未熔合

1、現(xiàn)象

未熔合是指焊縫金屬和母材之間或焊道金屬和焊道金屬之間未完全熔化和結合的部分，它可以分為側壁未熔合、層間未熔合和焊縫根部未熔合

側壁未融合

層間未熔合

根部未融合

2、危害性

未熔合減少了接頭承載的有效截面，降低了機械強度。

3、原因分析

（1）產生未熔合的原因是焊接線能量或火焰能率過小，即焊接電流過小或焊速過快，焊縫兩側運條停頓時間過短或焊條角度偏于一側，使母材或層間金屬未得到完全充分熔化，而被填充金屬覆蓋。

（2）母材坡口或前一焊道表面有氧化物或未清理凈的熔渣等臟物時，焊接溫度不夠未能將其熔化結合時，也會形成未熔合。

（3）起焊溫度低，焊速過快，易使焊縫始端未熔化。

4、預防措施

（1）選用合理的焊接工藝參數(shù)，運條角度和速度應適當，坡口邊緣運條稍慢，停留稍長，使熱量足以熔化母材和前一層焊縫金屬。

（2）母材坡口內氧化鐵及焊縫溝槽熔渣應清理干凈平整。

（3）焊接中焊條有偏心時，應調整角度，使電弧處于正確方向。

5、處理方法

焊縫中一般不允許未熔合缺陷存在，當出現(xiàn)時，應根據(jù)探傷結果來確定缺陷部位，定好返修位置。

十二、裂紋

1、現(xiàn)象

在焊縫或近縫區(qū)，由于焊接的影響，材料的原子結合遭到破壞，形成新的界面而產生的縫隙稱為焊接裂縫，它具有缺口尖銳和長寬比大的特征。

裂縫按其產生的部位可分為縱向裂縫、橫向裂縫、弧坑裂縫、根部裂縫、熔合區(qū)裂縫及熱影響區(qū)裂縫等，按其產生的溫度和時間，又可分為熱裂縫、冷裂縫和再熱裂縫。

2、危害性

裂縫是一種危害最大的缺陷，除了降低焊接接頭的承載能力，還因裂縫末端的尖銳缺口將引起嚴重的應力集中，促使裂縫擴展，最終會導致焊接結構的破壞。通常，在焊接接頭中，裂縫是一種不允許存在的缺陷。一旦發(fā)現(xiàn)即應徹底清除，進行返修焊接。

3、原因分析及防治措施

由于裂縫的產生原因和形成機理的不同，下面就熱裂縫、冷裂縫和再熱裂縫三類分別予以討論。

（1）熱裂縫

熱裂縫一般是指高溫下（從凝固溫度范圍附近至鐵碳平衡圖上的A3線以上溫度）所產生的裂紋，又稱高溫裂縫或結晶裂縫。

熱裂縫通常在焊縫內產生，有時也可能出現(xiàn)在熱影響區(qū)

焊縫中的縱向熱裂縫一般發(fā)生在焊道中心，與焊縫長度方向相平行；縱向熱裂縫一般沿柱狀晶界發(fā)生，并與母材的晶粒界相聯(lián)，與橫縫長度方向相垂直；根部裂縫發(fā)生在焊縫根部，弧坑裂縫大多數(shù)發(fā)生在弧坑中心的等軸晶區(qū)，有縱、橫和星狀等幾種類型。熱影響區(qū)中的熱裂縫有橫向，也有縱向，但都沿晶粒邊界發(fā)生。

熱裂縫的微觀特征一般是沿晶粒邊界開裂，故又稱晶間裂縫。當裂縫貫穿表面與外界空氣相通時，熱裂縫表面會出現(xiàn)藍灰色等氧化色彩。有的焊縫表面的宏觀熱裂縫中充滿熔渣。

產生熱裂縫的原因是由于焊接熔池在結晶過程中存在著偏析現(xiàn)象，低熔點共晶和雜質在結晶過程中以液態(tài)間層存在形成偏析，凝固以后強度也較低，當焊接應力足夠大時，就會將液態(tài)間層或剛凝固不久的固態(tài)金屬拉開形成裂縫。

此外，如果母材的晶界上也存在有低熔點共晶和雜質，則在加熱溫度超過其熔點的熱影響區(qū)，這些低熔點化合物將熔化而形成液態(tài)間層，當焊接拉應力足夠大時，也會被拉開而形成熱影響區(qū)液化裂縫�？傊�，熱裂縫的產生是冶金因素和力學因素綜合作用的結果。

防止產生裂縫的措施，可以從冶金因素和力學因素兩個方面入手。具體來說有：

1）限制母材及焊接材料（包括焊條、焊絲、焊劑和保護氣體）中易偏析元素及有害雜質的含量。特別應控制硫、磷等雜質元素的含量和降低含碳量。

硫幾乎不溶于鋼，它與鐵生成低熔點的硫化鐵（FeS）。焊接時，硫化鐵的存在會導致焊縫熱裂和在熱影響區(qū)出現(xiàn)液化裂縫，使焊接性能變壞；同對硫以薄膜形式存在于晶界， 會使鋼的塑性和韌性下降。磷也會使鋼的塑性和韌性下降，提髙鋼的脆性轉變溫度，并使焊縫和熱影響區(qū)產生裂縫。一般用于焊接的鋼材中硫含量應不大于0.045%，磷含量應不大于0.055%。有時還需要更嚴格的控制。

