第1章焊接检测基础知识

1)掌握焊接检测方法的种类，金属焊接各种工艺缺陷的类型及概念。

2)了解各种缺陷产生的原因，熟悉各种缺陷的预防措施。

1.1焊接检测概述

20世纪的最后十年，焊接技术在我国国民经济建设各个领域的应用在广度和深度方面均发生了质的飞跃，焊接结构作为焊接技术的载体，在国民经济生产的各个领域，如石油化工、船舶和海洋石油工程、军工、核设施、航空航天、冶金建筑、能源工业等，都有了广泛应用。显然，这些焊接结构必须是高质量的。现代化焊接结构生产要求实行全面质量管理，即要求产品在设计、制造、安装与维修等所有环节都实行质量保证和质量控制，对于生产过程中保证和控制质量的重要手段之一的质量检验，则要求其贯穿于整个生产过程的始终。焊接结构生产的质量检测简称焊接检测，可具体地认为是采用调查、检查、度量、试验和检验等方法，对产品的焊接质量同其使用要求不断进行比较的过程。

焊接检测是保证焊接质量的前提。焊接检测的目的是以预防为主，积极做好施焊前的各项准备工作，最大限度地避免或减少焊接缺陷的产生。焊接过程中进行检测的目的是预防和及时发现焊接缺陷，对已发生的焊接缺陷进行有效的修复，保证焊接结构（件）在制造过程中的质量。由于条件限制，焊前和焊接过程中有些检测项目无法进行，所以应在焊后对焊接结构（件）进行质量检验，以确保焊接结构（件）质量完全符合技术要求。

焊接检测按检测方法不同，可分为破坏性检测、非破坏性检测和工艺性检验。

破坏性检测是指直接从产品的焊接接头上取样，对其进行各种理化性能的检测。焊接接

1.破坏性检测

头理化性能检测项目包括力学性能试验、化学分析与试验和金相与断口的分析试验。

(1)力学性能试验包括拉伸、弯曲及压扁、冲击、硬度、疲劳、韧度等试验。

(2)化学分析与试验包括化学成分分析、晶间腐蚀试验和铁素体含量测定试验。

(3)金相与断口的分析试验包括宏观组织分析、微观组织分析和断口检验与分析。

非破坏性检测是采用各种物理手段检测焊接接头的致密性，而不破坏焊接结构完整性的

2.非破坏性检测

检测方法。焊接结构的非破坏性检测包括以下内容。

(1)外观检测包括母材、焊材、坡口、焊缝等表面质量检验，成品或半成品的外

(2)无损检测无损检测方法很多，实际应用中比较常见的有以下几种：

几何形状和尺寸的检验。

1)常规无损检测。包括超声检测（UT,UltrasonicTesting)、射线检测（RT,RadgraphicTesting)、磁粉检测（MT,MagneticParticleTesting)、渗透检验（PT,Penetrant焊接检测技术

2)非常规无损检测。包括声发射（AE,AcousticEmission)检测、红外检测、激光全ting)和涡流检测（ET,EddyCurrentTesting)。

(3)耐压试验和泄漏试验承压设备的容器、管道和其他某些受压部件，按相应技术息检测和磁记忆检测等。

监督规程的要求应做压力试验，以检验结构和焊接接头的整体强度和密封性。压力试验包括1)耐压试验。主要用于强度检验，包括液压试验（主要是水压试验）和气压试验。

耐压试验和泄漏试验。

2)泄漏试验。主要用于结构上可拆连接部位和焊接接头的密封性检验，包括气密性试验、吹气试验、载水试验、水冲试验、沉水试验、煤油试验、氨渗透试验、氮检漏试验、卤素检漏试验等。

3.工艺性检验

工艺性检验是指在产品制造过程中，为了保证工艺的正确性而进行的检验，包括材料焊接性试验、焊接工艺评定试验、焊接电源检验、工艺装备检验、辅机及工具检验、结构的装配及质量检验、焊接参数检验、焊接热参数（预热、后热及焊后热处理）检验等。

