如何通过焊接缺陷了解它与无损检测之间的关系

一、一般常见的焊接缺陷可分为四类：

（1）焊缝尺寸不符合要求：如焊缝超高、超宽、过窄、高低差过大、焊缝过渡到母材不圆滑等。

（2）焊接表面缺陷：如咬边、焊瘤、内凹、满溢、未焊透、表面气孔、表面裂纹等。


（3）焊缝内部缺陷：如气孔、夹渣、裂纹、未熔合、夹钨、双面焊的未焊透等。


（4）焊接接头性能不符合要求：因过热、过烧等原因导致焊接接头的机械性能、抗腐蚀性能降低等。




二.焊接缺陷对焊接构件的危害，主要有以下几方面：

（1）引起应力集中

焊接接头中应力的分布是十分复杂的。凡是结构截面有突然变化的部位，应力的分布就特别不均匀，在某些点的应力值可能比平均应力值大许多倍，这种现象称为应力集中。

造成应力集中的原因很多，而焊缝中存在工艺缺陷是其中一个很重要的因素。

焊缝内存在的裂纹、未焊透及其他带尖缺口的缺陷，使焊缝截面不连续，产生突变部位，在外力作用下将产生很大的应力集中。

当应力超过缺陷前端部位金属材料的断裂强度时，材料就会开裂破坏。


（2）缩短使用寿命

对于承受低周疲劳载荷的构件，如果焊缝中的缺陷尺寸超过一定界限，循环一定周次后，缺陷会不断扩展，长大，直至引起构件发生断裂。


（3）造成脆裂，危及安全

脆性断裂是一种低应力断裂，是结构件在没有塑性变形情况下，产生的快速突发性断裂，其危害性很大。

焊接质量对产品的脆断有很大的影响。




三.焊接缺陷

（一）焊接变形

工件焊后一般都会产生变形，如果变形量超过允许值，就会影响使用。

焊接变形的几个例子如图2-19所示。

产生的主要原因是焊件不均匀地局部加热和冷却。因为焊接时，焊件仅在局部区域被加热到高温，离焊缝愈近，温度愈高，膨胀也愈大。

但是，加热区域的金属因受到周围温度较低的金属阻止，却不能自由膨胀；而冷却时又由于周围金属的牵制不能自由地收缩。

结果这部分加热的金属存在拉应力，而其它部分的金属则存在与之平衡的压应力。

当这些应力超过金属的屈服极限时，将产生焊接变形；当超过金属的强度极限时，则会出现裂缝。




（二）焊缝的外部缺陷

1.焊缝增强过高

如图2-20所示,当焊接坡口的角度开得太小或焊接电流过小时，均会出现这种现象。

焊件焊缝的危险平面已从M-M平面过渡到熔合区的N-N平面，由于应力集中易发生破坏，因此，为提高压力容器的疲劳寿命，要求将焊缝的增强高铲平。

2.焊缝过凹

如图2-21所示，因焊缝工作截面的减小而使接头处的强度降低。




3.焊缝咬边

在工件上沿焊缝边缘所形成的凹陷叫咬边，如图2-22所示。

它不仅减少了接头工作截面，而且在咬边处造成严重的应力集中。


4.焊瘤

熔化金属流到溶池边缘未溶化的工件上，堆积形成焊瘤，它与工件没有熔合，见图2-23。

焊瘤对静载强度无影响，但会引起应力集中，使动载强度降低。

5.烧穿

如图2-24所示。烧穿是指部分熔化金属从焊缝反面漏出，甚至烧穿成洞，它使接头强度下降。




以上五种缺陷存在于焊缝的外表，肉眼就能发现，并可及时补焊。

如果操作熟练，一般是可以避免的。


（三）焊缝的内部缺陷
1.未焊透

未焊透是指工件与焊缝金属或焊缝层间局部未熔合的一种缺陷。未焊透减弱了焊缝工作截面，造成严重的应力集中，大大降低接头强度，它往往成为焊缝开裂的根源。


2.夹渣

焊缝中夹有非金属熔渣，即称夹渣。夹渣减少了焊缝工作截面，造成应力集中，会降低焊缝强度和冲击韧性。


3.气孔

焊缝金属在高温时，吸收了过多的气体（如H2）或由于溶池内部冶金反应产生的气体（如CO），在溶池冷却凝固时来不及排出，而在焊缝内部或表面形成孔穴，即为气孔。

气孔的存在减少了焊缝有效工作截面，降低接头的机械强度。若有穿透性或连续性气孔存在，会严重影响焊件的密封性。


