由上述可见，在工程上认识焊接缺陷的性质、形成机理、影响因素及防治方法，对于确保压力容器的安全可靠性就显得十分重要。压力容器焊缝中的焊接缺陷种类很多，按其位置不同，可分为外部缺陷和内部缺陷。在焊缝中常见的缺陷有气孔、咬边、未熔合、未焊透、焊接裂纹、夹渣、弧坑、烧穿、焊瘤、过热、过烧、焊缝的形状缺陷、焊缝的尺寸缺陷等。

  

1    气    孔

        气孔是在焊接过程中，熔池金属的气体在金属冷却以前未能来得及逸出，而在焊缝金属中（内部或表面）所形成的空穴。焊缝内部存在的近似于球型或筒形的空穴称为内部气孔；焊缝表面存在的近似于球型或筒形的开孔空穴为表面气孔，如图1所示。

        根据气孔产生的分布和数量，可把气孔分为疏散气孔、密集气孔和连续气孔。不同的焊接方法产生气孔的形状、大小和密集程度也不相同，自动焊产生的气孔较大，手工焊产生的气孔较小，CO2产生气孔较多。气孔较容易产生在焊接飞溅较多的部位和在焊接中焊条的收弧部位。气孔也常常出现于焊缝表面，其断面多为螺钉状，当存在于焊缝内部时，则为圆形或椭圆形，并且在气孔的四周有光滑的内壁。

 

气孔产生的主要原因是：坡口边缘不清洁，有水分、油锈等污物，焊条或焊剂未按规定烘干，焊芯锈蚀或药皮变质、脱落等，此外在焊接过程中焊接电弧保护不好，选择的电压太高，电弧长度过长，焊接速度过快，埋弧自动焊电压过高等，都易在焊接过程中产生缺陷，都会使熔池内进入空气，形成气孔。由于气孔的存在，在一定的程度上减少了焊缝的工作截面；穿透性气孔或气孔与其他缺陷的叠加造成贯穿性缺陷，破坏焊缝的致密性，过大的气孔会降低焊缝的强度。焊缝中的连续气孔则是导致结构破断的原因之一，所以焊缝中的密集气孔是绝对不允许存在的。气孔的防止措施是：不得使用药皮开裂、剥落、变质、偏心或焊芯锈蚀的焊条；已经生锈的焊丝必须除锈或重新冷拔后方能使用，各种类型的焊条或焊剂都应按规定的温度和时间进行烘干，温度不宜过高或过低；焊接坡口及其两侧应清理干净油锈等污物；焊接过程中应选择合适的电流和焊接速度；埋弧焊时应选择合适的焊接工艺参数，特别是薄板自动焊，焊接速度尽可能减小。氩弧焊时要符合标准要求的氩气；气焊时应选用中性或乙炔稍多的中性火焰，焊接操作要熟练。

  

2    夹    渣

        焊缝中的夹渣是残留在焊缝金属中的熔渣，见图2，夹渣容易产生在坡口边缘和每层焊道之间非圆滑过渡的部位。在焊道形状发生突变或存在的深沟部位也容易产生夹渣。夹渣的几何形状不规则，往往在尖角或棱角，易造成应力集中，常常是裂纹的起源。同时夹渣也消弱了焊缝的有效截面积，降低了焊缝的力学性能，易使焊接结构在承载时遭受破坏，因此夹渣的危害比气孔更为严重。

        夹渣产生的原因是：焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣；在焊接过程中熔渣混入液态金属熔池时，由于焊接电流小、熔池温度低、液态金属粘度大、焊接速度过快，所以在液态金属中凝固时熔渣来不及浮出而产生的夹渣。在使用酸性焊条时，由于电流小或焊接过程中焊条运条不当形成“湖渣”；使用碱性焊条时由于电弧过长或极性不正确也会造成夹渣。进行埋弧焊封底时，焊丝偏离焊缝中心，也易形成夹渣；坡口形状不规则，坡口尺寸太窄，不利于熔渣浮出。多层焊时，未清理干净的熔渣及自动焊残留焊剂也容易残存在焊缝中形成夹渣。防止产生夹渣的措施是：正确选择坡口尺寸、认真清理坡口边缘、选用合适的焊接电流和焊接速度、运条摆动要适当。多层焊时，应仔细观察坡口两侧熔化情况，每一焊层必须清理焊渣，在焊接过程中应适当调整焊接电流，使熔池达到一定温度，让熔渣充分浮出；采用良好的工艺性能的焊条，焊接过程始终要保持清晰的熔池、熔渣与液态金属良好的分离；气焊时应选用合适的火焰能率，并采用中性焰；焊接时仔细操作，将熔渣拨出熔池，自动埋弧焊焊接时要注意防止焊偏。