1.2金属焊接工艺缺陷

焊接缺欠是指在焊接接头中因焊接产生的金属不连续、不致密或连接不良的现象，简称缺欠。焊接缺欠的存在将影响焊接接头的质量，而焊接接头的质量又直接影响着焊接结构(件）的安全使用。焊接缺欠和焊接缺陷的区别是：存在焊接缺欠时，虽然焊接接头的质量和性能下降，但只要不超过规定限值，不影响设备的运行，就是允许的，不致对焊接结构的运行产生危害；焊接缺陷是焊接过程中或焊后，在接头中产生的不符合标准要求的缺欠，或者说焊接缺陷超出了焊接缺欠的规定限值，是不允许的。存在焊接缺陷的产品应被判废或进行返修，因为焊接缺陷的存在将直接影响焊接结构件的安全使用

之所以要对焊接缺陷进行分析，一方面是为了找出缺陷产生的原因，进而在材料、工艺、结构、设备等方面采取有效措施，以防止缺陷产生；另一方面是为了在焊接结构（件）的制造或使用过程中，能够正确地选择焊接检测的技术手段，及时发现缺陷，从而定性或定量地评价焊接结构（件）的质量，使焊接检测达到预期的目的。

根据GB/T.1-(《金属熔化焊接头缺欠分类及说明》）,金属熔化焊接头焊接缺欠可根据其性质、特征分为以下6个种类（大类）:裂纹、孔穴、固体夹杂、未熔合及未焊透、形状和尺寸不良及其他缺欠。每种缺欠又可根据位置和状态进行分类。

根据GB/T.2-(《金属压力焊接头缺欠分类及说明》）,金属压力焊接头焊接缺欠可根据其性质、特征分为以下6个种类（大类）:裂纹、孔穴、固体夹杂、未熔合、形状和尺寸不良及其他缺欠。每种缺欠又可根据位置和状态进行分类。

1.裂纹

裂纹就是在应力作用下，接头中局部区域的金属原子结合力遭到破坏所产生的缝隙。裂纹不仅会给生产带来许多困难，而且可能带来灾难性的事故。据统计，在世界上焊接结构所出现的各种事故中，除少数是由于设计不当、选材不合理和运行操作上有问题外，绝大多数是由裂纹引起的脆性破坏。因此，裂纹是导致焊接结构发生破坏的主要原因。在焊接生产中，由于钢种和结构类型的不同，可能出现各种裂纹，如图1-1所示，裂纹按其产生的本质不同，大体上可以分为以下五大类；热型纹再热裂纹、冷裂纹、层状撕裂和应力腐蚀开型裂纹。

(1)热裂纹热裂纹是焊接生产中比较常见的一种缺陷，从常用的低碳钢，低合金钢到奥氏体不锈钢、铝合金和锦基合金等都有产生热裂纹的可能。热裂纹可分为结品裂纹、液化裂纹和多边化裂纹三类。1)结品裂纹，结品数是指在提键金属湿固后期，低婚点共品（如绩钢和低合金高强度结构制中的磷、碰、钾、不锈制、耐热钢中的硫、晒、棚、结等）被推销在与柱铁品交酒的中心部位，形成液点薄膜，此时在由收缩产生的拉伸应力的作用下，这个液态薄腿的到地带将开刻而形成结品智纹，也称为凝固裂纹。

结品裂纹的特征是拾舆氏体品界开辑，其敏感的温度区间是固相线温度以上档高的温度(固液状态）,结品型纹的形态和分布如图12所示，这种型纹易产生在含硫、磷杂质较多眼钢，单相黑氏体制，银基合全和某些相合全的提示中

