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焊接缺陷及产生原因

焊接缺陷产生原因及防止措施
一、 焊接缺陷定义
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。这些缺陷减少焊缝截面积，降低承载能力，产生应力集中，引起裂纹；降低疲劳强度，易引起焊件破裂导致脆断。其中危害最大的是焊接裂纹和气孔。

二、 焊接缺陷的分类
焊接生产中产生焊接缺陷的种类是多种多样的，按其在焊接接头中所处的位置和表现形式的不同，可以把焊接缺陷大致分为两类：一类是外部缺陷；另一类是内部缺陷。焊接缺陷的详细分类如图1所示。

图1 焊接缺陷分类图
焊接缺陷示意图如图2所示：

（a）裂纹 （b）焊瘤 （c）焊穿

（d）弧坑 （e）气孔 （f）夹渣

（g）咬边 （h）未融合 （i）未焊透

图2 焊接缺陷示意图
三、 影响焊接缺陷的因素
1. 材料因素
所谓材料因素是指被焊的母材和所使用的焊接材料，如焊丝、焊条、焊剂及保护气体等。这些材料在焊接时都直接参与熔池或熔合区的物理化学反应，其中，母材本身的材质对热影响区的性能起着决定性的作用，当然，所采用的焊接材料对焊缝金属的成分和性能也是关键因素。如果焊材与母材匹配不当，不仅可能引起焊接区内的裂纹、气孔等各种缺陷，也可能引起脆化、软化等性能变化。所以，为了保证得到良好的焊接接头，必须对材料因素予以重视。
2.工艺因素
同一种母材，在采用不同的焊接方法和工艺措施的条件下，其焊接质量会表现出很大的差别。
焊接方法对焊接质量的影响主要在两个方面：首先是焊接热源的特点，其可以直接改变焊接热循环的各项参数，如线能量、高温停留时间、冷却速度等；其次是对熔池和接头附近区域的保护方式，如渣保护、气保护等。焊接热过程和冶金过程必然对接头的质量和性能会有决定性的影响。
3.结构因素
焊接接头的结构设计影响其受力状态，其既可能影响焊接时是否发生缺陷，又可能影响焊后接头的力学性能。设计焊接结构时，应尽量使接头处于拘束度较小、能自由伸缩的状态，这样有利于防止焊接裂纹的产生。
4.使用条件
焊接结构必须符合使用条件的要求，如载荷的性质、工作温度的高低、工作介质有无腐蚀性等，其必然会影响到接头的使用性能。
例如，焊接接头在高温下承载，必须考虑到合金元素的扩散整个结构发生蠕变的问题；承受冲击载荷或在低温下使用时，要考虑到脆性断裂的可能性；接头如需在腐蚀介质中工作时，又要考虑应力腐蚀的问题……。
综上所述，影响焊接缺陷的因素是多方面的，如材料、工艺、结构和使用条件等，必须综合考虑上述因素的影响。
四、 不同焊接方法产生焊接缺陷的原因及防止措施
焊接，通常是指金属的焊接。金属焊接方法的主要功能在于提供适当的物理化学过程，使两个分离的固态金属产生原子或分子间结合力而连接成一体。
由于不同的金属焊接方法具有不同的焊接工艺特点，因此产生焊接缺陷的原因也各具特殊性，以下是针对几种常用的焊接方法中常见焊接缺陷的防止措施的论述。
1.手工电弧焊
手工电弧焊，简称手弧焊。它是以焊条和工件作为两个电极，利用电弧放电时产生的热量，熔化焊条和焊件的一种手工操作的焊接方法，由于其有设备简单、操作灵活等特点，因此它是目前焊接生产中使用最广泛的一种焊接方法。
手弧焊常见的焊接缺陷有：咬边、未熔合、未焊透、焊瘤、夹渣、气孔和裂纹等，以下是手弧焊常见缺陷的产生及防止。
（1）咬边
产生咬边的主要原因是由于焊接时选用了过大的焊接电流，电弧拉得过长以及焊条角度不当引起的，属于操作技术不良而产生的缺陷，大多出现在立、横、仰焊，较少出现在平焊中。
防止措施：
1）选择合适的焊接规范 焊接电流和电弧电压对产生咬边有重要影响，电流过大，或者电弧电压增大，都容易产生咬边。焊接电流的大小主要是根据焊条直径和焊缝位置确定的，表1给出了焊接低碳钢时各种直径电焊条使用电流的参考；
表1 低碳钢焊接时各种直径电焊条使用电流的参考
焊条直径（mm）
焊接电流（A）
焊条直径（mm）
焊接电流A）
1.6
25-40
4.0
160-210
2.0
40-65
5.0
200-270
2.5
50-60
5.8
260-300
3.2
100-130

2）采用正确的运条方法 为避免产生咬边，正确的运条方法是，焊条摆动时在坡口边缘运条稍慢些，停留时间稍长，在中间运条速度要快些；
3）适当的焊条角度 焊接时应根据不同的焊缝位置、板厚等来选择适当的焊条角度，以避免咬边缺陷。
①角焊 焊接时使焊条与两板成45°夹角，并向焊接方向倾斜呈70~80°左右夹角，见图3，如板厚不等时，将焊条角度调整，使电弧偏向厚板一侧，让两板受热均匀，避免咬边

