浅谈焊接缺陷与预防的分析与研究

柴志亮

摘 要：当今加工制造业中，焊接起着尤为重要的作用，随着时代的进步，出现了各种高新的工艺和先进的加工技术，那么对焊接工艺也提出了更新更高的要求。本文介绍了焊接过程中常见的一些焊接缺陷与原因，并在此基础上提出预防改善措施，以此来提高焊接质量。

关键词：焊接；焊接缺陷；预防措施

中图分类号：TG457.6 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）05-0110-02

在当今工业制造中，焊接技术已大量用于各个领域，航天火箭、飞机和游轮、汽车及压力容器，盛放化学药剂的容器、机械制造等。在这些领域中，单就船舶制造业来说，制造加工总工时的30～40%是由焊接来完成的，因此我们可以看出，在加工制造业中焊接加工工艺也是尤为重要的一种存在。那么作为当今加工制造业中重要的一环，我们就尤其不能忽视在焊接过程中焊件所产生的一些焊接缺陷，本文将从以下这几个方面来分析其形成原因，以及探讨对其焊接缺陷的预防和改善措施。

1 常见焊接缺陷

1.1 焊接裂纹

焊接裂纹是指焊接接头中局部的金属在焊接应力作用下，遭到破坏而产生的裂纹。按产生时的温度不同可以分为冷裂纹和热裂纹两种。裂纹是焊接结构最危险的缺陷，不仅会使产品报废，而且还可能引起严重的事故。尤其是焊接接头，比如锅炉容器、压力容器等，一些特大、非常严重的事故都有可能是有一条裂纹引起的，扩展性是裂纹比较常见的一个特征，裂纹还有一个特点，就是“生长性”在一定的条件下它会不停的生长，甚至导致断裂。

1.2 焊接气孔

焊接气孔是由于焊接熔池金属在冷却凝固时产生或析出的气体来不及逸出熔池表面而残留下来所形成的空穴。焊接气孔通常有三种情况：氢气孔、氦气孔和一氧化碳气孔。焊缝的有效截面积、机械性能和致密性，都有可能因为气孔的存在而降低或减少，一些针孔形的圆柱形气孔对焊件的危害特别大，它们一般直径和深度都不大，但是危害性却是极其大的，一些泄漏往往都是由它们引起的。

1.3 焊接夹渣

焊接夹渣是焊接后残留在焊缝中的熔渣。夹渣的存在可能会导致焊缝的强度有所降低，对其机械性能可能也会有所降低，对一些需要承受载荷的小截面，往往可能导致其断裂。因为其减少了焊缝的有效截面积，使得断裂更容易发生。

1.4 焊接未焊透

焊接未焊透是指在焊接时焊件与所溶金属之间局部未熔合的现象。焊接未焊透可能会导致焊接接头的力学性能有所降低，同时焊件的有效截面也可能被未焊透所减小，在焊接未焊透的部位可能有缺口以及一些尾部的尖端的存在，那么应力集中的可能性就大大增加了，所以在承载后，也是经常会引起焊件断裂的主要诱因。

1.5 焊接咬边

在焊接过程当中焊缝金属与基体金属交界处，沿着焊缝的边缘上（即焊趾的母材部位）所形成的凹陷称之为咬边。焊接咬边可以出现在焊缝的一側，也可以两侧都有。可以是间断的，也可以是连续的。咬边同样也是减小了焊接的有效截面，比起其他焊接缺陷来说，它更直接，可以说是直接的降低了焊接接头处的强度，此外，在咬边外应力集中的现象也常有发生，所以它往往是裂纹产生的原因，一旦承载后同样也是断裂产生的原因。

1.6 焊接烧穿

在焊接过程中，金属溶液自焊缝背面流出，形成了焊接穿孔。焊接穿孔可能发生一处，也可能发生在多处。在薄板焊接操作过程中很容易发生焊接烧穿。焊接穿孔直接导致焊接有效截面的减少，焊接部位强度降低，也可能引发断裂等情况。