2)液化裂纹。在焊接热循环峰值温度的作用下，由于近缝区或多层焊层间部位的被焊金属含有较多的低熔点共晶而被重新熔化，在拉伸应力的作用下沿奥氏体晶界发生开裂的裂纹称为液化裂纹。

液化裂纹主要发生在含有铬、镍的高强度钢、奥氏体钢，以及某些镍基合金的近缝区或多层焊的层间部

3)多边化裂纹。多边化裂纹多数产生于焊缝中，它是在形成多边化（已经凝固的品粒中，在一定的温度和应力下形成二次边界）的过程中，由于焊接材料在高温下的塑性很低而造成的，故又称高温低塑性裂纹。多边化裂纹多发生在纯金属或单相奥氏体合金的焊缝中和热影响区处或多层焊的前层焊缝中，其发生部位比液化裂纹距熔合线更远一点。

(2)再热裂纹采用含有某些沉淀强化合金元素钢材的厚板焊接结构，在进行消除应力热处理或在一定温度下工作的过程中，在焊接热影响区粗晶部位产生的裂纹称为再热裂纹。由于这种裂纹是在再次加热过程中产生的，故称为再热裂纹，又称为消除应力处理裂纹简称SR裂纹，

再热裂纹多发生在低合金高强度结构钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢和某些镍基合金焊接热影响区的粗晶部位，并沿粗大奥氏体晶粒边界扩展，且多半发生在咬边等应力集中处。可形成沿熔合线的纵向裂纹，也可形成粗晶区中垂直于熔合线的网状裂纹，其断口呈被氧化的颜色

热裂纹和再热裂纹的预防措施简述如下：1)冶金方面。焊接低碳钢、低合金钢时，有害元素S、P、C不仅能形成低熔共晶，还能促进偏析，从而增大结晶裂纹的敏感性。为了消除它们的有害作用，应尽量限制母材和焊接材料中S、P、C的含量；同时，可在焊接材料中加入适量的Mn、Ti、Zr等合金元素，以克服S、P的不良作用，提高焊缝抗热裂纹的能力。重要的焊接结构应采用碱性焊条或焊剂。

另外，通过改善焊缝凝固结备形态和细化

品粒，也可以提高抗裂性，广泛采用的办法是向焊缝中加入细化品粒元素，如Mo、V、11、Ni、Zr、AI、稀土等。对于不锈钢，希望得到铁素体相低于5%的双相组织焊缝。

2)工艺方面。主要是指在焊接参数、预热、材质、接头设计和焊接顺序等方面预防焊接热裂纹。

①焊接参数。提高焊缝成形系数可以提高焊缝的抗裂性能，而为了控制成形系数，必须合理调整焊接参数。平焊时，焊缝成形系数随焊接电流的增大而减小，随焊接电压的增大而增大；焊接速度提高时，不仅焊缝成形系数会减小，而且由于熔池形状改变，焊缝的柱状品将呈直线状，从熔池边缘垂直地向焊缝中心生长，最后在焊缝中心线上形成明显的偏析层，从而增大了产生结晶裂纹的倾向。

②预热。一般冷却速度加快，焊缝金属的应变速率也随之增大，容易产生热裂纹。为此，应采取缓冷措施。预热对于降低热裂纹倾向比较有效，因为预热能减慢冷却速度；但预热温度过高将提高焊接热输入，从而促使品粒长大，增加偏析倾向，使防裂效果不明显，甚至适得其反。

③材质。采用碱性焊条和焊剂，其熔渣具有较强的脱硫能力，因此具有较高的抗热裂能力。

④接头设计和焊接顺序。焊接接头的形式不同，将影响接头的受力状态、结品条件和热量分布等，因而热裂纹的倾向也不同。表面堆焊和熔深较浅的对接焊缝的抗裂性较好；熔深较大的对接焊缝和角焊缝的抗裂性能较差，因为这些焊缝的收缩应力方向基本垂直于杂质聚集的结晶面，故其产生热裂纹的倾向较大。