  

3    咬    边

        咬边是在沿着焊趾的母材部位由于焊接参数选择不正确或操作工艺不正确，而烧熔形成的凹陷或沟槽，见图3。产生咬边的原因是由于焊接工艺参数选择不合适，焊接电流过大、运条速度过快、电弧拉得太长或焊条角度不当，熔化的金属不能及时填充熔化缺口而造成咬边。当采用熔化焊接方法焊接时，由于液态金属的重力作用和表面张力作用，在立焊或仰焊位置容易发生咬边，在角焊缝上部边缘也容易产生咬边；使用直流电源进行焊接时，由于工件接线回路的位置选择不当产生磁偏吹，使焊接电弧偏离焊道而产生咬边。埋弧焊的焊接速度过快或焊机轨道不平等原因，都会造成焊件被熔化去一定的深度，而填充金属又未能及时填满而造成咬边。咬边减小了母材接头的工作截面，从而在咬边处造成应力集中，故在重要的结构或受动载荷结构中，一般是不允许咬边存在的。防止咬边的措施是：手工电弧焊时应选择合适的电流、电弧长度；焊条的角度要合适；焊条摆动时在坡口边缘稍慢一些，而中间稍快一些。自动埋弧焊焊接时，工艺参数要合适，特别是焊接速度不宜过高，焊接轨道要平整，气焊时火焰能率要适当，焊嘴与焊丝摆动要适宜。

  

4    未熔合及未焊透

        未熔合系指熔焊时，在焊接过程中焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未能完全熔化结合的部分，见图4。未熔合与未焊透都是焊接接头不完全的现象，既可能出现在接头的根部或焊缝表面，也可能出现在接头中间而无法直接观察到。未焊透直接影响接头的有效面积，降低了焊缝的承载能力，并易在根部尖角处产生较大的应力集中，诱发产生裂纹，是一种危害性较大的焊接缺陷，见图5。因此在压力容器各结构中绝对不允许此类缺陷存在。

  

5    焊接裂纹

        焊接裂纹是压力容器中一种非常严重的缺陷，裂纹系指在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中焊缝或热影响区局部的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙，它具有尖锐的缺口和大的长宽比的特征。

        在实际生产中焊接出现的裂纹是多种多样的，裂纹多数发生在焊缝中，也有的产生在焊缝热影响区中，有的在焊缝表面，肉眼就能观察得到；有的隐藏在焊缝内部，不经过探伤很难发现。裂纹是焊接接头中最危险的缺陷，由于焊缝裂纹具有尖锐的缺口和大的长宽比的特点，易引起强烈的应力集中，并具有扩展延伸的趋势，结构的破坏都是从裂纹开始的。在焊接过程中要采取一切必要的措施防止出现裂纹，在焊接后采用各种方法检查有无裂纹。一旦发现裂纹，应彻底清除，清除裂纹时应从裂纹的两端向内打磨，以防裂纹的延伸和扩张，清除后再做表面检测，确认将裂纹清除干净，然后再给予补焊。

        在压力容器中常见的焊接裂纹有热裂纹、冷裂纹。焊缝金属由液态到固态的结晶过程产生的裂纹叫热裂纹，其特征是焊后立即可见。且多发生在焊缝中心，沿焊缝长度方向分布。它的发生和发展都处在高温下，从时间上说，它是产生在焊接过程中。有的是纵向，也有的是横向的。发生在弧坑中的热裂纹往往是呈星状的，有时也会产生在母材中。当对产生裂纹处的金相断面作宏观分析时，发现裂纹都发生在晶界上，因此不难理解，热裂纹的外形是锯齿形的，是因为晶界就是交错生长的晶粒的轮廓线，故不可能是平滑的。

5.1    热裂纹产生的原因

        其一低熔点化合物的偏析，钢种的硫磷杂质元素通过冶金反应生成的低熔点化合物存在较严重的宏观偏析现象，往往在焊缝中心部位形成液态薄膜，它是产生热裂纹的重要原因。其二焊接热应力的影响，焊接过程中不均匀加热与冷却产生的拉应力促使液相薄膜破坏而开裂，它是产生热裂纹的又一重要原因。其他因素的影响，不同物质的热物理特性都有所差异，产生应力也不同，不同的工艺方法及工艺参数，其焊接热输入不同，一次结晶的晶粒粗细，也会影响焊接应力的大小，焊缝的形成系数对偏析有较大的影响。这些因素都会造成热裂纹的产生。