材料的焊接性能與含碳量密切相關。鋼材含碳量越髙，焊接性能變差。一般認為，焊縫中碳含量控制在0.10 %以下，熱裂縫敏感性可大大降低。

2）調整焊縫金屬的化學成份，改善焊縫組織，細化焊縫晶粒，以提高其塑性，減少或分散偏析程度，控制低熔點共晶的有害影響。例如焊接奧氏體不銹鋼時，采用奧氏體加鐵素體的雙相組織焊縫，可以提高其抗熱裂性能。而單相奧氏體組織的焊縫，則容易產生熱裂紋。

3）采用堿性焊條或焊劑，以降低焊縫中的雜質含量，改善結晶時的偏析程度。

4）控制焊接規(guī)范，適當提高焊縫的形狀系數(shù)，采用多層多道焊法，避免中心線偏析， 可防止中心線裂縫。

焊接時，單道焊縫截面上焊縫寬度與焊縫厚度的比值叫焊縫的形狀系數(shù)或焊縫成形系數(shù)。當焊縫的形狀系數(shù)過小時，焊縫窄而深，低熔點雜質會聚集在焊縫中心，產生熱裂縫的可能性大大增加，當焊縫的形狀系數(shù)較大時，焊縫寬而淺，低熔點共晶和雜質聚集在焊縫近表面區(qū)，大大降低了中心線裂縫的傾向

形狀系數(shù)對裂縫的影響

5）采取各種降低焊接應力的工藝措施，如采用合理的焊接順序和方法、釆用較小的焊接線能量、整體預熱和錘擊法等。

6）收弧時填滿弧坑，可避免產生弧坑裂縫。

（2）冷裂縫

冷裂縫一般是指焊縫在冷卻過程中至A3溫度以下所產生裂縫。形成裂縫的溫度通常為300~200℃以下，在馬氏體轉變溫度范圍內，故稱冷裂縫。

冷裂縫可以在焊接后立即出現(xiàn)，也可以在焊接以后的較長時間才發(fā)生，故也稱為延遲裂縫。由于冷裂縫的產生與氫有關，也稱氫致裂縫。冷裂縫的產生具有延遲性質，有可能造成預料不到的嚴重事故。因此，它具有更大的危險性，必須充分重視。

低碳鋼和奧氏體不銹鋼焊接時，冷裂縫傾向較小。而在焊接低合金鋼、中碳鋼及高合金鋼等易淬火鋼種時，則容易發(fā)生冷裂縫。

焊縫和熱影響區(qū)均可能形成冷裂縫，如圖13所示。焊道下裂紋常平行于焊縫長度方向并在熱影響區(qū)擴展，不一定貫穿表面，有時呈連續(xù)狀大致平行于熔合區(qū)發(fā)展。焊趾裂縫發(fā)生在焊縫和母材截面不連續(xù)處或咬邊處等應力集中部位，在熱影響區(qū)中擴展。焊趾裂縫產生在焊根附近或根部未焊透等缺口部位。

冷裂縫的特征一般無分枝，通常為穿晶型（相對于原奧氏體晶粒），但在不易淬火鋼中存在混合組織時，有時也有晶間型。

形成冷裂縫的基本條件是：焊接接頭形成淬硬組織；擴散氫的存在和濃集；存在著較大的焊接拉伸應力。這三個條件相互影響，相互促進。在不同情況下，三者中任何一個因素都可能導致冷裂紋的產生，其中擴散氫是誘發(fā)冷裂縫的最活躍的因素。

防止冷裂縫的產生主要從降低擴散氫含量，改善組織和降低焊接應力等方面采取措施。主要有：

1）采用堿性焊條或焊劑，減少焊縫金屬中的擴散氫含量。堿性焊條又稱低氫焊條，能降低焊縫金屬中的含氫量；

2）焊條和焊劑在使用之前應嚴格按照規(guī)定的要求進行烘干。此外，還應仔細清理坡口和焊絲，去除油污、水份和銹斑等贓物，以減少氫的來源；

3）選擇合理的焊接規(guī)范和線能量，如焊前預熱、控制層間溫度、焊后緩冷等，改善焊縫及熱影響區(qū)組織狀態(tài)；

4）焊后及時進行熱處理。一是進行退火處理，以消除內應力，使淬火組織回火，改善其韌性；二是進行消氫處理，使氫從焊接接頭中充分逸出；

5）提高鋼材質量，減少鋼材中的層狀夾雜物，從結構設計和焊接工藝方面采取措施減小板厚方向上的焊接拉應力，可防止層狀撕裂；

6）采取降低焊接應力的各種工藝措施（詳見熱裂縫，防止措施）。

（3）再熱裂縫

再熱裂縫起源于焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，具有晶界斷裂的特征。裂縫大多發(fā)生在應力集中部位。一般在焊縫區(qū)域再次受到加熱時形成，故稱再熱裂縫。

產生再熱裂縫的原因，一般認為是在再加熱時，在第一次熱過程中過飽和固溶的碳化物（主要是釩、鉬的碳化物）再次析出，造成晶內強化，使滑移應變集中于原先的奧氏體晶界。當晶界的塑性應變能力不足以承受松弛應力過程中所產生的應變時，就形成再熱裂縫。

在焊接工藝上防止產生再熱裂縫的措施有：

1）減小殘余應力和應力集中，如提高預熱溫度、焊后緩冷、使焊縫與母材平滑過渡等；

2）在滿足設計要求的前提下，選擇適當?shù)暮附硬牧�，使焊縫金屬的高溫強度稍低于母材，讓應力在焊縫中松弛，可避免在熱影響區(qū)產生裂縫；

3）在保證室溫接頭強度的情況下，提高消除應力退火溫度，致使析出比較粗大的碳化物粒子，以改善高溫延性。