图3 角焊时焊条角度
②立焊 焊条与两边夹角相等，与水平表面夹角呈15~30°如图4所示；

图4 立焊时焊条角度
③横焊 焊条向下倾斜与水平面呈15°夹角，与焊缝呈70°左右夹角，如图5所示；

图5 横焊时焊条角度
④仰焊 要使熔深小些，焊条应向焊接的相反方向倾斜10°左右，如果要求熔深大些，则应向前方倾斜10°左右，如图6所示；

图6 对接焊缝仰焊时焊条角度
（2）未熔合
产生未熔合的原因有：焊缝电流过小，焊速过高，热量不够，坡口或焊件金属表面有杂质等。
防止措施：
1） 选用稍大的电流，放慢焊速，使热量增加到足以熔化母材或前一层焊缝金属
2） 焊条角度、运条方法和速度适当，照顾到母材两侧温度及熔化情况；
3） 去除金属表面杂质；
4）焊条有偏心时调整角度，使电弧处于正确方向。
（3）焊瘤
焊瘤是由于温度过高，使液体金属凝固较慢，在自重作用下，下坠而成的。
防止措施：
1） 选用较小电流，但不能过小；
2）焊条左右摆动应中间走快些，两侧稍慢些，在边缘有稍稍停留时间，电弧压短些；
3）控制熔池温度。
（4）未焊透
未焊透是由于焊工操作技术不良和规范选用的不当，或装配不良引起的。在根部，由于电弧未将母材熔化或未填满熔化金属引起的。在层间，电弧未将各层间完全熔化，亦未填满熔化金属；在边缘未将母材焊透，均可造成未焊透。
防止措施：
1） 控制坡口尺寸，对于单面焊双面成型的焊缝，对口间隙应大些，钝边应小些；
2）参见未熔合部分。
（5）夹渣
夹渣基本上属于因操作技术不良，使熔池中熔渣未浮出面存在于焊缝中的缺陷。
防止措施：
1）焊接时适当的拉长电弧，并向熔渣方向挑动，利用增加的电弧热量和吹力顺利的将熔渣吹到旁边；
2）焊前清理母材上的赃物或杂质。
（6）气孔
低碳钢焊缝的气孔主要是CO气孔和氢气孔。
防止措施：
1） 焊件坡口应彻底清理，焊条使用前按规定烘干；
2）在条件许可的情况下，适当加大焊接电流，降低焊速，以延长熔池停留时间，使气体充分逸出；
3）熔池直径不应超过焊条直径的3倍；
4）使用酸性焊条时电弧应拉长些，使用碱性焊条时电弧压短些。
（7）裂纹
手工电弧焊接低碳钢时产生的裂纹主要是结晶裂纹，最常见的是纵向裂纹。
防止措施：
1） 控制焊缝中有害杂质的含量；
2） 重要的结构采用碱性焊条；
3） 正确选择焊接规范，接头形式，妥善安排焊接顺序等。
2.钨极氩弧焊
钨极氩弧焊是采用高熔点的钨或钨的合金棒作为电极，在氩气的保护下，依靠不熔化的钨棒与焊件之间产生的电弧熔化母材和填充焊丝的一种焊接方法，分为手工焊和自动焊。
它的特点是，热量集中，热影响区小，焊件变形小，电弧稳定，成形美观，焊缝致密，故焊缝金属机械性能和抗腐蚀性能都比较好。
钨极氩弧焊的焊接规范主要有焊接电流、焊接速度、电弧长度、钨极直径和形状、气体流量以及喷嘴孔径等。常见的焊接缺陷有气孔和氧化、裂纹、未焊透、咬边、焊穿及焊缝金属夹钨。
（1）气孔和氧化
产生的主要原因是气体保护效果不佳，焊件和焊丝清理不干净，氩气纯度偏低，焊接规范不合适，接头型式不合理、操作技术不当等。
防止措施：
1） 选用高纯度氩气；
2） 焊前对焊件及焊丝表面认真清理；
3） 加强气体保护方法；
4） 焊接镁、铝的薄板时，采用直流反接；
5） 掌握正确的操作方法。
（2）未焊透
产生原因有：焊接电流太小，焊速过快，电弧太长，焊丝直径太粗，收弧方法不正确，电源及极性选择不当等。
防止措施：
1）正确选择焊接规范，电流不应过小，焊速不应过快，电弧长度不宜过长。保证热量集中，电弧稳定，均匀焊接；
2）正确选择电源种类及极性，焊接铝及其合金的薄板时选择直流反接，利用“阴极雾化”的作用去除金属表面的氧化膜；焊接不锈钢时利用直流反接。
（3）裂纹
产生原因：填充焊丝或母材中含杂质元素较多，焊前对工件表面清理不够等。
防止措施：
1） 选择含S、P等杂质元素低的母材及填充丝材料；
2）焊前对焊件及填充丝表面认真清理。
（4）烧穿
产生主要原因是由于焊接电流过大，焊接速度过慢造成的。另外，收弧方法不正确也容易产生烧穿。
防止措施：
1）选用合适的焊接规范，在焊接过程中尽量保持规范的稳定，不应随意加大电流，焊接速度也不应过慢；
2） 在起弧端头和焊缝结尾时，应采用引弧板和收弧板，另注意收弧方法。
（5）夹钨
夹钨是钨极氩弧焊的一种特有的缺陷，产生原因是钨极材料选取不当或钨极的直径和形状不合适以及操作不当等，引起钨极端异常损耗，进入熔池，造成焊缝夹钨。
防止措施：
1） 合理选择钨极材料，要耐高温、电流容量要大、逸出功要低；
2） 正确选择钨极直径和形状；
3） 钨极端部修磨光滑。
（6）咬边
产生的原因主要是电流太大，焊接速度太慢。
防止措施：减小焊接电流，增大焊速。

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