焊接接头的不完整性称焊接缺陷。主要有
焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺
陷等 。
4.5 焊接缺陷与检验
4.5.1 焊接裂纹
1、热裂纹
? 热裂纹的特征
热裂纹可发生在焊缝区或热影响区。
热裂纹的微观特征是沿晶界开裂，所以又称
晶间裂纹。因热裂纹在高温下形成，所以有氧化
色彩。
热裂纹动画仿真
? 热裂纹产生的原因,
? 晶间存在液态薄膜。
? 接头中存在拉应力。
? 热裂纹的防止,
? 限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，如硫和
磷含量。 Fe和 FeS易形成低熔点共晶，其熔点
为 988℃,很容易产生热裂纹。
? 缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝
晶粒，提高塑性减少偏析。
? 减少焊接应力的工艺措施，如采用小线能量，
焊前预热，合理的焊缝布置等。
2、冷裂纹
? 冷裂纹的形态和特征
焊缝区和热影响区都可能产生 冷裂纹 。冷裂
纹的特征是无分支，通常为穿晶型。冷裂纹无氧
化色彩。
最常见的冷裂纹是 延迟裂纹,即在焊后延迟
一段时间才发生的裂纹。
冷裂纹动画仿真
? 延迟裂纹的产生原因,
? 焊接接头 (焊缝和热影响区及熔合区 )的淬火倾向严
重，产生淬火组织，导致接头性能脆化。
? 焊接接头含氢量较高，并聚集在焊接缺陷处形成大
量氢分子，造成非常大的局部压力，使接头脆化。
? 存在较大的拉应力。因氢的扩散需要时间，所以冷
裂纹在焊后需延迟一段时间才出现。由于是氢所诱
发的，也叫氢致裂纹。
? 防止延迟裂纹的措施,
? 选用碱性焊条或焊剂，减少焊缝金属中氢的含量，提
高焊缝金属塑性。
? 焊条焊剂要烘干，焊缝坡口及附近母材要去油水；除
锈，减少氢的来源。
? 工件焊前预热，焊后缓冷，可降低焊后冷却速度，避
免产生淬硬组织，并可减少焊接残余应力。
? 采取减小焊接应力的工艺措施，如对称焊，小线能量
的多层多道焊等。
? 焊后立即进行去氢（后热）处理，加热到 250℃,保温
2～ 6h，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面。
? 焊后进行清除应力的退火处理。
4.5.2 气孔
焊缝气孔有三种：
? 氢气孔
高温时，氢在液体中的溶解度很大，大量的
氢溶入焊缝熔池中，而焊缝熔池在热源离开后快
速冷却，氢的溶解度急速下降，析出氢气，产生
氢气孔。
? 一氧化碳气孔
当熔池氧化严重时，熔池存在较多的 FeO，
在熔池温度下降时，将发生如下反应：
FeO+C = Fe+CO↑
此时，若熔池已开始结晶，则 CO将来不及逸
出，便产生 CO气孔。熔池氧化愈严重，含碳量愈
高，越易产生 CO气孔。
氮、氢的溶解度变化
? 氮气孔
熔池保护不好时，空气中的氮溶入熔池
而产生。
防止气孔的方法：
焊条、焊剂要烘干，焊丝和焊缝坡口及
其两侧的母材要清除锈、油和水。
焊接时采用短弧焊，采用碱性焊条。 CO2
焊时，采用药芯焊丝。
采用低碳材料都可减少和防止气孔的产
生。
4.6 焊接件结构设计
4.6.1 焊件材料的选择
4.6.2 焊接方法的选择
4.6.3 焊接接头工艺设计
4.6.4 典型焊件的工艺设计
4.6.1 焊接材料的选择
焊接材料的选择原则：
尽量选用可焊性好的材料,
? w(C)＜ 0.25%的低碳钢或 w(CE)＜ 0.4%的低合金钢。
因这类钢淬硬倾向小，塑性高，焊接工艺简单。
? 尽量选用镇静钢。镇静钢含气量低，特别是含 H2和
O2量低，可防止气孔和裂纹等缺陷。
异种金属焊接时焊缝应与低强度金属等强度，
而工艺应按高强度金属设计。
尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等型材，
以简化工艺过程。
生产单件钢结构件
1．板厚在 3～ 10 mm,强度较低，且焊缝较短应选用手弧焊。
2．板厚在 10 mm以上，焊缝为长直焊缝或环焊缝应选用埋弧焊。
3．板厚小于 3 mm，焊缝较短应选用 CO2焊。
生产大批量钢结构
1．板厚小于 3 mm,无密封要求应选用电阻点焊，有密封要求应
选用缝焊。
2．板厚在 3～ 10 mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用 CO2自动
焊。
3．板厚大于 10 mm，焊缝为长直焊缝和环焊缝隙，应选用埋弧
焊或电渣焊。
生产不锈钢、铝合金和铜合金结构
1．板厚小于 3mm,应选用脉冲钨极和钨极氩弧焊。
2．板厚在 3～ 10 mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用熔化极氩
弧或等离子弧自动焊。
4.6.2 焊接方法的选择
?焊缝的布置
1．焊缝应尽可能分散，如
右图。以便减小焊接热影响
区，防止粗大组织的出现。
2．焊缝的位置应尽可能对
称分布，如右图，以抵消
焊接变形。
4.6.3 焊接接头工艺的设计
3．焊缝应尽可能避开最大应
力和应力集中的位置，如右
图。以防止焊接应力与外加
应力相互叠加，造成过大的
应力和开裂。
4．焊缝应尽量避开机械加
工表面，如右图，以防止
破坏已加工面。
5．应便于焊接操作，如下图。焊缝位置应使
焊条易到位，焊剂易保持，电极易安放。
?接头型式的选择与设计
接头型式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、
焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度等各
个方面因素综合考虑决定。
1．熔焊接头设计
2．压焊接头设计
（ 1）点焊接头设计
点焊接头设计包括焊点直径 d0，焊点数 n等
（ 2）摩擦焊的接头型式
摩擦焊接头的型式，不仅根据产品的设计要求
来确定，同时也要考虑到摩擦焊接工艺的特点。
4.6.3 典型焊件的工艺设计
结构名称：中压容器
材料,16MnR（原材料尺寸为 1200× 5000mm）
件厚：筒身 12mm；封头 14mm；人孔圈 20mm；管接头 7mm
压力容器
生产数量,小批生产
工艺设计要点：
筒身用钢板冷卷，按实际尺寸，可分为
三节，为避免焊缝密集，筒身纵焊缝可相互
错开 180°,封头应采用热压成型，与筒身
连接处应有 30 mm～ 50mm的直段，使焊缝躲
开转角应力集中位置。
根据各条焊缝的不同情况，可选用不同
的焊接方法、接头型式、焊接材料与工艺。
焊接过程模拟