第四章壓力容器缺陷4.2壓力容器的常見缺陷4.2.1壓力容器制造過程中產生的缺陷4.2.2壓力容器使用過程中產生的缺陷

焊接裂紋未焊透和未熔合夾渣氣孔表面缺陷組織缺陷

4.2.1壓力容器制造過程中產生的缺陷壓力容器制造過程中產生缺陷的主要類型：

外觀缺陷（表面缺陷）是指不用借用于儀器，從工件表面可以發現的缺陷。常見的外觀缺陷有咬邊、焊瘤、凹陷及焊接變形等，有時還有表面氣孔和表面裂紋，單面焊的根部未焊透也位于焊縫表面。1.外觀缺陷（1）咬邊

咬邊是指沿著焊趾，在母材部分形成的凹陷或溝槽。產生的主要原因是電弧熱量太高，即電流太大，運條速度太小造成的。焊條與工件間角度不正確，擺動不合理，電弧過長，焊接次序不合理等都會造成咬邊。

防止咬邊的措施：矯正操作姿勢，選用合理的規范，采用良好的運條方式都會有利于消除咬邊。焊角焊縫時，用交流代替直流也能有效地防止咬邊。（2）焊瘤

焊縫中的液態金屬流到加熱不足未熔化的母材上或從焊縫根部溢出，冷卻后形成的未與母材熔合的金屬瘤即為焊瘤。焊接規程過強、焊條熔化過快、焊條質量欠佳（如偏芯），焊接電源特性不穩定及操作姿勢不當等都容易帶來焊瘤。在橫、立、仰位置更容易形成焊瘤。

防止焊瘤的措施：使焊縫處于平焊位置，正確選用規范，選用無偏芯焊條，合理操作。

凹坑指焊縫表面或背面根部的低于母材的部分。凹坑多是由于收弧時焊條（焊絲）未作短時間停留造成的（此時的凹坑稱為弧坑），仰立、橫焊時，常在焊縫背面根部產生內凹。（3）凹坑

防止凹坑的措施：選用有電流表衰減系統的焊機，盡量選用平焊位置，選用合適的焊接規范，收弧時讓焊條在溶池內短時間停留或環形擺動，填滿弧坑。

未焊滿是指焊縫表面上連續的溝槽。填充金屬不足是產生未焊滿的根本原因。規范太弱，焊條過細，運條不當等會導致未焊滿。防止未焊滿的措施：加大焊接電流，加焊蓋面焊縫。（4）未焊滿

燒穿是指焊接過程中，熔深超過工件厚度，熔化金屬自焊縫背面流出，形成穿孔性缺陷。焊接電流過大，速度太慢，電弧在焊縫處停留過久，都會產生燒穿缺陷。工件間隙太大，鈍邊太小也容易出現燒穿現象。選用較小電流并配合合適的焊接速度，減小裝配間隙，在焊縫背面加設墊板或藥板，使用脈沖焊，能有效地防止燒穿。（5）燒穿（6）其它表面缺陷1）成形不良

指焊縫的外觀幾何尺寸不符合要求。有焊縫超高，表面不光滑，以及焊縫過寬，焊縫向母材過渡不圓滑等。2）錯邊

指兩個工件在厚度方向上錯開一定位置，它即可視作裝配成形缺陷。3）塌陷

單面焊時由于輸入熱量過大，熔化金屬過大而使液態金屬向焊縫背面塌落，成形后焊縫背面突起，正面下榻。5）各種焊接變形4）表面氣孔及弧坑縮孔

如角變形、扭曲、波浪變形等都屬于焊接缺陷。角變形也屬于裝配成形缺陷。（6）其它表面缺陷（續）

氣孔是指焊接時，溶池中的氣體未在金屬凝固前溢出，殘存于焊縫之中所形成的空穴。其氣體可能是溶池從外界吸收的，也可能是焊接冶金過程中反應生成的。2.氣孔和夾渣（1）氣孔1）氣孔的分類球形氣孔條蟲狀氣孔氫氣孔氮氣孔氧氣孔二氧化碳氣孔一氧化碳氣孔氫氣氣孔一氧化碳氣孔從形狀上分從數量上分按氣體成分分熔焊氣孔分為單個氣孔群狀氣孔

常溫固態金屬中氣體的溶解度只有高溫液態金屬中氣體溶解度的幾十分之一，溶池金屬在凝固過程中，有大量的氣體要從金屬中逸出來。當凝固速度大于氣體逸出速度時，就形成氣孔。2）氣孔的形成機理3）產生氣孔的主要原因

