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第十一章 焊接缺陷与焊接检验（李国才编著）第一节 焊接缺陷的分类与危害一、焊接缺欠与焊接缺陷的概念没有哪一种结构材料或工程结构是完美无缺的，焊接接头也不例外。在焊接接头中会存在金属不连续性、不致密或连接不良以及其他不健全的缺损，这种缺损称为焊接缺欠(Weld imperfection)。在焊接缺欠中，根据产品相应的制造技术条件的规定，凡不符合焊接产品使用性能要求的焊接缺欠即超过规定限值的缺欠称为焊接缺陷(Weld defect)。焊接缺欠是绝对的，它表明焊接接头中客观存在某种间断或非完整性。而焊接缺陷是相对的，同一类型、同一尺寸的焊接缺欠，出现在制造要求高的产品中，可能被认为是焊接缺陷，必须返修合格；出现在制造要求低的产品中，可能认为是可接受的、合格的焊接缺欠，不需要返修。因此说，判别焊接缺欠是不是焊接缺陷的准则是产品相应的法规、标准和制造技术条件，即按有关标准对焊接缺欠进行评定。二、焊接缺陷的分类与危害1按成因分类，焊接缺陷可以分为三大类；（1) 结构缺陷：焊接缺陷的产生与设计结构有关，包括焊缝布置不良、结构不连续、错边。（2) 工艺缺陷：焊接缺陷的产生与工艺因素有关，包括咬边、未熔合、未焊透、未焊满、焊瘤、夹渣、焊缝外观（电弧擦伤、尺寸偏差、飞溅）尺寸不良。（3) 冶金缺陷：焊接缺陷的产生与冶金因素有关，包括裂纹、气孔。2. 按可见性分类，焊接缺陷可分为二大类；（1) 表面缺陷：用目测和低倍放大镜可以看到的缺陷。常见的有：焊缝成形及尺寸不符合要求、咬边、满溢、焊瘤、根部内凹、焊穿、弧坑、表面裂纹、表面气孔。（2) 内部缺陷：位于焊缝内部，以破坏性试验或无损检测的方法发现的。一般有：裂纹、未熔合、未焊透、夹渣、气孔等。3. 从断裂机理的观点，可分为二大类；焊接缺陷可以分为平面型和非平面型(体积的)。平面型缺陷，是二维缺陷，例如裂纹。非平面缺陷是三维缺陷，如气孔。4GB/T6417-1986金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明把熔焊的缺陷按其性质分成六类；即裂纹、孔穴、固体夹杂、未熔合和未焊透、形状缺陷以及其他缺陷。每一大类中又按缺陷存在的位置及状态分为若干小类。该标准把每种缺陷用阿拉伯数字标记，同时采用国际焊接学会(IIW)参考射线底片汇编中，目前通用的缺陷字母代号来对缺陷进行简化标记。焊接缺陷由于减少了焊缝截面积，降低了设备的承载能力，同时产生应力集中，降低疲劳强度，易引起工件破裂导致脆断。为了保证焊接工件的可靠性，需要针对不同性质的焊接缺陷采取不同的焊接检验方法。三、常见焊接缺陷 常见的焊接缺陷有裂纹、气孔、咬边、夹渣、夹钨、未熔合、未焊透、未焊满、焊瘤、焊缝外观和形状与尺寸不良等。裂纹按形成机理可分为热裂纹、层状撕裂、冷裂纹。其中，热裂纹又分为结晶裂纹、液化裂纹和再热裂纹等。裂纹按其方向和所在位置可分为纵向裂纹、横向裂纹、弧坑裂纹、喉部裂纹、焊趾裂纹、根部裂纹、焊道下和热影响区裂纹等。气孔可分为球形气孔、均布气孔、局部密集气孔、链状气孔、条形气孔、表面气孔等。焊缝外观和尺寸不符合要求的缺陷包括：焊缝尺寸偏差、电弧擦伤、飞溅、磨痕等。有害程度较大的焊接缺陷有五种，按有害程度递减的顺序排列为裂纹、未熔合和未焊透、咬边、夹渣、气孔。第二节 焊接缺陷产生的原因和防止措施一、裂纹在焊接应力及其他致脆因素的共同作用下，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，所以是最危险的缺陷。裂纹常常引起设备和构件上的灾难性事故。因此，根据制造法规要求，对重要焊件中的裂纹无论其尺寸大小不管其位置如何，都是不允许的，都必须清除掉。1按形成机理分，可分为冷裂纹、层状撕裂和热裂纹三种；（1）冷裂纹 1）定义：焊接接头冷却到较低温度(Ms线以下、马氏体开始转变温度)时产生的裂纹，焊接接头冷却到室温后，可能是焊后立即产生，也可能在焊后几小时、几天或更长时间出现，故也称为延迟裂纹。冷裂纹经常伴随氢脆产生，所以又称氢致裂纹。 2） 发生区域：焊接接头的各个区域。冷裂纹主要产生在热影响区，也有发生在焊缝区的。它可能沿晶开裂、穿晶开裂或两者混合出现。 