为了减小结晶过程中的收缩应力，在接头设计和焊接顺序安排方面应尽量降低接头的刚度和拘束度。例如：在设计上减小焊接结构的板厚，合理布置焊缝；在施工上合理安排焊件的装配顺序和每条焊缝的先后顺序，避免在焊缝处于刚性拘束状态下进行焊接，设法让每条焊缝有较大的自由度。起弧时用引弧板慢速起弧，断弧时用引出板逐渐断弧，以减少弧坑裂纹的产生。对于厚板焊接结构，常采用多层焊，其裂纹倾向比单层焊有所缓和，但应注意控制各层的熔深。在焊接接头处避免应力集中（如错边、咬肉、未焊透等）,也是降低裂纹倾

(3)冷裂纹冷裂纹是焊接过程中最为普遍的一种裂纹，它是焊后冷却至较低温度时向的有效方法。

产生的。对于低合金高强度结构钢，冷裂纹大约出现在钢的马氏体转变温度Ms附近，是由拘束应力、漳硬组织和扩散氢的作用产生的。冷裂纹主要发生在低、中合金钢和中、高碳钢的焊接热影响区，如图1-5a、b所示；个别情况下，如焊接超高强度钢或某些钛合金时，冷裂纹也出现在焊缝金属上，如图1-5c所示。

1)漳火裂纹（津硬脆化裂纹）。一些津硬倾向很大的钢种，其焊接时即使没有氢的诱发，仅在应力的作用下也能导致开裂。焊接含碳量较高的Ni-Cr-Mo钢、马氏体不锈钢、工具钢及异种钢等时，都有可能出现这种裂纹。漳火裂纹完全是由于冷却时发生马氏体相变而脆化造成的，焊后常立即出现，在热影响区和焊缝上都可能发生。

2)氢致裂纹。氢致裂纹是具有延迟特征，即焊后经过数小时、数日甚至更长时间才出现的冷裂纹，因此也称为延迟裂纹。氢致裂纹按分布情况可分为焊趾裂纹、焊道下裂纹和焊根裂纹，如图1-5所示。普通低合金钢的氢致裂纹在焊后24h内产生（一般情况下，焊趾裂纹发生在焊后数分钟内，焊道下裂纹发生在焊后数小时）,高合金钢则在焊后10天内产生。

氢致裂纹产生时，有时可察觉到断裂焊趾裂纹起源于焊缝与母材

交叉处有明显应力集中的部位，一般由焊趾表面开始向母材深处延伸，可能沿粗晶区扩展，也可能向垂直于拘束方向的细晶区或母材扩展，裂纹的取向经常与焊缝纵向平行。另外，对于焊接结构中X形坡口的对接接头及K形坡口的T形接头，在咬边或其他形状缺陷的影响下，易产生焊趾烈纹裂纹。

一般情况下，焊道下裂纹的焊根裂纹起源于焊缝根部最大应力处，随后往将展。裂纹出现的部位取决于焊缝金属及热影响区的强度、伸长率和根部形状。

3)低塑性脆化裂纹。某些塑性较低的材料冷却至低温时，由于收缩而引起的应变超过了材料本身所具有的塑性储备或材质变脆而产生的裂纹，称为低塑性脆化裂纹。例如，补焊铸铁、堆焊硬质合金和焊接高铬合金时，就容易出现这类裂纹。低塑性脆化裂纹通常是在焊后立即产生，无延迟现象。4)冷裂纹的预防措施，钢种的浮硬倾向、焊缝中的氢含量及其分布、焊接接头的狗架应力状态是影响冷裂纹形成的三大要素。

当焊接热影响区中氢的含量足够高时，能使具有马氏体组织的热影响区进一步脆化，形焊接时，钢种的浮硬倾向越大，越容易产生冷裂纹。

成焊道下裂纹；当氢的含量稍低时，仅在有应力集中的部位出现裂纹，容易形成焊趾裂纹和构束应力主要由不均匀加热和冷却过程中产生的温度应力、金属相变时由于体积变化引焊根裂纹。

