皮因骤冷或骤热面产生开裂或脱落现象。

c、同一烘干箱每次只能装入同种烘干规范的焊条进行烘干，对烘干规范相同，但批号、牌号或规格不同的焊条，堆放时必须有一定的物理间隔，且焊条堆放不宜过高（一般为1～3层），以保证焊条烘干均匀。

d、烘干后的焊条，应贮放在温度为100～120℃的恒温保温箱内，随用随取。

（11）SMAW焊时，风速不大于8m/s，GTAW和GMAW焊时，风速不大于2m/s，否则必须搭设防风措施；雨天施工时，做好防雨措施。

三、未焊透和未熔合

焊接接头中，焊缝金属与母材间未被电弧熔化而留下的空隙，叫未焊透。根据未焊透产生的部位可分为边缘、层间未焊透和根部未焊透。

1.未焊透

产生未焊透的原因：焊接电流小，熔深浅。坡口和间隙尺寸不合理，钝边太大。磁偏吹影响。

未焊透的防止措施：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，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。

2.未熔合

产生未熔合缺陷的原因：焊接电流过小。焊接速度过快。焊条角度不对。产生了弧偏吹现象。焊接处于下坡焊位置，母材未熔化时已被铁水复盖。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。

未熔合的防止措施：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。

四、夹渣

焊缝中经无损检测发现有非金属夹杂物如氧化物、氮化物、硫化物、磷化物等，形成多种多样不规则形状，常见的有锥形、针形等夹渣物。金属焊缝夹渣会降低金属结构的塑、韧性，还会增加应力，导致冷、热脆性易产生裂纹，使构件被破坏。

产生夹渣缺陷的原因：焊缝母材清理不干净，焊接电流过小，使熔化金属凝固过快，熔渣来不及浮出。焊接母材和焊条的化学成分不纯，如焊接时熔池内有氧、氮、硫、磷、硅等多种成分，则易形成非金属夹渣物。焊工操作不熟练，运条方法不当，使熔渣与铁水混在一起分离不开，阻碍熔渣上浮。焊口坡口角度小，焊条药皮成块脱落未被电弧熔化；多层焊时，熔渣清理不干净，操作时未将熔渣及时拨出都是造成夹渣的原因。

夹渣的防止措施：（1）采用只有良好焊接工艺性能的焊条，所焊钢材必须符合设计文件要求。（2）通过焊接工艺评定选择合理的焊接工艺参数。注意焊接坡口及边缘范围的清理，焊条坡口不宜过小；对多层焊缝要认真清除每层焊缝的焊渣。（3）采用酸性焊条时，必须使熔渣在熔池的后面；在使用碱性焊条焊立角缝时，除了正确选择焊接电流外还需采用短弧焊接，同时运条要正确，使焊条适当摆动，以使熔渣浮出表面。（4）采用焊前预热，焊接过程加热，并在焊后保温，使其缓慢冷却，以减少夹渣。

五、变形

在焊接过程中，由于局部的不均匀加热使结构中各部分金属热胀冷缩的程度不同，焊缝产生了不同程度的收缩和内应力，就引起了焊接的各种变形。焊接变形的种类很多，按其对结构影响程度不同，可分为整体变形和局部变形；按其特征可分为：收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形和错边变形等。

防止产生变形的措施有：

1.合理地选择焊接方法和规范

选用热量集中、热影响区较窄的二氧化碳气体保护焊等焊接方法代替手弧焊、埋弧焊，可减少平台钢结构焊接变形；选用较小的焊接热输入及合适的焊接工艺参数，可减少钢结构受热范围，从而减少焊接变形。

2.合理的焊接顺序和焊接方向

合理的焊接顺序为：先焊所有立焊缝→下部所有平焊缝→上部所有平焊缝→下部所有仰焊缝→上部所有仰焊缝。合理的焊接方向：一是从中心向四周扩展，在焊接立焊缝时，先焊所有主梁中轴线以下部分，后焊中轴线以上部分；二是从中轴线向两侧焊。

六、结束语

焊接技术已成为发展工程结构的强有力的技术手段，影响焊接质量控制的不利因素较多，在焊接质量管理与控制上存在一定的难度。但是焊接质量的好坏直接关系到设备生产的安全运行和使用寿命，因此，对于焊接工作者对于常见焊接缺陷的成因一定要十分清楚，并且及时采取措施进行预防。

参考文献：

[1]陈伯蠡.焊接工程缺欠分析与对策[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]戎建开.钢筋焊接质量通病及防治[J].山西建筑，2010（8）.

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