3） 产生原因：是在拉应力作用下，原子氢向高应力区(缺陷部位)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，使金属内出现一些微观裂纹。在应力持续作用下，氢不断地聚集，微观裂纹不断地扩展，直至发展为宏观裂纹，最后断裂。一般来说，有一个临界的氢含量和一个临界的应力值决定冷裂纹的产生与否。产生冷裂纹的三大要素焊接热影响区和焊缝金属中存在塑性差、相变应力大的马氏体等淬硬组织。焊接热影响区和焊缝金属中氢的吸收和扩散。焊接接头拘束度大，残余应力大。一般认为Rm450MPa以上的材料都有可能发生冷裂纹。如耐热钢、马氏体不锈钢、含Ni的低合金钢、异种钢的焊接接头、特殊结构钢和堆焊层等。冷裂纹如图11-1所示。 图11-1 冷裂纹 4） 预防措施在焊接中，可以采取如下措施防止产生冷裂纹：使用低氢焊接材料，焊接材料按要求烘干，保温随取随用。应清理待焊区域的水分、油污及铁锈和其他有可能产生氢原子的污物。因CO2气体保护焊可以获得低氢焊缝，故可考虑用C02气体保护焊焊接淬硬倾向较大、对氢敏感性较强的钢种。采取焊前预热、控制层间温度、焊后缓冷或焊后消氢处理等措施，来降低冷却速度，改善组织，保证较低的应力水平。焊接时避免产生弧坑、咬边、未焊透等缺陷，以减少应力集中；合理设计接头和坡口，减小拘束度和残余应力。（2）层状撕裂 1） 定义：指在具有丁字接头或角接接头的厚大工件中，沿钢板的轧制方向分层出现的阶梯状裂纹。层状撕裂产生在200以下的低温区，层状撕裂实质上也是冷裂纹。 2） 发生区域：焊接热影响区或靠近热影响区的母材处。层状撕裂是在邻近热影响区或母材中略呈梯状的分离，层状撕裂是短距离横向(厚度方向)的高应力引起断裂的一种形式，它可以扩展很长的距离。层状撕裂大致平行于轧制钢板的表面。断裂可能从一个层状平面扩展至另一个层状平面。 3） 产生原因：在轧制钢板中存在硫化物、氧化物和硅酸盐等低熔点非金属夹杂物，其中尤以硫化物的作用为主，在轧制过程中被延展成片状，分布在与表面平行的各层中，在垂直于厚度方向的焊接应力的作用下，夹杂物首先开裂并扩展，以后这种开裂在各层之间相继发生，连成一体，造成层状撕裂的阶梯性。如图11-2所示。产生层状撕裂的三大要素母材中，沿钢板轧制方向分布了非金属夹杂物。焊接热影响区的应变时效和氢的吸收和扩散。焊接接头拘束度大，残余应力大。 4） 预防措施提高钢材的抗层状撕裂能力(低硫和低氢可改善钢材的抗层状撕裂性能)。严格控制钢材的硫含量。合理设计接头和坡口形式，减小材料厚度方向的拘束度和内部残余应力。从降低内应力的角度选择焊接参数。例如，采用焊缝收缩量最小的焊接顺序，选用具有良好变形能力（强度级别较低）的焊接材料等。在与焊缝相连接的钢板表面堆焊几层低强度焊缝金属作为过渡层，以避免夹杂物处于高温区。预热和使用低氢型焊条，以降低钢材对冷裂纹的敏感性。 图11-2 裂纹及层状撕裂1近焊区根部裂纹(延迟裂纹)2焊趾处纵向裂纹(延迟裂纹) 4层状撕裂（3）热裂纹 1） 定义：焊接过程中，焊缝或热影响区金属冷却到固相(AC3)线附近的液态金属第一次结晶时产生的裂纹。热裂纹通常沿晶界开裂，裂纹表面有氧化色彩，失去金属光泽。 2） 发生区域：常发生在焊缝金属及热影响区中。热裂纹按形成机理又分为凝固裂纹、液化裂纹和再热裂纹，其中：液化裂纹常发生在靠近熔合线的热影响区中；凝固裂纹常发生在焊缝金属中；再热裂纹产生于沉淀强化材料(如含Cr、Mo、V、Ti、Nb元素的金属材料)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。热裂纹是沿晶(晶界或晶粒之间)扩展，而冷裂纹既沿晶扩展又穿晶(横晶)扩展。 3） 产生原因：是低熔点共晶物富集在晶粒边界或焊缝中心，在焊缝冷却凝固时受到拉应力作用下形成开裂。通常发生在含杂质较多的碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢等材料焊缝中。凝固裂纹(结晶裂纹)凝固裂纹是在焊缝凝固过程后期所形成的焊接裂纹，凝固裂纹又称结晶裂纹。产生凝固裂纹的三大要素：a)在焊接熔池中存在一定数量的低熔点共晶物(取决于焊缝金属中C、P、S等元素的含量)。