焊接

一：焊缝开裂

焊缝在焊接当中开裂有以下原因: 应力、拘束力、刚性、化学成分、焊缝予留的间隙、电流、焊道、母材清洁度等。这些因素都可能是造成焊缝开裂的原因。虽然焊缝开裂原因很多，但在门种场合是多种因素造成，也有两种或三种因素造成的。但不管几个因素，其中必有一个主要因素。也有各种条件都没有什么影响，只受一个因素造成焊缝开裂。因此出现焊缝开裂必须首先正确地分析出开裂的主要因素和次要因素，根据造成开裂的主要、次要因素采取相应措施进行解决。

焊接过程形成的焊缝是焊条和母材两者经过电流高温熔化后形成焊缝，是焊条和母材由固体变成液体，高温液体是热胀，冷却变成固体是收缩。由于热胀冷缩，自然使焊接结构产生应力。有些焊接结构本身就存有拘束力和刚性。

焊接过程是由固体变成液体，也就是由固态转变成液态（通常说铁水），再由液态变成固态，也就形成焊缝。液态转变成固态（也就是铁水转变成晶粒）。铁水变成晶粒的过程就是结晶过程。

母材温度低的位置先开始结晶，逐渐向焊缝中间位置伸展，焊缝中间最后结晶。由于热胀冷缩的作用，焊接结构受应力或拘束力或刚性的影响，使母材晶粒连接不到一起，轻者在焊缝中间出现小裂纹，重者在焊缝中间出现明显的裂缝。即使母材和电焊条的化学成分都好，受焊接结构的拘束力、刚性和焊接过程产生的应力影响，也会出现裂纹或裂缝。如果母材和电焊条的化学成分不好（碳、硫、磷等偏高）；或是焊缝予留间隙太大，母材在焊缝边缘杂质过多，或电流过大，并且焊接速度过快、过慢、焊道过宽等因素会使焊缝开裂情况更要加重。根据焊接工程现场焊缝开裂情况，多数是因为应力、拘束力、刚性造成的。可以说往往是应力、拘束力、刚性为焊缝开裂的主要因素。

解决应力、拘束力、刚性造成焊缝开裂比较有效的办法是：采取固定焊、分散焊。所谓固定焊：先将焊件的全部焊缝，或是重要部位焊缝，先采取小电流、窄焊道、短距离焊，全部固定住。这样使焊件不易产生较大应力。即便在焊件各处都固定住，但也不可在同一位置顺序向前焊，更不可采取大电流并采用大规格焊条。应换位置焊，不使其局部位置产生过大热量。有拘束力和刚性结构可以采取同样的方法解决。

所谓分散焊，这对大型结构来说决不可在同一位置顺序焊，应当调换位置进行焊。

对大型结构不仅得先固定焊，再采取分散焊，第一焊道也不可用大电流和大规格焊条。对整体大结构来说全部焊缝自始至终都得分散焊，不然，虽然焊缝不开裂，但残留应力太大。

遇到焊缝预留间隙太大怎么办？这应当采用小规格电焊条、小电流顺焊缝的一边贴着焊（堆焊一侧，也可两边同时焊（堆焊两侧），这根据焊缝预留间隙大小、母材厚度、焊缝深度来决定。

如果母材化学成分不好的焊接结构，再加上上述几种因素，就应改用低氢型电焊条。如J426、J427、J506、J507，因这种电焊条抗裂性特强。但是同样得采取上述避免焊缝开裂的办法。凡属于中碳钢等合金钢种的母材或厚板时，必须用低氢型焊条。

二、气孔

焊缝产生气孔的因素，一般常见的有焊处不洁净，有锈、油污、气焊渣等，不仅表面能见到的不洁净物质，需要作X光的焊缝就得在焊接前将母材的焊缝边缘用气焊将内部水分烘干。常见焊缝产生气孔多半是因为电流过大。焊缝的形状多种多样：如平焊、立焊、横焊、仰焊、平角焊、立角焊，母材厚薄、坡口形状、多层焊、盖面焊等等。无论那种焊缝想避免产生气孔，除了将焊缝坡口清除洁净外，主要在焊接过程中，电流大小一定要调整适宜。电流大小适宜的标准如何掌握呢？应观众熔池的液态熔渣覆盖熔池一半左右为宜，决不可低于三分之一。这是因为焊接当中熔化的铁水中含有各种气体，铁水中气体借着覆盖的液态熔渣保护铁水缓缓凝固，以便使气体向外逸出。