起的组织应力和焊接结构在拘束条件（如结构形式、焊接位置、施焊顺序及方向、构件刚三大影响因素对冷裂纹产生的影响既有各自的内在规律，又相互联系、相互依粮。焊接性等）下产生的应力三部分组成。

冷裂纹的预防措施就是对三大影响因素进行控制：

控制母材的化学成分，尽量选择碳当量低或对冷裂纹敏感度小的钢材，使钢种的浮硬倾向减小，从而使产生冷裂纹的可能性减小。

②减少氢的来源，改善焊缝金属的塑性和韧性。例如：焊前严格烘干焊条和焊剂；选用优质的低氢和超低氢焊接材料；选用强度级别比母材略低的焊条，以减小焊接应力，降低冷裂倾向；选用奥氏体焊条焊接锌硬倾向较大的低、中合金高强度钢；向焊接材料中加入某些合金元素，如Mo、V、T、Nb、B、稀土等韧化焊缝。

③正确选择焊接工艺。包括合理选定焊接热输入、预热、层间温度、后热、焊后热处理方法和施焊顺序等。目的是改善热影响区和焊缝组织，促使氢的逸出及减小焊接拘束应力。

预热是指焊前对焊件整体或局部进行加热，它是防止厚板、低合金和中合金钢接头产生焊接冷裂纹的有效措施之一。焊接强度级别较高、有淳硬倾向、导热性能良好或厚度较大的焊件时，以及当焊接区域周围的环境温度太低时，焊前往往需要对焊件进行预热。预热可以降低焊接接头的冷却速度，减少或避免锌硬组织的产生；减小焊接区的温度梯度，降低焊接接头的应力；延长焊接区（-℃）的冷却时间，有利于氢的逸出，从而可防止冷裂纹产生。

后热是焊后将焊件或整条焊缝加热到一定温度，并保温一段时间后空冷的措施，包括低温后热处理和消氢处理。强度等级高于MPa或合金的总质量分数大于3%的低合金钢和中合金钢的厚壁多层焊缝中，经常产生相对于焊缝横向分布的延迟冷裂纹。为了避免氢在焊缝表层下富集，防止横向延迟裂纹产生，可进行消氢处理。消氢处理的温度为-℃时间为1-2h,必须在焊接结束后立即进行。

消除应力退火是一种重要的焊后热处理方法。消除应力退火是指将焊件以一定速度均匀地加热到Ac,以下足够高的温度（-℃）,保温一段时间后随炉冷却到~℃最后空冷。消除应力退火有以下作用：减小焊接接头中的残余应力，消除冷作硬化，提高接接头抗脆性断裂和耐应力腐蚀的能力；改善焊接接头的金相组织，提高其塑性；消除焊中的氢气，提高焊接接头的抗裂性和韧性。

④加强工艺管理。许多焊接裂纹缺陷并不是由选材不当或设计不合理造成的，而是施工质量差造成的。因此施工时应注意以下问题：

·仔细清理焊接坡口及其两侧30mm的区域，以去除铁锈、油污和水分等，并防止已理过的坡口被再次污染，不得使用未经烘干的焊条或焊剂，若条件允许，每位得接操作者部应配备得条保温筒，保证使用前媒条处于干燥状态，

.提高装配质量，避免因出现过大错边或装配间隙面造成未焊透，夹渣或焊缝成形不良等缺陷、尽量不使用夹具进行强制装配，以免造成过大的装配应力和拘束应力，这些都会.对于重要结构，如压力容器等，严格要求操作者遵守持证上岗制度，按工艺规程操增加冷裂倾向。