b)焊缝金属结晶的方式使低熔点共晶物封闭在柱状晶体之间(取决于焊缝成形系数)。c)结晶过程产生足够大的应变(由于拘束度大、焊接热输入大等)。液化裂纹液化裂纹是在母材近缝区或多层焊的前一焊道因受热作用而液化的晶界上形成的焊接裂纹。液化裂纹常发生在靠近熔合线的热影响区中。产生液化裂纹的三大要素： a)母材晶粒的晶界上存在低熔点共晶物。 b)焊接过程中，低熔点共晶物完全或局部熔化。 c)近缝区产生足够大的应变 再热裂纹再热裂纹是近缝区金属在高温热循环作用下，强化相碳化物(如碳化钛、碳化钒、碳化铌、碳化铬等)沉淀在晶内的位错区上，使晶内的强化程度远远大于晶间，当强化相弥散分布在晶粒内时，会阻碍晶粒内部的局部调整，又会阻碍晶粒的整体变形。当应力松弛而发生塑性变形时，主要由晶界来承担，于是晶界区金属发生滑移，且在三晶粒交界处产生应力集中，就会产生裂纹。因其是在焊接后接头再次加热(消除应力热处理或其他加热过程)而产生的裂纹故称为再热裂纹。有再热裂纹倾向的材料包括Q370R、18MnMoNbR、13MnNiMoR、07MnCrMoVR、07MnNiMoVDR和日本的CF-62系列钢。产生再热裂纹的三大要素： a)母材(例如Cr-Mo-V、Cr-Mo-V-B、Mn-Ni-Mo-V合金系列等低合金钢)中存在较多的具有沉淀倾向的碳化物形成元素，同时，焊接过程中，热影响区受较高温度作用，奥氏体化的晶粒急剧长大，碳化物熔于固溶体中。 b)焊接接头又经受500-700热过程，固溶体中的碳化物沉淀，晶粒内部强化，晶界薄弱。 c)焊接接头存在较大的应力。 4） 热裂纹的形成机理：综上所述，产生热裂纹的因素有冶金因素和力学因素。焊缝金属在凝固过程中会形成几种低熔点化合物(如硫化物)，它们以液相状态存在于晶粒边界处，这是导致热裂纹的冶金原因。硫是最有害的元素，因为它可反应生成多种低熔点的化合物如硫化铁。所以应使母材和填充金属的硫含量保持低水平。碳是另一种有害元素，因为它影响焊缝金属的液相温度并有降低焊缝金属高温延性的倾向。不可能将母材碳含量进行大范围的改变，但可以用锰对硫的高比值来抵消碳的作用。硅和磷不直接影响焊缝金属的液相，但会促进硫的偏析，因而助长硫的反应作用。不论焊缝金属中低熔点化合物含量如何，只要不向焊缝上施加拉应力是不会形成热裂纹的。但是由于应力是不可能避免的，所以，在凝固或再热过程中施加的应力越大，开裂就越严重。母材的大小和厚度、接头构造、焊道尺寸和形状都会影响焊缝中的残余应力大小，而且，不同的焊接方法采用的热输入不同，从而会造成不同的显微组织变化和不同的残余应力水平。接头构件应便于进行良好的装配。还应采用可使焊缝的拘束度最小的焊接工艺。 5） 预防措施 防止产生热裂纹的措施：a)减小钢中或焊缝中C、S、P等元素的含量，适当提高焊缝成形系数，即增加焊缝宽度，降低焊缝计算厚度，可采用多层多道焊法，改善散热条件，使低熔点物质上浮至焊缝表面而不存在于焊缝中，以降低偏析程度。b)合理选用焊接参数，采取预热和后热等措施，并保证层间温度不低于预热温度，减小焊接冷却速度，避免焊缝中出现淬硬组织。c)合理设计接头和坡口，采用合理的装配次序，减小拘束度和焊接应力。d)收弧时采用引出板或延时断弧，使焊缝金属填满弧坑，以减少弧坑裂纹的产生。 防止产生再热裂纹的措施：除选用有沉淀倾向碳化物形成元素含量小的母材外，在工艺上可采取下列措施：a)采用焊接热输入小的焊接工艺，减小热影响区过热段的尺寸。b)选用强度比母材低、没有沉淀倾向碳化物形成元素的焊件材料。使焊缝强度低于母材以增高其塑性变形能力。c)正确选用消除应力热处理规范，避免焊件在敏感的温度区间停留。d)采用高温预热、后热，降低接头内应力。 图11-3 热裂纹2. 根据与焊缝轴线方向的相对位置分：裂纹可分为纵向裂纹和横向裂纹。纵向裂纹位于焊缝热影响区，平行于焊缝轴线，横向裂纹则垂直于焊缝轴线。(1)纵向裂纹纵向裂纹几乎都在焊缝上而且通常局限于焊缝中心，裂纹轴线与焊缝长度方向平行。角焊缝的纵向裂纹可能是其他裂纹扩展的结果，它产生于根部焊道并继续延伸至整个焊缝。纵向裂纹发生原因之一是接头的拘束度大，可在某一缺陷周围诱发裂纹，如焊缝的气孔和夹渣等。另一个原因是大截面接头或不等厚接头中存在收缩应力。