2 产生原因

2.1 焊接裂纹

冷裂纹产生的原因有以下几种：在焊接热循环作用下，形成淬硬组织。钢原有的硬化趋势主要取决于化学成分、钢板厚度、焊接工艺和冷却条件。钢的硬化倾向越强，就越容易产生冷裂纹。氢的过度扩散是造成强度比较高的钢焊接裂纹的主要原因之一，具有延迟特性。强度越高的钢焊接接头的氢含量越高，裂纹越敏感。焊接接头存在较大的结合应力：较高强度的钢焊接时产生延迟裂纹的趋势不仅取决于钢的硬化趋势和氢的作用，而且还取决于焊接接头的应力状态。焊接过程中存在的主要应力包括：不均匀加热和冷却时产生的热应力、金属相变时组织应力的改变和结构的自结合条件；焊接过程（工艺）的影响：如果导线能量过大，靠近接缝区域的晶粒尺寸可能较大，可能降低接头的抗裂性。低的线性能量也会使热影响区变硬，不利于氢气的溢出，导致冷裂纹产生的可能增加。焊接前后热处理温度不适宜，多层焊接的焊接深度不适宜。

热裂纹产生的原因有以下几种：焊接池中熔点低，主要受硫、磷的影响。在钢中它们容易在成为熔点比较低的晶体。它们是脆性和坚硬的组织，在压力下容易造成晶体裂纹。这些杂质的来源可能出自于材料本身，焊接材料也可能出现，甚至于焊接接头的表面也有可能出现；热裂纹形成的另一个重要因素就是凝固的结晶组织。晶体组织越厚，柱状晶体的趋向性越明显，则晶体裂纹发生的可能性就越大。换句话说，焊接接线能量越大，产生热裂纹的可能性就越大；机械性能方面的因素对热裂纹的影响：焊接部件的刚度大，以及工艺因素不合理，装配过程不恰当，焊接缺陷多等更有可能致使应力在焊缝处集中，增加了它的热应力，从而导致在材料结晶时热裂纹的产生。

2.2 焊接气孔

我们在平时使用的时候，焊条不注意保养使其受潮，或者即使受潮了再操作前也未按要求烘干，同样的，不注意保养焊条，使得焊条外的药皮产生开裂，脱落甚至变质；使用时没有选择正确的焊条，用了焊芯含碳量过高的焊条；由于一些原因导致药皮的脱氧能力比较差；操作时没有清理干净焊件表面，使得其表面或坡口处有水油和铁锈等污垢存在，这些污物在电焊时的高温作用下，会分解出来一些化学元素，比如一氧化碳和水蒸气等，我们常见的一氧化碳气孔和氢气孔就是这些化学物质进入焊接熔池后所造成的；焊接时，操作上的一些原因可能会导致熔池存在的时间不够长，比如焊的太快，或者是选用的电流比较小等等，这些原因使得本要从焊件表面溢出的气体来不及溢出从而形成了气孔；操作时由于没有控制好焊条头部与焊件之间的距离，使得电弧的长度太长，药皮形成的气体已经对熔池起不到保护作用，导致空气进入熔池，形成气孔；焊接操作时使用的电流过大，使得焊条温度过高，导致药皮的脱落，从而失去了保护气体；还有一些比如焊接场地过于通风，使得焊接时电弧吹偏，基本功不扎实导致操作时操作不稳等。

2.3 焊接夹渣

在焊接过程中，如果没有及时清理工作台，或者工件表面，那么一些杂志或铁锈可能进入焊层之中，特别是一些焊渣没有清理干净，就更容易形成夹渣；另外焊条受潮后，药皮不像正常使用时缓慢熔化，而是可能整块整块的脱落掉入熔池金属中，但是又来不及及时浮出熔池表面，从而形成了夹渣；焊接电流过小也可能导致夹渣，因为电流小会使得熔池表面热量不足，使得表面流动性差，而这时金属自身固化速度又快，一些杂质还来不及浮出表面，所以就形成了夹渣；还有一些比如操作手法不熟练，角度速度不合适，弧长忽高忽低，坡口开口不合适等等这些问题都会导致夹渣。

2.4 焊接未焊透

焊接未焊透产生的原因主要是焊接速度过快，熔池还未完全成型，焊接电流太小，在焊接时熔池金属不能穿透工件，同样的坡口开的太小也容易产生这样的问题，另外焊条直径选择过大，使得熔化的金属材料送不到更深处，也会产生未焊透。当然，操作手法不当也很容易会产生未焊透。

2.5 焊接咬边

焊接咬边的产生原因主要是这几点：焊接工艺参数不合适，操作手法不熟练等。操作时电流过大，弧长没有控制好长度，操作时的焊条与工件的夹角也不正确，操作速度过快，导致金属没能完全填满金属熔池。

