未熔合

1、现象

未熔合是指焊缝金属和母材之间或焊道金属和焊道金属之间未完全熔化和结合的部分，它可以分为侧壁未熔合、层间未熔合和焊缝根部未熔合

2、危害性

未熔合减少了接头承载的有效截面，降低了机械强度。

3、原因分析

（1）产生未熔合的原因是焊接线能量或火焰能率过小，即焊接电流过小或焊速过快，焊缝两侧运条停顿时间过短或焊条角度偏于一侧，使母材或层间金属未得到完全充分熔化，而被填充金属覆盖。

（2）母材坡口或前一焊道表面有氧化物或未清理净的熔渣等脏物时，焊接温度不够未能将其熔化结合时，也会形成未熔合。

（3）起焊温度低，焊速过快，易使焊缝始端未熔化。

4、预防措施

（1）选用合理的焊接工艺参数，运条角度和速度应适当，坡口边缘运条稍慢，停留稍长，使热量足以熔化母材和前一层焊缝金属。

（2）母材坡口内氧化铁及焊缝沟槽熔渣应清理干净平整。

（3）焊接中焊条有偏心时，应调整角度，使电弧处于正确方向。

5、处理方法

焊缝中一般不允许未熔合缺陷存在，当出现时，应根据探伤结果来确定缺陷部位，定好返修位置。

十二、裂纹

1、现象

在焊缝或近缝区，由于焊接的影响，材料的原子结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙称为焊接裂缝，它具有缺口尖锐和长宽比大的特征。

裂缝按其产生的部位可分为纵向裂缝、横向裂缝、弧坑裂缝、根部裂缝、熔合区裂缝及热影响区裂缝等，按其产生的温度和时间，又可分为热裂缝、冷裂缝和再热裂缝。

2、危害性

裂缝是一种危害大的缺陷，除了降低焊接接头的承载能力，还因裂缝末端的尖锐缺口将引起严重的应力集中，促使裂缝扩展，最终会导致焊接结构的破坏。通常，在焊接接头中，裂缝是一种不允许存在的缺陷。一旦发现即应彻底，进行返修焊接。

3、原因分析及防治措施

由于裂缝的产生原因和形成机理的不同，下面就热裂缝、冷裂缝和再热裂缝三类分别予以讨论。

（1）热裂缝

热裂缝一般是指高温下（从凝固温度范围附近至铁碳平衡图上的A3线以上温度）所产生的裂纹，又称高温裂缝或结晶裂缝。

热裂缝通常在焊缝内产生，有时也可能出现在热影响区

焊缝中的纵向热裂缝一般发生在焊道中心，与焊缝长度方向相平行；纵向热裂缝一般沿柱状晶界发生，并与母材的晶粒界相联，与横缝长度方向相垂直；根部裂缝发生在焊缝根部，弧坑裂缝大多数发生在弧坑中心的等轴晶区，有纵、横和星状等几种类型。热影响区中的热裂缝有横向，也有纵向，但都沿晶粒边界发生。

热裂缝的微观特征一般是沿晶粒边界开裂，故又称晶间裂缝。当裂缝贯穿表面与外界空气相通时，热裂缝表面会出现蓝灰色等氧化色彩。有的焊缝表面的宏观热裂缝中充满熔渣。

产生热裂缝的原因是由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象，低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层存在形成偏析，凝固以后强度也较低，当焊接应力足够大时，就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂缝。

此外，如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶和杂质，则在加热温度超过其熔点的热影响区，这些低熔点化合物将熔化而形成液态间层，当焊接拉应力足够大时，也会被拉开而形成热影响区液化裂缝。总之，热裂缝的产生是冶金因素和力学因素综合作用的结果。

防止产生裂缝的措施，可以从冶金因素和力学因素两个方面入手。具体来说有：

1）限制母材及焊接材料（包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体）中易偏析元素及有害杂质的含量。特别应控制硫、磷等杂质元素的含量和降低含碳量。

硫几乎不溶于钢，它与铁生成低熔点的硫化铁（FeS）。焊接时，硫化铁的存在会导致焊缝热裂和在热影响区出现液化裂缝，使焊接性能变坏；同对硫以薄膜形式存在于晶界， 会使钢的塑性和韧性下降。磷也会使钢的塑性和韧性下降，提髙钢的脆性转变温度，并使焊缝和热影响区产生裂缝。一般用于焊接的钢材中硫含量应不大于0.045%，磷含量应不大于0.055%。有时还需要更严格的控制。

材料的焊接性能与含碳量密切相关。钢材含碳量越髙，焊接性能变差。一般认为，焊缝中碳含量控制在0.10 %以下，热裂缝敏感性可大大降低。

2）调整焊缝金属的化学成份，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，以提高其塑性，减少或分散偏析程度，控制低熔点共晶的有害影响。例如焊接奥氏体不锈钢时，采用奧氏体加铁素体的双相组织焊缝，可以提高其抗热裂性能。而单相奥氏体组织的焊缝，则容易产生热裂纹。