高速焊接时容易产生纵向裂纹，如普通埋弧焊、熔化极气体保护焊(GMAW)和焊条电弧焊以及自动焊设备完成的高速焊缝。厚壁焊缝的纵向裂纹经常是由冷却速度快和拘束度高所致。(2)横向裂纹横向裂纹垂直于焊缝金属轴线。它可能在焊缝金属中，也可能扩展到热影响区和母材中。横向裂纹一般是由于焊缝中延展性差的部位受纵向拉应力而产生的。焊缝金属中的横向裂纹一般与氢脆有关。3.按裂纹的所在位置分：裂纹可分为弧坑裂纹、焊趾裂纹、根部裂纹、喉部裂纹、焊道下和热影响区裂纹等。(1)弧坑裂纹弧坑裂纹通常是由于不正确的收弧引起的浅层热裂纹。焊接操作不当及焊接电弧中断等不正确操作时就会在弧坑产生这种裂纹。这种裂纹常常呈星形且向弧坑边缘延伸。这种缺陷经常发生在热膨胀性较高的金属，如不锈钢等。弧坑裂纹可能位于纵向焊缝裂纹的起始点，尤其是单道焊缝端部的弧坑。为防止弧坑裂纹或将其数量控制到最少，可采用填满弧坑技术，使弧坑呈凸形，或收弧时采用电流衰减技术。(2)焊趾裂纹焊趾裂纹一般为冷裂纹，产生在应力集中的焊趾处母材的表面，然后向母材内部扩展这些裂纹通常是由于热收缩应力使已经脆化的焊缝热影响区产生较大变形所造成的焊趾裂纹有时在母材金属不能承受焊接造成的收缩变形的情况下发生。焊趾裂纹也会发生在疲劳载荷的角焊缝接头中，例如小直径管座接头焊缝。这些焊缝上的疲劳载荷引起的焊趾裂纹在应力集中区往往可以扩展到整个管子的壁厚。(3)根部裂纹根部裂纹沿焊缝根部或表面纵向分布。裂纹性质可能是热裂纹或冷裂纹。其产生原因，或者与焊接工艺有关，或者与待焊材料引起的冶金性能有关，或者是由于未焊透或预热处理不当、焊速过快或间隙过大所致。根部裂纹的产生也可能是由表面污染或填丝不当所引起的。应该认真按照焊接工艺进行施焊，以防止裂纹的产生。(4)喉部裂纹喉部裂纹可见于焊缝轴线，沿焊缝表面纵向分布并向根部扩展。喉部裂纹通常是热裂纹，也是纵向裂纹的一种。(5)焊道下和热影响区裂纹焊道下和热影响区裂纹通常是热影响区的冷裂纹。它们通常比较短而且不连续，但易于扩展成连续裂纹。通常焊道下裂纹的产生需具备产生冷裂纹的三大要素。研究发现这些裂纹在焊缝金属下面母材和热影响区中呈规律性分布。它们很少向表面扩展并且通常沿着焊道外形分布。根据微观组织和残余应力的取向，裂纹可能是纵向，也可能是横向的。外观检查很难发现这种裂纹，即使用超声波探伤或射线探伤方法检查也很难发现。(6)表面裂纹表面裂纹位于焊缝金属外部，是由焊缝金属凹陷过大、或余高不够、或焊接速度过快引起的，也可能是由快速冷却收缩引起的。防止措施就是严格按照焊接工艺进行施焊。(7)中心裂纹中心裂纹是下列三种裂纹引起的，即结晶裂纹、焊道成形和焊缝表面形状裂纹，这三种裂纹形式完全相同，而且通常很难辨认具体的产生原因；经验表明，这些裂纹常常是两个或三个相互作用促使中心裂纹产生。 1） 结晶裂纹是在焊缝金属凝固时，混合物中低熔点物质(P、Zn、Cu、S)析出造成的。熔池里低熔点物质最后凝固，所以在凝固过程中，熔池从远离中心处开始凝固，低熔点物质势必被迫聚集在焊缝中心。限制母材中杂质的熔入可以防止结晶裂纹，也可通过限制熔深的方法来解决，在坡口表面堆焊隔离层也能有效地减少焊缝金属中的杂质。 2） 焊道成形裂纹与熔深大的焊接方法(SAW、GMAW、FCAW)有关。在焊缝横截面上，当焊道深度大于宽度时，熔池凝固期间晶粒的生长方向垂直于钢的中心交界面，所以无法实现横截面的完全熔合。为此单道焊缝宽度应尽量和焊道深度一样。推荐的宽深比为1：11.4：1。如果多层焊的每道焊缝的宽度都大于其深度，则这种裂纹就不会发生。 3） 焊缝表面形状裂纹凹形焊缝的内应力使焊缝表面呈拉应力，而凸形焊缝的内应力使焊缝表面呈压应力，由于拉应力的作用在凹形焊缝表面形成裂纹。凹形焊缝常常由电弧电压偏高造成，电弧电压稍微降低就会得到凸型焊缝，即可限制裂纹形成倾向。高速焊接容易产生凹形焊缝，降低焊接速度、增加金属的填充量可使焊缝呈凸形。向下立焊焊接时，同样具有产生裂纹倾向的凹形焊缝。图11-4 焊接接头裂纹分布示意图1.焊缝中的纵向裂纹与弧形裂纹(多为结晶裂纹)2. 焊缝中的横向裂纹 (多为延迟裂纹)3. 熔合区附近的横向裂纹(多为延迟裂纹)4. 焊缝根部裂纹(延迟裂纹、热应力裂纹)5.近缝区根部裂纹(延迟裂纹)6.焊趾处纵向裂纹(延迟裂纹)7. 焊趾处纵向裂纹(液化裂纹，再热裂纹)8.