5.2    防止热裂纹产生的措施

        （1）控制焊缝的化学成分，为了减少焊缝形成低熔点化合物的倾向，尽可能控制母材硫、磷含量，降低焊缝的碳含量，提高焊丝的含锰量。（2）改变焊缝组织状态，为了使拉应力作用下不产生裂纹，常采用向焊缝金属中加变质剂，从而调整焊缝金属化学成分，在焊缝中形成双向组织，以打乱焊缝金属的结晶方向，使低熔点共晶不能集中分布，从而减小热裂纹的倾向。（3）工艺措施：严格控制工艺参数，减慢冷却速度，选择合理的焊接顺序和焊接方向，适当提高焊缝的形状系数，尽可能采用小电流多层多道焊，以避免焊缝中心产生裂纹。采用碱性焊条和焊剂，由于碱性焊条和焊剂的熔渣具有较强的脱硫能力，因此具有较高的抗热裂能力。

        焊缝金属在冷却过程或冷却以后，在母材与母材-焊缝交界处的熔合线处产生的裂纹叫冷裂纹。这种裂纹较多的发生在低合金钢、中合金钢和高碳钢的焊缝金属热影响区中。其有可能在焊后立即出现，也有可能在焊后几小时，甚至几天以后出现，这种裂纹又叫做延迟裂纹。大的裂纹不是一下子就生成的，它是先发生几处小的（或显微的）裂纹，然后逐步向长度或深度上发展，几个小裂纹陆续联系起来。

5.3    冷裂纹产生的主要原因

        （1）含氢量的影响，以原子状态存在的氢能在固态金属中扩散并向原子排列缺陷处聚集，形成分子氢，产生的气体再乘很大的内应力，易于导致开裂。同时氢的存在会显著降低钢材的塑性，也使冷裂倾向更加明显。

        （2）淬硬组织的影响，淬硬组织（通常是马氏体）塑性和韧性降低，同时组织转变体积膨胀产生很高的内应力，这种具有高内应力的淬硬组织是形成冷裂纹的敏感机体。

        （3）应力的作用，焊接残余应力是产生冷裂纹的重要条件之一，当应力超过断裂强度时，便会产生冷裂纹。

5.4    冷裂纹防止的措施

        （1）选用低氢型焊条，减少焊缝中的扩散氢含量，对于高强度钢，可采用不锈钢焊条芯或用奥氏体镍基合金等焊条芯和焊丝，这些合金的塑性比较好，可抵消马氏体转变时造成的一部分应力。另一方面氢在奥氏体中的溶解度较高，扩散速度慢，故氢不易向热影响区扩散聚集。

        （2）工艺措施：彻底清理待焊区域的油锈等污物，保持焊接材料的干燥，氩弧焊焊接时使用纯度合乎要求的保护气体。正确选择电源的极性，注意操作方法。

        （3）根据材料等级、碳当量、焊件厚度、施焊环境，选择合理的焊接工艺参数及线能量，如焊前预热、焊后缓冷、采取多层多道焊接、控制一定的层间温度。

        （4）对Cr、Mo钢材料焊后紧急后热处理、以去氢、消除内应力和淬硬组织回火、改善接头韧性。

  

6    其他缺陷

        焊接中还常见到一些焊瘤、弧坑、过热、过烧及焊缝外形尺寸和形状上的缺陷。产生焊瘤的主要原因是运条不均匀，熔池及温度过高，液态金属凝固缓慢下坠，因而在焊缝表面形成金属瘤，立、仰焊时，采用过大的电流和弧长，也有可能出现焊瘤。产生弧坑的原因是熄弧时间过短或焊接过程突然中断或焊接薄板时电流过大等。焊缝表面存在焊瘤影响美观，并易造成表面夹渣；弧坑常伴有裂纹和气孔，严重削弱焊缝强度。防止产生焊瘤的主要措施是严格控制熔池温度，立、仰焊时，焊接电流比平焊要小10%~15%，使用碱性焊条时应采取短弧焊接, 保持均匀运条。防止产生弧坑的主要措施是在手工焊收弧时，焊条要经短时间停留或做几次环形运条。

  

7    结束语

        缺陷的存在对压力容器的运行是非常危险的，因此一旦发现缺陷要及时进行返修。对于气孔的返修，特别是对内部气孔，确认部位后, 应用风铲或碳弧气刨清除全部气孔缺陷，并使其成为相应坡口，然后再进行补焊；对于夹渣、未熔合、未焊透等缺陷，也是要用同样的方法清除缺陷，然后按规定进行补焊。对于裂纹应先检查裂纹的始端、末端和裂纹的深度，确定后，先从裂纹的终端向始端清除打磨，以防裂纹的扩展。清除后再做表面检测，确认将裂纹清除干净，然后再给予补焊。无论采用何种方法消除裂纹缺陷，都应使其形成相应坡口，按规定进行补焊。