作，防止产生气孔、夹渣、未焊透、咬边等工艺缺陷，因为这些缺陷将构成局部应力集中，成为氢的富集场所，从而增加了冷裂倾向。

.注意施工环境，避免在阴雨油湿天气下施工；冬天在室外焊接时，要采取防风雪措以免焊缝过快地冷却

(4)层状撕裂大型厚壁结构在焊接过程中，会沿钢板的厚度方向出现较大的拉伸应力，如果钢中有较多的夹杂物，则会沿钢板轧制方向出现一种台阶状的裂纹，一般称其为层状撕裂。层状撕裂属于低温开裂，一般低合金钢的撕裂温度不超过℃。层状撕裂易发生在低合金高强度钢厚壁结构的T形接头、十字接头和角接头处，如图1-6所示。

层状撕裂的主要类型及产生原因和预防措施见表1-1。(5)应力腐蚀开裂裂纹应力腐蚀开裂（StressCorrosionCracking,SCC)是在拉应力和腐蚀介质的共同作用下产生裂纹的一种现象，图1-7所示是典型的应力腐蚀开裂裂纹。

形成应力腐蚀开裂裂纹的基本条件是：

1)材质必须是合金，也包括含微量元素的合金；纯金属一般不会发生应力腐蚀开裂裂纹。

2)材质与介质相匹配。金属材料并非与任何介质作用都会产生应力腐蚀开裂裂纹，而是有一定的匹配关系。例如：低碳钢与氢氧化钠水溶液（沸腾）、硝酸盐水溶液、海水等；奥氏体不锈钢与氯化铵水溶液、海洋气氛、海水、硫酸+氯化物水溶液等。

3)必须存在拉应力。拉应力可以是工作应力或线余应力，焊接残余应力在焊缝及近缝液等。

区通常为拉应力，有时高达材料的届服点。所以，即使焊接结构不承受载荷，只要有腐蚀介质存在，就有可能产生scc

影响SCC的因素是多方面的，因此其预防途径也是多方面的；

1)选用抗应力腐蚀性好的母材是防止SCC的根本措施之一，当前，高倍铁素体不锈钢、双相钢、高镍不锈钢和高锦合金有较好的耐应力腐蚀性能。

2)焊缝金属必须具有与母材相同的抗应力腐蚀能力，因此焊缝的化学成分应尽可能与母材一致。许多试验表明，在高温下工作的18-8型不锈钢，其抗应力腐蚀性能随着含碳量的增加面降低，所以选用焊接材料时以低碳或超低碳为好。

3)零部件从成形加工到组装都可能引起残余应力，而残余应力是引起应力腐蚀开裂裂因此，必须严格控制组装质量，如保证各零部件下料尺寸准确、避免进行强纹的原因之一。

4)在焊接工艺方面，主要是防止产生焊接热影响区硬化和应力集中，可以通过调节焊力组装等。

接热输入和焊接顺序等来进行控制。对于奥氏体钢，因无漳硬问题，因此主要是防止品粒粗大，焊接时适当采用小的焊接热输入；对于易济硬的钢，则应适当增大焊接热输入。另外，应根据结构特点制订出使焊接应力最小的焊接顺序

5)焊后消除应力不仅可降低冷裂、脆断的倾向，还可以防止产生SCC和改善焊接接头的组织，因此对一些重要的焊接结构（包括在腐蚀介质条件下工作的）都要进行消除应力处理。

6)采用表面工程技术。近年来，表面工程的应用范围日益扩大，并在预防应力腐蚀裂裂纹方面取得了令人满意的效果。其做法是在与腐蚀介质接触的一侧喷涂耐腐蚀层、塑涂层，或在表面堆焊不锈钢等。

2/气孔和央杂

气孔和夹杂是焊接生产中经常出现的一种缺陷，它们不仅会削弱焊缝的有效工作截还会造成应力集中，从而显著降低焊缝金属的强度和韧性，对动载强度和疲劳强度更利。在个别情况下，气孔和夹杂还会引起裂纹。