焊接缺陷及成因浅析

【摘 要】论述了当前焊接中的特点、焊接形式，提出了焊接过程中存在的问题及其缺陷，重点分析了几种常见缺陷的产生原因。

【关键词】焊接；焊接形式；缺陷；原因

1. 前言

1.1 电容器箱壳焊接是电容器制造过程中必不可少的一个环节，焊接质量的好与坏直接影响密封性和外观；我们对焊接有一定的感性和理性的认识，如果没有正确科学理论作为指导，在生产工作中会遇到很多焊接质量问题。因此，焊接质量和企业运营是息息相关，如果能够切实提升焊接质量，那么在售后、维护等方面，将会降低公司人力、物力、财力的投入，提升公司的效率。

1.2 焊接，两个分离的物体通过原子或者分子之间的结合和扩散造成永久性联接的工艺。焊接过程是一个冶金和铸造的过程，利用电能或者其他形式的能量产生高温使得金属熔化，形成熔池，熔化的金属在熔池中经冶金反应冷却，将两母材牢固结合。为了防止空气中的氮、氧进入熔融的金属，在焊接过程中采取一定的保护措施。手工电弧焊接过程中，焊条外层的药皮高温时分解产生的中性或者还原气体作为保护层，气体保护焊过程中利用氩气或者二氧化碳等保护气体作为保护层。

1.3 焊缝过程中，具有以下特点：

（1）温度高。手工焊电弧温度高达6000～8000℃，熔滴温度1800～2400℃，在这样的高温作用下，外界气体会大量分解，熔入液态金属，随后在冷却过程中析出，所以焊缝易形成气孔缺陷。

（2）温度梯度比较大。焊接工程是局部加热，熔池温度在1700℃以上，而周围都是冷态金属，形成很陡的温度梯度，从而导致较大内应力，从而易引起裂纹缺陷。

（3）熔池小、冷却速度快。金属从熔化到最后冷却凝固仅仅几秒时间，冶金反应过程是不均匀，不平衡的，不平衡过程的进行，必然导致成分的不均匀，成分的均匀必将导致偏析，偏析出现，偏析对焊接接头的性能会产生一定的影响。

2. 焊接接头的形式

2.1 焊接接头的形式：对接、角接、搭接和T型接头等。我们现在主要接触到的都是对接、角接。

2.2 坡口焊：在大外壳焊接过程中，由于母材较厚，为了保证两个母材在焊接过程中完全熔合，焊前对母材在坡口机上进行了一定形状的加工，这种加工后的形状成为坡口。坡口的参数主要是坡口角度、钝边、根部间隙等。一般情况下加工只加工外坡口，除非在管道焊接过程中，为了保证接管尺寸，才进行内坡口的加工。

2.3 坡口设计应该注意以下事项：

（1）焊条电弧焊时，为了保证焊条能够接近接头根部，并能在多层焊时侧边熔合良好，当减小坡口角时，根部间隙必须增大。注意，前者减小，可用较少的填充金属量。而后者增大，却增加填充金属量。研究发现，板厚δ20mm时用小坡口角度大根部间隙的坡口形式才算经济的。

（2）根部间隙过小，根部难以熔透，并须采用较小规定的焊条，从而减慢焊接过程；若根部间隙过大，虽然应用衬垫可保证焊接质量，但需较多的填充金属，从而提高焊接成本，并增加焊接变形。

（3）熔化气体保护焊由于焊丝细，且使用特殊导电嘴，可以实现厚板（>200mm）L 形坡口的窄间隙（

（4）开坡口的接头，不留钝边的坡口称锐坡口，背面无衬垫情况下焊接第一层焊道时极易烧穿，而且需用较多的填充金属，故一般都留钝边。钝边的高度以既保证熔透又不至烧穿为度。焊条电弧焊V或U形坡口的钝边一般取0～3mm，双面V或U形坡口取0～2mm。埋弧焊的熔深比焊条电弧焊大，故钝边可适当加大以减小填充金属。留钝边的接头，根部间隙的大小主要决定于焊接工艺与焊接位置。在保证焊透的前提下，间隙尽可能小。平焊时，可允许用较大焊接电流，根部间隙可为零；立焊时根部间隙宜大些，焊厚板时可在3mm以上。在单面焊背面成形操作工艺中，根部间隙一般较大，约与所用焊条的直径相当。背面有永久性衬垫时，应取消钝边，因为这时的钝边会减小接头根部与衬垫之间的熔合。