焊道下裂纹(延迟裂纹、液化裂纹，再热裂纹、高温低塑性裂纹)9.层状撕裂二、气孔气孔的危害性比裂纹小，但气孔的尺寸和数量超过一定范围时，就是不允许存在的焊接缺陷。微量气孔，对接头静态拉伸或屈服强度无明显影响。气孔对塑性的影响比较显著，母材屈服强度越高，气孔对塑性的影响就越大。1.气孔定义和分类焊接接头的孔穴包括残留气体形成的气孔和由于凝固时收缩造成的缩孔。气孔是焊接时熔池中的气体在金属凝固以前未来得及逸出，而在焊缝金属中残留下来所形成的空穴。气孔按形状分为球状气孔、条形气孔和虫形气孔；按数量可分为单个气孔、均布气孔、局部密集气孔和链状气孔、缩孔可分为结晶缩孔和弧坑缩孔。如图11-5所示。(1) 均布气孔 单道焊缝或多道的一道或几道焊缝中都可能产生均布气孔。均布气孔的产生是由于不合适的焊接操作技术或不恰当的气体保护、焊件表面污染或材料缺陷所致。(2) 密集气孔密集气孔具有其自身的特点，即形状不规则的成群气孔呈区域化分布。它常常是由于不正确的引弧或收弧引起的。电弧偏吹也可促使密集气孔的产生。(3) 链状气孔由一种局部线性排列的球形或长条形气孔组成。这种气孔可沿焊缝根部或焊道边界之间呈直线分布，它是由污染的缺欠处气体的逸出引起的。(4) 管状气孔是指气孔的长度大于宽度且近似垂直于焊缝表面。在角焊缝中，长条形气孔常常从焊缝根部向焊缝表面扩展。焊缝表面的单个管状气孔与焊缝内部的多数管状气孔形状是相同的。焊缝内部的管状气孔大都不向表面扩散，电渣焊缝中的管状气孔相对较长，其产生原因通常是焊缝金属快速凝固所致。在焊接过程中促使焊缝形成气孔的气体有氢气、氮气和CO气体。氢气孔、氮气孔大多出现在焊缝表面；CO气孔多产生于焊缝内部并沿结晶方向分布。2.气孔产生原因气孔产生的原因主要是，常温固态金属中的气体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。当金属凝固速度大于气体逸出速度时，就形成了气孔。气孔的形成机理：焊缝中溶入的气体或由其引起气孔的污染也会影响焊缝金属的其他使用性能。当焊件在承载条件下工作时，溶入气体的缝隙是导致焊件开裂的裂纹源，而钢中的氢就是导致这种裂纹的原因。其他气体，如少量的氮和氧的影响不大。气孔对焊缝金属冲击韧性的影响很小。一定数量或大尺寸的气孔会大大削弱焊缝的截面积，降低焊缝的强度、塑性和韧性。焊缝表面的气孔还有损于焊缝的外观质量。形成气孔的气体，来源于两个方面，一种是外部气体进入并溶解于高温金属熔池中；另一种是熔池中有机物的分解或元素的氧化反应产生的气体。在高温金属熔池的冷却过程中，熔池中的气体，由于溶解度降低而处于饱和状态，就会急剧向外逸出，来不及逸出的气体，被凝固的焊缝金属包围，就形成气孔。氢是焊缝金属中产生气孔的主要因素，它可以从任何气源进入焊接熔池，例如，焊接区的空气、焊剂或焊条药皮中的纤维化物质等。由于焊剂、焊条药皮、空气或母材金属表面都可能含有水分，焊接熔池中的氢也可为水的溶解所致。而存在于填充焊丝表面上的拉拔用的固溶剂也是引起焊缝金属氢致气孔的重要原因，特别是小直径焊丝。母材水分或表面氧化物中的溶解氢可能残留在焊缝金属内部。填充金属中也含有一定量的溶解氢。氮气通常是由于电弧和焊接熔池的保护被破坏，空气进入焊接区造成的。氧可能从焊丝或母材上的氧化物、焊剂或焊条药皮中的化合物或者空气这三种形式进入焊接熔池。母材金属、填充金属、焊剂或焊条药皮中的脱氧剂不足，则会导致焊接熔池的脱氧不完全。焊缝金属中的气孔通常与焊接方法和焊接工艺有关。在某些情况下，还与母材金属的牌号和化学成分有关。焊接方法、焊接工艺、母材金属牌号(包括冶金方法)直接影响焊接熔池中气体的数量和形式。焊接方法、焊接工艺控制着焊接熔池的凝固速度，进而影响焊缝中气孔的数量。对于给定的焊接工艺和母材组合，采用正确的焊接工艺，焊缝金属中基本不会产生气孔。溶解型气体常常存在于液态焊缝金属内部，如果溶解的气体含量超过其固态溶解度时，则当焊缝金属凝固时便形成气孔。焊接熔池中气体可能有H2、02、N2、CO、C02等 其中CO、H2、N2在焊接熔池中的溶解度比其他气体都大得多，而且这些气体在固态时的溶解度比液态时低，所以是最容易产生气孔的气体。缩孔产生的原因是，金属液凝固时补缩不足导致的孔洞状缺陷。3.