2.6 焊接烧穿

焊接烧穿产生的原因主要是电流过大，导致温度过高，烧穿工件；操作时速度太慢，停留在工件上时间太长，高温熔化焊件导致烧穿；坡口开口不理想，间隙过大也可能导致烧穿。

3 预防及改善措施

3.1 焊接裂纹

焊接裂纹不管是冷裂纹还是热裂纹，大致上都可以从焊接材料、焊接工艺和焊接后的机械性能这三个方面进行预防和改善。焊接材料方面，我们可以在焊接前选择一种合适此次操作的材料，比如说有着比较相近的化学成分，或是比较相近的合金成分等。而焊接工艺方面我们可以选择合适的焊接参数，比如焊接电流的合理选择，焊接速度的合理控制，另外在装配时也尽量不要用力过猛，防止硬性组装。在机械性能方面主要就是做到焊接前要充分预热，焊接后要热处理，一般我们采用退火的方法，可以使焊件缓慢冷却，从而改善焊件材料的脆性和硬度。

3.2 焊接气孔

首先我们一定要平时注意对焊条的保养，特别是防潮方面，一定要重视，在使用前一定要进行烘干，如果不是及时使用的还需要进行保温，在焊条的选择方面也要选择合适此次操作的焊条，另外焊接过程中随时注意清理焊件表面的污垢、铁锈和水等，包括坡口處也同样需要清理其表面的污垢，电流选择也必须合适，太小或太大都会引起气孔，运条速度要合理，电弧的长度要保持，这样才能避免气孔的出现。

3.3 焊接夹渣

预防夹渣我个人认为清理工作台和工件是比较重要的一项，平时在焊接时各种杂质可能残留在工作台和工件表面，再加上焊接过程中也不注意清理，很容易把这些杂质带入焊件焊缝中，形成夹渣。另外对焊条良好的防潮措施也能有效的避免夹渣。焊接电流不能太小，这样会因为热量不足影响焊件表面流动性，容易形成夹渣。此外，熟练的运条手法也很重要，尤其对焊条角度的控制，电弧弧长的控制也能有效的避免夹渣的出现。

3.4 焊接未焊透

首先要控制好焊接速度，太快就会导致熔池金属未成形，其次就是焊接电流，电流一定要合适，太小的话会导致热量不足，尤其对比较厚的工件来说就容易形成未焊透。另外，坡口开的也要合理，太小的坡口使得液态金属很难达到根部，同理，焊条的直径也需要合理的选择，太大也可能会使液态金属达不到根部，从而形成未焊透。当然，运条手法也很重要，特别要注意的是角度，选择合理的夹角也能最大程度上避免未焊透的产生。

3.5 焊接咬边

焊接咬边的预防主要还是在与操作手法上，需要注意电弧的弧长控制在一个合理的长度，选择合理的焊条与工件表面的夹角，操作时控制速度，一定要在一个合理的范围内，不能太快，另外焊接的工艺参数也是很重要的一项，在焊接前一定要选择一个合理的工艺参数，比如电流的大小，电流过大也很容易造成咬边的发生。

3.6 焊接烧穿

预防焊接烧穿我们可以控制焊接电流的大小，不能让它过大，需要把它控制在一个合理的范围，同样的，焊接速度也需要控制好，焊接的速度也不能太慢，这样就能有效的减少焊件表面的温度，从而预防焊接烧穿的发生。另外，焊接坡口开口时也要注意控制大小，坡口之间的间隙也需要控制在一个合理的范围内，不能太大，这也是预防焊接烧穿的重要方法之一。

4 结语

综上所述，在平时的焊接操作过程中，我们会遇到许多的焊接缺陷，本文分析的还只是冰山一角，但我们可以从预防与改善措施中看出，不管是哪一种焊接缺陷，无非都主要集中在这几点上：焊接电流、焊接速度、焊接角度、电弧长度、焊接工艺参数、坡口大小及位置等。当然最重要的还是操作时的运条手法以及工作态度，当我们把这些问题都铭记于心，在操作前认真仔细的先考虑到可能会遇到的问题，在加上平时刻苦的锻炼，加强自身的业务水平，那么我相信，不管是本文中提及的还是未提及的一些焊接缺陷，你都能迎刃而解，完成一个优质的焊接工程。

参考文献

[1] 刘刚.常见焊接缺陷和变形成因分析及解决方法[J].铁道建筑，2009（1）：15-16.

[2] 段斌，孙少忠.我国建筑钢结构焊接技术的发展现状和发展趋势[J].焊接技术，2016（5）：1-7.