3）采用碱性焊条或焊剂，以降低焊缝中的杂质含量，改善结晶时的偏析程度。

4）控制焊接规范，适当提高焊缝的形状系数，采用多层多道焊法，避免中心线偏析， 可防止中心线裂缝。

焊接时，单道焊缝截面上焊缝宽度与焊缝厚度的比值叫焊缝的形状系数或焊缝成形系数。当焊缝的形状系数过小时，焊缝窄而深，低熔点杂质会聚集在焊缝中心，产生热裂缝的可能性大大增加，当焊缝的形状系数较大时，焊缝宽而浅，低熔点共晶和杂质聚集在焊缝近表面区，大大降低了中心线裂缝的倾向

5）采取各种降低焊接应力的工艺措施，如采用合理的焊接顺序和方法、釆用较小的焊接线能量、整体预热和锤击法等。

6）收弧时填满弧坑，可避免产生弧坑裂缝。

（2）冷裂缝

冷裂缝一般是指焊缝在冷却过程中至A3温度以下所产生裂缝。形成裂缝的温度通常为300~200℃以下，在马氏体转变温度范围内，故称冷裂缝。

冷裂缝可以在焊接后立即出现，也可以在焊接以后的较长时间才发生，故也称为延迟裂缝。由于冷裂缝的产生与氢有关，也称氢致裂缝。冷裂缝的产生具有延迟性质，有可能造成预料不到的严重事故。因此，它具有更大的危险性，必须充分重视。

低碳钢和奥氏体不锈钢焊接时，冷裂缝倾向较小。而在焊接低合金钢、中碳钢及高合金钢等易淬火钢种时，则容易发生冷裂缝。

焊缝和热影响区均可能形成冷裂缝，如图13所示。焊道下裂纹常平行于焊缝长度方向并在热影响区扩展，不一定贯穿表面，有时呈连续状大致平行于熔合区发展。焊趾裂缝发生在焊缝和母材截面不连续处或咬边处等应力集中部位，在热影响区中扩展。焊趾裂缝产生在焊根附近或根部未焊透等缺口部位。

冷裂缝的特征一般无分枝，通常为穿晶型（相对于原奥氏体晶粒），但在不易淬火钢中存在混合组织时，有时也有晶间型。

形成冷裂缝的基本条件是：焊接接头形成淬硬组织；扩散氢的存在和浓集；存在着较大的焊接拉伸应力。这三个条件相互影响，相互促进。在不同情况下，三者中任何一个因素都可能导致冷裂纹的产生，其中扩散氢是诱发冷裂缝的活跃的因素。

防止冷裂缝的产生主要从降低扩散氢含量，改善组织和降低焊接应力等方面采取措施。主要有：

1）采用碱性焊条或焊剂，减少焊缝金属中的扩散氢含量。碱性焊条又称低氢焊条，能降低焊缝金属中的含氢量；

2）焊条和焊剂在使用之前应严格按照规定的要求进行烘干。此外，还应仔细清理坡口和焊丝，去除油污、水份和锈斑等赃物，以减少氢的来源；

3）选择合理的焊接规范和线能量，如焊前预热、控制层间温度、焊后缓冷等，改善焊缝及热影响区组织状态；

4）焊后及时进行热处理。一是进行退火处理，以内应力，使淬火组织回火，改善其韧性；二是进行消氢处理，使氢从焊接接头中充分逸出；

5）提高钢材质量，减少钢材中的层状夹杂物，从结构设计和焊接工艺方面采取措施减小板厚方向上的焊接拉应力，可防止层状撕裂；

6）采取降低焊接应力的各种工艺措施（详见热裂缝，防止措施）。

（3）再热裂缝

再热裂缝起源于焊接热影响区的粗晶区，具有晶界断裂的特征。裂缝大多发生在应力集中部位。一般在焊缝区域再次受到加热时形成，故称再热裂缝。

产生再热裂缝的原因，一般认为是在再加热时，在第一次热过程中过饱和固溶的碳化物（主要是钒、钼的碳化物）再次析出，造成晶内强化，使滑移应变集中于原先的奥氏体晶界。当晶界的塑性应变能力不足以承受松弛应力过程中所产生的应变时，就形成再热裂缝。

在焊接工艺上防止产生再热裂缝的措施有：

1）减小残余应力和应力集中，如提高预热温度、焊后缓冷、使焊缝与母材平滑过渡等；

2）在满足设计要求的前提下，选择适当的焊接材料，使焊缝金属的高温强度稍低于母材，让应力在焊缝中松弛，可避免在热影响区产生裂缝；

3）在保证室温接头强度的情况下，提高应力退火温度，致使析出比较粗大的碳化物粒子，以改善高温延性。

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