预防气孔措施焊接中防止焊缝中产生气孔的常用方法（1) 仔细清除工件表面的污物，焊条电弧焊时在坡口两侧正反面各10mm、埋弧焊时各2Omm范围内去除锈、油并打磨至露出金属光泽，特别是在使用碱性焊条和埋弧焊时，更应做好清洁工作。（2) 焊条和焊剂一定要严格按照规定的温度进行烘焙，烘干焊条时，每层焊条不能堆放太厚(一般1-3层)，以免焊条烘干时受热不均和潮气不易排除。（3) 不应使用过大的焊接电流。（4) 采用直流电源施焊时，电源极性应为反接。（5) 碱性焊条施焊时，应采用短弧焊。（6) 引弧时应将焊条略作停顿，对引弧处进行预热，否则引弧处容易形成气孔。（7) 采用焊条电弧焊打底、埋弧焊盖面的工艺时，打底焊条应为碱性焊条，用酸性焊条打底极易产生气孔。（8) 气体保护焊时应调节气体流量至适当值，流量太小，保护不良，易使空气侵人形成气孔。a、单个球状气孔 b、均布气孔 c、密集气孔d、与焊缝轴线平行的链状气孔e、管状气孔 f、单个气孔图11-5 气孔形态示意图三、固体夹杂夹渣的存在减少了焊缝的截面积，降低了焊接接头的塑性和韧性，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。夹渣对焊缝性能的影响与气孔相同，夹渣对静态拉伸性能的影响主要是降低其有效承载截面。焊缝中少量夹渣，对焊缝金属塑性似乎没有影响。抗拉强度较大的焊缝金属，其韧性通常不受影响，然而随着抗拉强度增加，韧性的降低与夹渣的尺寸、数量成比例。夹渣会影响焊缝金属的疲劳性能。特别是当去除焊缝余高且焊缝不作焊后热处理时，焊缝表面(正面或背面)上的夹渣对疲劳性能的影响程度要比焊缝内部夹渣大得多。1.定义：固体夹杂是指在焊缝金属中残留的固体杂物，包括残留在焊缝金属中的焊渣、氧化物、硫化物和外来金属颗粒(夹钨、夹铜等)。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。夹渣影像,如图11-6所示。夹钨是在钨极气体保护电弧焊或等离子弧焊时，钨极微粒进入焊缝金属中而产生的焊接缺陷。2.发生区域：有熔渣保护电弧焊工艺在焊缝金属中残留的固体杂物；通常只有在熔渣保护电弧焊工艺中例如焊条电弧焊、药芯焊丝电弧焊、埋弧焊和电渣焊时才产生夹渣。3.产生原因：夹渣是由于焊渣残留于焊缝金属中造成的焊接缺陷。夹渣是因为错误的焊接操作技术和接头焊接可达性较差所致。当焊接操作技术合适时，熔渣容易浮在液态焊缝金属表面。焊接接头边缘或焊道间的尖锐缺口会促使焊缝金属中形成夹渣。夹钨中的钨来自钨电极，这可能是因为钨电极接触到熔池而使一部分钨电极溶于金属熔池，也可能因为焊接电流过大，导致钨电极熔化而滴进了金属熔池。采用X射线探伤时，可以看到在夹钨处是一个亮的区域，这是因为钨比周围的金属密度大吸收了大量的X射线。熔渣是焊接和熔融焊缝金属冶金反映的产物。氧化物、氮化物和其他杂质溶解于熔渣中，当熔渣浓度低于焊缝金属浓度时，熔渣会自然浮到焊缝表面。焊接过程中，由于电弧的激烈搅拌作用，夹渣可能在熔融焊缝金属表面以下形成。焊渣在电弧之下流动，也可能被液态焊缝金属所覆盖。后者主要是多层焊接中层间清理不当所致。有些因素会阻碍脱渣顺利进行，进而导致夹渣，这些因素有焊接速度过高、凝固速度快、焊接电流不足、焊条(焊丝)操作不当、前层焊道存在咬边等。而焊道成形不良、严重咬边或不合适的坡口形状等几何因素都提供了熔渣在焊道下面聚集的空间。根部焊道焊接时，如果焊条或焊丝直径过大且电弧仅作用在坡口侧而没有作用在根部时，熔渣很可能卷入根部间隙中并形成焊缝下夹渣。4. 预防措施在焊接中防止夹渣产生的措施如下：(1) 当坡口尺寸不合理时，采用小直径焊条。(2)坡口有污物时，要清理干净。(3)多层焊时，层间清渣要彻底。(4)焊接热输入小，熔渣流动性变差容易形成夹渣，所以要加大焊接电流。(5)焊缝散热太快、液态金属凝固过快、容易形成夹渣，所以应降低冷却速度。(6)焊条药皮、焊剂化学成分不合理，熔点过高，冶金反应不完全，脱渣性不好。(7)钨极惰性气体保护焊时，电源极性不当，电流大，钨极熔化脱落于熔池中，产生夹钨，应当选择正确的电源极性，使用适当的电流，避免夹钨。(8)焊条电弧焊时，焊条摆动不良，不利于熔渣上浮。应正确摆动焊条，使熔渣上浮，以防止夹渣的产生。 图11-6 夹渣影像形态示意图四、未熔合和未焊透1.