产生气孔也有极少数是因为母材是低质材含硫过高，造成熔渣的粘度增大，影响气体向外逸出。并且含硫量高产生较多二氧化硫气体，更加重气孔的产生。

三、咬肉

在焊接当中咬肉现象是经常出现，不算大问题，所以用户一般不反映出来。咬肉现象多半出现在立焊、横焊、角焊的焊缝边缘处。出现咬肉的原因主要有：母材表面有锈、电流过大、运条时电弧在该处停留时间过短、焊条角度不适宜等。将这几个主要原因解决了，就不会出现咬肉。
3　未焊透与未熔合的产生原因
3.1　未焊透的产生原因　未焊透的产生原因是焊接参数选择不当，如焊接电流太小、运条速度太快、焊条角度不当或电弧发生偏吹以及坡口角度或对接间隙太小等，它与焊接冶金因素关系不大。然而，操作失误也会造成未焊透，如在不开坡口的双面埋弧自动焊中，由于两面焊接时中心对偏而形成未焊透。
3.2　未熔合的产生原因　产生未熔合的焊接参数方面原因有焊接线能量过小、电弧偏吹和焊条药皮偏心等；操作失误方面的原因有电弧离坡口过远、运条不当、摆动时在两端停留时间过短以及焊条或焊丝倾角不合适等。上述原因使母材或前一层焊缝金属未得到充分熔化就被填充金属覆盖而造成未熔合。
4　未焊透与未熔合在X射线底片上的特征
4.1　未焊透的特征　未焊透在X射线底片上呈连续或断续的较规则的黑线。但由于未焊透形成的部位不一致，或其间伴有夹渣或气孔，黑度变化可能深浅不一，都分布于焊缝根部，双面焊则于中间交接处。由于接头母材的加工面未被完全熔透，因此缺陷边界清晰。
4.2　未熔合的特征　未熔合在X射线底片上常模糊不清，只有当射线透照方向垂直于未熔合面时，才有较深的黑化度，颜色深浅较均匀。层间未熔合多出现在厚板多层焊的焊缝中，其特征与片状夹渣相近；边缘未熔合在正常照相底片上位于焊缝宽度约1/3处，多呈月牙形，外边平直，内侧呈弧形，黑度逐渐变浅。当沿坡口方向透照时呈黑色条纹，分布于焊缝与母材交界处，较易发现。
5　未焊透与未熔合的超声波检测特征
5.1　未焊透的超声波检测特征　用超声波检测焊缝未焊透时，反射波幅较高，因具有一定长度和固定位置，探头水平移动时波幅较稳定，从焊缝两侧探伤时波幅大致相同。这是由于未焊透部位的两侧截面形状差别不大，反射波的方向和强度基本相近。
5.2　未熔合的超声波检测特征　用超声波检测焊缝未熔合时，探头水平移动，则波形较稳定，从两侧探测时反射波幅不同，有时只能从一侧探到。这是由于未熔合部位的两侧截面形状差别较大，反射波的方向和强度也有很大的差别。
5.3　未焊透和未熔合的超声定位　用超声法进行定位时，未焊透缺陷的深度定位在焊缝根部，水平定位在焊缝中心。未熔合缺陷的深度定位和水平定位无一定规律。
6　未焊透与未熔合的危害性
6.1　未焊透的危害性　未焊透在焊缝中的存在，不但大大降低焊缝的力学强度，同时容易延伸为裂纹性缺陷，导致构件破坏，尤其是连续性未焊透，更是一种极危险的缺陷。由于未焊透的危害大，JB/T4730-2005《承压设备无损检测》第2部分：射线检测标准规定，所有I级焊缝以及双面焊和加垫板的单面焊II、III级焊缝都不允许存在未焊透，只是对于管子环向对接接头的单面焊，在所规定的未焊透深度前提下，可以允许存在。
6.2　未熔合的危害性　由于未熔合本身就是一种虚焊，在交变载荷的作用下，应力将高度集中，极易开裂，是焊缝最危险缺陷之一。所以，JB/T4730-2005《承压设备无损检测》第2部分：射线检测标准规定，I、II、III级焊缝中均不允
低密度材料焊缝质量的CT诊断 孙灵霞 朱宏志 　　为了对低密度材料焊接件的焊缝质量进行不破坏的直接诊断，应用工业 CT对一系列电子束焊接件的焊缝质量进行了分析。CT的X光管电压为0~420kV连续可调，焦斑直径f 0.8mm，焊接件分单层低密度材料环与内衬高密度材料的双层环两类。对单层环焊接件，由于材料密度低，管电压随射线穿透厚度不同通常选择200~300kV，能够使系统具有高空间分辨率的同时得到好的质量分辨率，获得的CT图像较理想。平行焊缝扫描获得熔池纵剖面CT图，能测量熔池深度及判断全焊区熔池深度的均匀性。垂直焊缝扫描获得熔池横剖面CT图，能得到熔池深度、熔池表面焊宽、焊缝中心偏离量及内止口间隙数据。 　　将不同角度扫描得到的数据与金相数据进行了比较，由于 CT扫描的焊缝位置与金相检测的焊缝位置不同，算术平均值相差0~0.05mm。个别焊接件焊缝表面由于熔融金属飞溅留下深浅不一的孔，造成测量数据相差较大。 　　对两层环焊接件，因为穿透内层的高密度材料要采用较高的射线能量，而高能量的射线穿过低密度材料时信号衰减相对较弱，外环焊缝区域的有用信息必然被掩盖，在 CT图上甚至不能分辨外层低密度材料环的存在。采用分层扫描的方法，使射线平面只穿过外层的低密度材料，对焊区由表至里逐层连续扫描，得到一系列焊区图象，依据图象特征和振幅（密度）的变化判断熔池根部，计算得到熔池深度。受机械运动装置及软件所限，计算所得熔池深度的精确度≤0.1mm。在切过焊缝表面的图象中可以测量熔池表面焊宽，焊缝中心偏离量在熔池根部的分层图像中测量。利用分层扫描的系列图象建立低密度材料焊区的三维图象，可以直观地判断焊缝中心是否偏离及焊区形貌。 　　另外，对焊区常见的缺陷进行了检测。工业 CT能够检测到任一方向超过50mm的裂纹，检测气孔的灵敏度为0.1mm3。通过对焊接件多角度的分析，发现了热应力导致的裂纹（1.30mm×0.24mm）和熔融金属飞溅造成的气孔(最大方向的尺寸为0.73mm×0.21mm)。射线照相还发现了材料基体中存在的裂纹。因此，工业CT能够对单层低密度材料焊接件焊缝质量进行直接诊断，对内层有高密度材料存在的低密度材料焊缝质量的CT诊断可采用分层扫描的方法进行