4.裂纹

焊接过程中或焊接以后，在焊接接头区域内所出现的金属局部破裂叫裂纹。裂纹可能产生在焊缝上，也可能产生在焊缝两侧的热影响区。有时产生在金属表面，有时产生在金属内部。

通常按照裂纹产生的机理不同，可分为热裂纹和冷裂纹两类。
4.1热裂纹

热裂纹是在焊缝金属中由液态到固态的结晶过程中产生的，大多产生在焊缝金属中。

其产生原因主要是焊缝中存在低熔点物质（如FeS，熔点1193℃），它削弱了晶粒间的联系，当受到较大的焊接应力作用时，就容易在晶粒之间引起破裂。

焊件及焊条内含S、Cu等杂质多时，就容易产生热裂纹。

热裂纹有沿晶界分布的特征。当裂纹贯穿表面与外界相通时，则具有明显的氢化倾向。
4.2冷裂纹

冷裂纹是在焊后冷却过程中产生的，大多产生在基体金属或基体金属与焊缝交界的熔合线上。

其产生的主要原因是由于热影响区或焊缝内形成了淬火组织，在高应力作用下，引起晶粒内部的破裂，焊接含碳量较高或合金元素较多的易淬火钢材时，较易产生冷裂纹。

焊缝中熔入过多的氢，也会引起冷裂纹。

裂纹是非常危险的一种缺陷，它除了减少承载截面之外，还会产生严重的应力集中，在使用中裂纹会逐渐扩大，可能导致构件的破坏。所以焊接结构中一般不允许存在这种缺陷，一经发现须铲去重焊。

四.焊接的检验

对焊接接头进行必要的检验是保证焊接质量的重要措施。

因此，工件焊完后应根据产品技术要求对焊缝进行相应的检验，凡不符合技术要求所允许的缺陷，需及时进行返修。

焊接质量的检验包括外观检查、无损探伤和机械性能试验三个方面。这三者是互相补充的，而以无损探伤为主。
（一）外观检查
外观检查一般以肉眼观察为主，有时用5－20倍的放大镜进行观察。

通过外观检查，可发现焊缝表面缺陷，如咬边、焊瘤、表面裂纹、气孔、夹渣及焊穿等。焊缝的外形尺寸还可采用焊口检测器或样板进行测量。
（二）无损探伤
隐藏在焊缝内部的夹渣、气孔、裂纹等缺陷的检验。

目前使用较普遍的是采用X射线检验，还有超声波探伤和磁力探伤。
X射线检验是利用X射线对焊缝照相,根据底片影像来判断内部有无缺陷、缺陷多少和类型。再根据产品技术要求评定焊缝是否合格。

超声波探伤的基本原理如图2-25所示。




超声波束由探头发出，传到金属中，当超声波束传到金属与空气界面时，它就折射而通过焊缝。

如果焊缝中有缺陷，超声波束就反射到探头而被接受，这时荧光屏上就出现了反射波。根据这些反射波与正常波比较、鉴别，就可以确定缺陷的大小及位置。

超声波探伤比X光照相简便得多，因而得到广泛应用。

但超声波探伤往往只能凭操作经验作出判断，而且不能留下检验根据。
对于离焊缝表面不深的内部缺陷和表面极微小的裂纹，还可采用磁力探伤。
（三）水压试验和气压试验
对于要求密封性的受压容器，须进行水压试验和（或）进行气压试验，以检查焊缝的密封性和承压能力。

其方法是向容器内注入1.2－1.5倍工作压力的清水或等于工作压力的气体（多数用空气），停留一定的时间，然后观察容器内的压力下降情况，并在外部观察有无渗漏现象，根据这些可评定焊缝是否合格。
（四）焊接试板的机械性能试验
无损探伤可以发现焊缝内在的缺陷，但不能说明焊缝热影响区的金属的机械性能如何，因此有时对焊接接头要作拉力、冲击、弯曲等试验。这些试验由试验板完成。

所用试验板应与圆筒纵缝一起焊成，以保证施工条件一致，然后将试板进行机械性能试验。实际生产中，一般只对新钢种的焊接接头进行这方面的试验。

焊接缺陷与检验焊接缺陷在焊接生产过程中，由于设计、工艺、操作中的各种因素的影响，往往会产生各种焊接缺陷。

焊接缺陷不仅会影响焊缝的美观，还有可能减小焊缝的有效承载面积，造成应力集中引起断裂，直接影响焊接结构使用的可靠性。