未熔合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。局部未熔合与气孔和夹渣作用非常相似，它影响焊接接头的完整性。根据焊接接头承载方式不同，局部未熔合的容许范围与气孔、夹渣的限制相似。连续未熔合与未熔透的影响相同。（1） 定义：未熔合是指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缺陷。按其所在部位，未熔合，可分为坡口未熔合、层间未熔合及根部未熔合，如图11-7所示。（2） 发生区域：坡口的侧壁、多层焊的层间及焊缝的根部。（3） 产生原因：对于给定的接头形式和焊接工艺，未熔合的产生原因是焊接操作技术不合适，母材焊接熔深不够或接头设计不合理，导致母材金属或前层熔敷金属或两者都有的未完全熔合。影响未熔合的焊接参数包括焊接电流较小，热输入量不当，焊条(焊丝)控制不合适以及焊接过程中待焊接头表面的电弧可达性受限。即使焊接参数和焊接技术正确，焊前(或层间)清理不够也可能产生未熔合。氧化物或其他外来物质如金属表面的熔渣也会促进未熔合的形成。焊接工艺必须与接头坡口准备形式相适应，以避免产生未熔合。焊缝内部的未熔合检测要比表面缺欠难得多。当外观检查不能发现时，必须采用无损探伤方法如超声波探伤。（4） 预防措施在焊接中防止产生未熔合的措施如下：1) 焊接坡口表面要加强清理，因为坡口或焊道有氧化皮、焊渣等杂质，会导致一部分热量损失在熔化杂质上，剩余热量不足以熔化坡口或焊道金属。2) 调整合理的焊接参数，如加大焊接电流、电弧电压，减小焊接速度。3) 焊条或焊丝的摆动角度应避免偏离正常位置，否则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。4) 电弧在坡口面应适当停留，保证熔合好。图11-7 未熔合示意图2.未焊透根部存在未焊透的单面焊缝，在承受拉应力时，应力集中可能引起脆性断裂(无明显变形)。如果焊缝中的未焊透位于焊缝中性轴上，则弯曲应力较低，但应力集中位于缺陷的两端。未焊透缺欠在任何承受拉伸载荷的焊缝中是不允许的，它能引发扩展型裂纹，造成灾难性的破坏。设计允许局部焊透(不需要全焊透)的焊接接头，根部未焊透不是焊接缺陷，但是必须保证焊缝有效厚度达到设计要求。（1） 定义：未焊透是指焊接时接头根部未完全熔透而产生的焊接缺欠。当焊缝的熔透深度小于板厚时形成未焊透。单面焊时，焊缝熔透达不到钢板底部；双面焊时，两面焊缝熔深之和小于钢板厚度。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，未焊透引起的应力集中所造成的危害，比强度下降的危害大得多。（2） 发生区域：焊缝根部。如图11-8所示。（3） 产生原因：未焊透是由焊接热量不够、焊接速度过快、接头形式不合理、坡口角度不合适或电弧对熔池的控制不当所致。未焊透与接头坡口形式和焊接工艺有关。尤其是管子焊缝，由于内壁存在错边，很容易产生未焊透。许多用于双面坡口焊缝的焊接工艺，在背面首道焊缝焊前，应对正面首层焊缝根部清根。这样才能保证背面首道与正面首道焊缝之间，没有任何未焊透型的焊接缺陷。（4） 预防措施：在焊接中防止产生未焊透的措施如下：1) 适当加大装配间隙，减小钝边长度，加大坡口角度。2) 调整焊接参数，如增大焊接电流，降低焊接速度和电弧电压。3) 打底焊时，采用小直径焊条的双面焊时，要加强焊根清理。4) 要注意焊条角度问题，防止焊条偏离焊道中心，包括磁偏吹和焊条偏心度。 图11-8 未焊透示意图 五、形状与尺寸不良形状与尺寸不良缺欠是指焊缝外表面形状或接头几何形状不良包括咬边、缩沟、焊缝超高、凸度过大、下塌、焊瘤、错边、角度偏差、下垂、烧穿、未焊满、焊角不对称、焊缝宽度不齐、表面不规则、焊缝接头不良、变形过大、焊缝尺寸不正确、焊缝厚度过大、焊缝宽度过大、焊缝有效厚度过大或不足。1.咬边咬边减小了母材金属的工作截面，降低了工件的承载能力，同时还会造成应力集中，咬边产生的缺口越尖锐越深，则缺陷越严重，甚至发展为裂纹源。咬边如图11-9所示。如果仔细检查，所有的焊缝都有不同程度的咬边。有些咬边可能只有在金相试验中将焊缝界面腐蚀后经放大才会发现。