（5）J形或U形坡口上常做出根部半径，主要是为了在深坡口内焊条或焊丝能接近焊缝根部，并降低第一层焊道的冷却速度，以保证根部良好的熔合和成型。焊条电弧焊时，根部半径一般取R=6～8mm，随板厚增加和坡口角减小而适当增大。

（6）若条件允许，板厚结构宜设计或选用双面开坡口的焊缝，双面V形焊缝不仅比单面V形焊缝少用一半的填充材料，而且可作两面交替焊接，把焊接角度控制到最小。

（7）背面无衬垫的对接接头，在钝边部位常有未焊透或夹杂等缺陷，一般都要求从背面进行清根。现广泛采用碳弧气刨方法清根。清根深度应确保露出无缺陷的焊缝金属，而且清根后的沟槽轮廓形状也应便于运条施焊。

单面焊双面成型过程中，坡口的主要形式有I、V、单V、U型等；双面焊接坡口形式有I、X、双U、K、J型等。

3. 常见的焊接缺陷及产生原因

焊接中常见的缺陷主要有以下几类：

3.1 裂纹：裂纹的产生本质是应力集中产生的。焊接过程中或者焊后，在焊缝或者母材的热区局部破裂的缝隙。裂纹是焊接缺陷中危害性最大的一种。

（1）热裂纹：施焊过程中工艺不当造成的，一般是沿着晶界开裂。

（2）冷裂纹：又称为延迟裂纹，由于焊接应力过高，焊条焊剂中含氢量过高或者焊件刚性差异过大造成。拘束应力、淬硬组织、扩散氢是产生延迟裂纹的主要因素。一般在焊缝根部、焊道下、焊趾部位等。

（3）再热裂纹：焊件在焊接之后二次加热产生的裂纹，主要是加热后产生焊接残余应力松弛，导致较大的附加变形，同时热区的粗晶部位析出硬化相，如果粗晶部位的蠕变塑性不足以适应应力松弛所产生的附加变形，则沿着晶界开裂。

3.2 未熔合：填充金属与母材金属，或者焊缝金属之间未熔合在一起的缺陷。

（1）产生未熔合的原因：焊接电流过小、运条速度过快、焊条角度不对、产生弧偏吹、坡口不干净等。

（2）按照所在的部位，未熔合可以分成根部、层间、坡口未熔合三种。未熔合是一种面积型缺陷，其危害仅次于裂纹。

3.3 未焊透：焊接接头部分金属未完全熔透的现象。

（1）产生未焊透的原因主要是焊接电流过小、运条速度过快、坡口角度太小、根部钝边太大、间隙太小、焊条角度不当、电弧太长等。

（2）未焊透分成根部、层间、中间未焊透三种，其危害取决于缺陷形状、深度、长度。

3.4 夹渣：焊接后残存在焊缝金属内部的熔渣或者非金属夹杂物。

（1）产生非金属夹渣主要原因：焊接电流过小、焊接速度太快、熔池金属凝固过快、运条不正确、铁水与熔渣分离不好、层间清渣不彻底等。

（2）产生金属夹渣主要原因：焊接电流过大或者钨极直径太小、氩气保护不良引起钨极烧损、钨极触及熔池或者焊丝而剥落。

（3）夹渣的会减少焊缝受力截面，夹渣棱角还会引起应力集中，成为交变载荷过程中的疲劳源。

3.5 气孔：溶入焊缝金属的气体在熔池凝固过程中来不及逃逸而形成的空洞。

（1）生成气孔的主要原因是母材和焊材表面的杂质分解燃烧产生的气体。熔化的金属在高温下可以吸收大量的气体，冷却时候，气体在金属内的溶解度就会降低，气体就会析出并且聚集生成气泡上升，在上浮过程中如果无法突破焊缝金属结晶的阻碍就无法逸出，留在金属内部直接形成气孔。

（2）气孔会减少焊缝的受力截面，深气孔有时会破坏焊缝的致密性。

4. 结论

综上所述，大多数焊接缺陷的产生，我们完全可以避免，只要掌握了其成因，在实际生产过程中规范操作，那么我们就能规避好多由于操作不当等人为因素而导致的质量缺陷（缺欠），降低了缺陷发生的几率，本质上讲就是提高了产品的质量。

参考文献

[1] 中国机械工程学会焊接学会，《焊接手册》焊接结构第三版，机械工业出版社，2008年第1月.

[2] 胡传忻，《实用焊接手册》，北京工业大学出版社，1998年第12月.

[3] 邱葭菲，《焊接方法》，机械工业出版社，2009年1月.

[4] 温秉权，《金属材料手册》，电子工业出版社，2009年6月.

[文章编号]1006-7619（2013）09-05-817