当咬边的深度超过了允许的数值时，它才被视为不可接受的焊接缺陷。（1）定义：咬边是由于焊接参数选择不当，或操作方法不正确，沿焊趾的母材部位产生的不规则缺口。（2） 发生区域：咬边一般位于焊缝和母材连接处、角焊缝的焊趾处或者坡口焊缝的熔合线处。咬边也可能出现在单面焊接的坡口焊缝根部。最严重的咬边通常可见于焊接时处于垂直位置的母材表面。一般在平焊时较少出现，而在立、横、仰焊时容易出现。（3） 产生原因：主要是焊接操作不恰当或焊接参数选择不对所致，例如焊条角度不当、电弧拉得太长，运条方式不当；电流太大，焊接速度太快，造成电弧热量太高，熔化的金属不能及时填补熔化的缺口。其次，直流焊时电弧的磁偏吹也是产生咬边的一个原因，因此角焊中，采用交流焊代替直流焊也能有效防止咬边。另外，在横、立、仰焊位置也会加剧咬边，因此要加强焊工技能培训。 图11-9 咬边示意图2.缩沟缩沟是指在根部两侧或中间焊道可观察到的沟槽。在压力容器制造过程中，经常会使用衬环来焊接筒体最后一道环缝。此类对接焊缝通过射线检测后，底片上经常能看到一些貌似未熔合的伪缺陷影像。实质是带衬环焊缝根部收缩沟缺陷。收缩沟产生的原因是带永久性衬垫板单面开V形坡口，在采用埋弧焊或焊条电弧焊过程中，细颗粒的焊剂(或药皮)在熔池底部与熔化的熔融金属熔合在一起，这种液态金属熔渣沿着衬板渗入贴合间隙中。由于垫板与筒体间隙不均匀，故液态金属熔渣会形成不规则的阴影。3.下塌、焊瘤、下垂、烧穿（1）下塌 下塌是穿过单层焊缝根部或从多层焊接接头穿过前道熔敷金属塌落的过量焊缝金属。产生下塌的原因是焊接电流过大、焊接速度偏小、坡口间隙过大而钝边偏小。实际焊接中应合理选择焊接参数，提高焊工焊接水平。（2）焊瘤焊瘤是指焊接过程中，熔化金属流淌到未熔化的母材上或从焊缝根部溢出，冷却后形成未与母材熔合的金属瘤。焊瘤是一种表面缺欠，这种表面缺欠不仅会产生严重的机械缺口，而且会严重影响焊缝外观质量。如图11-10所示。产生焊瘤的原因是焊接工艺控制不好，焊接材料选用不当，或者焊前母材坡口制备不合适，都可能引起焊瘤。另外，牢固附着在母材上的氧化物也会妨碍熔化，从而产生焊瘤。实际焊接过程中应适当降低焊接电流、加快焊接速度，拉长电弧。 图11-10 焊瘤示意图（3）下垂下垂是受重力作用焊缝金属塌落。因此在实际焊接过程中合理选择焊接参数，采用不同的运条手法。在立焊、仰焊时，平直焊产生的热量集中，熔化金属容易垂落，摆动焊可以避免这一现象发生。小节距摆动焊适用于打底焊，大幅度摆动焊适用于厚板的平焊、角焊、立焊和仰焊的中间层和盖面层。（4）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，形成穿孔性缺陷。烧穿减少焊缝有效截面积，降低接头承载能力等。产生原因是焊接电流过大，焊接顺序不合理，焊接速度太慢，根部间隙太大，钝边太小等。防止措施是选择合适的焊接电流和焊接速度，缩小根部间隙，提高操作技能。如图11-11所示。 图11-11 烧穿示意图4.凹坑、未焊满（1） 凹坑凹坑是指焊缝表面或背面局部低于母材的缺陷。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凹坑。如图11-12所示。凹坑减小了焊缝的有效截面积，弧坑常常有弧坑裂纹或弧坑缩孔。防止措施是：尽量选用平焊位置，选用合适的焊接参数，收弧时让焊条在熔池内短时间停留或环形摆动，填满弧坑。图11-12 凹坑示意图（2） 未焊满未焊满是由于填充金属不足，在焊缝表面形成的连续或间断的凹坑。填充金属不足是产生未焊满的根本原因。未焊满同样减小了焊缝的有效截面积，同时也会产生应力集中，由于规范太小使冷却速度增大，容易产生气孔、裂纹等缺陷。在实际焊接过程中，通过加大焊接电流、加焊盖面焊缝等措施来避免未焊满的产生。 5.焊脚不对称同在一侧的角焊缝，其直角边上的焊脚不对称。这种缺陷会降低工件的承载能力，并造成一定的应力集中。在实际焊接中，应按图施工。6.焊缝几何形状不良 几何形状不良主要是指焊缝超高、凸度过大、焊缝宽度不齐、表面不规则、错边、角度偏差、焊缝接头不良等缺陷。这些缺陷不仅影响焊缝外观质量，而且极易造成应力集中。缺陷形成原因主要是坡口角度不当，装配间隙不均匀，焊接参数选择不当，焊接电流过大或过小，焊接速度不均匀，运条手法不正确