母材或填充金屬表面有銹、油污等，焊條及焊劑未烘干會增加氣孔量，因為銹、油污及焊條藥皮、焊劑中的水分在高溫下分解氣體，增加了金屬中氣體的含量。焊接線能量過小，溶池冷卻速度大，不利于氣體逸出。焊縫金屬脫氧不足也會增加氧氣孔。

氣孔減少了焊縫的有效截面積，使焊縫疏松，從而降低了接頭的強度，降低塑性，還會引起泄漏。氣體也在引起應力集中的因素。氫氣孔還可能促成冷裂紋。4）氣孔的危害5）防止氣孔的措施a.清除焊絲，工作坡口及其附件表面的油污、鐵銹、水分和雜物。b.采用堿性焊條、焊劑，并徹底烘干。c.采用直流反接并用短電弧施焊。d.焊前預熱，減緩冷卻速度。e.用偏強的規范施焊。（2）夾渣1）夾渣的分類金屬夾渣非金屬夾渣2）夾渣的分布與形狀單個點狀夾渣條狀夾渣鏈狀夾渣密集夾渣夾渣是指焊后熔渣存在焊縫中的現象。3）夾渣產生的原因a.坡口尺寸不合理；b.坡口有污物；c.多層焊時，層間清渣不徹底；d.焊接線能量小；e.焊縫散熱太快，液態金屬凝固過快；f.焊條藥皮，焊劑化學成分不合理，熔點過高，冶金反應不完全，脫渣性不好；g.鎢極惰性氣體保護焊時，電源極性不當，電流密度大，鎢極熔化脫落于溶池中；h.手工焊時，焊條擺動不良，不利于熔渣上浮。

點狀夾渣的危害與氣孔相似，帶有尖角的夾渣會產生尖端應力集中，尖端還會發展為裂紋源，危害較大。4）夾渣的危害

焊縫中原子結合遭到破壞，形成新的界面而產生的縫隙稱為裂紋。3.裂紋（1）裂紋的分類根據裂紋尺寸大小，分為三類：

1）宏觀裂紋：肉眼可見的裂紋；

2）微觀裂紋：在顯微鏡下才能發現；

3）超顯微裂紋：在高倍數顯微鏡下才能發現，一般指晶間裂紋和晶內裂紋。從產生溫度看，裂紋可分為二類：

1）熱裂紋

2）冷裂紋按裂紋產生的原因分，又可把裂紋分為：

1）再熱裂紋

2）層狀撕裂

3）應力腐蝕裂紋（1）裂紋的分類（2）裂紋的危害

裂紋，尤其是冷裂紋，帶來的危害是災難性的。壓力容器事故絕大部分是由于裂紋引起的脆性破壞。

熱裂紋發生于焊縫金屬凝固末期，最常見的熱裂紋是結晶裂紋，其生成原因是在焊縫金屬凝固過程中，結晶偏析使雜志生成的低熔點共晶物富擠集于晶界，形成所謂“液態薄膜”，在特定的敏感溫度區（又稱脆性溫度區）間，其強度極小，由于焊縫凝固收縮而受到拉應力，最終開裂形成裂紋。熱裂紋都是沿晶界開裂，通常發生在雜質較多的碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼的材料焊縫中。1）結晶裂紋的發生機理（3）熱裂紋2）影響結晶裂紋的因素a.合金元素和雜質影響碳元素以及硫、磷等雜質元素的增加，會擴散敏感溫度區，使結晶裂紋的產生機會增多；

b.冷卻速度的影響；

c.結晶應力的影響。3）防止結晶裂紋的措施a.減小硫、磷等有害元素的含量，用含碳量較低的材料焊接；

b.合理選用焊接規范，并采用預熱和后熱，減少冷卻速度；

c.采用合理的裝配次序，減小焊接應力。

1）再熱裂紋的特征a.再熱裂紋產生于焊接熱影響區的過熱粗晶區；

b.再熱裂紋的產生溫度：碳鋼與合金鋼550－650℃，奧氏體不銹鋼約300℃；

c.再熱裂紋為晶界開裂（沿界開裂）；

d.最容易產生于沉淀強化的鋼種中；

e.與焊接殘余應力有關。（4）再熱裂紋

再熱裂紋的產生機理有多種解釋，其中楔形開裂理論的解釋如下：近縫區金屬在高溫熱循環作用下，強化相碳化物（碳化鈦、碳化釩、碳化鈮、碳化鉻等）沉積在晶內的位錯區上，使晶內強化強度大大高于晶界強化，尤其是當強化彌散分布在晶粒內時，會阻礙晶粒內部的局部調整，又會阻礙晶粒的整體變形，這樣，由于應力松弛而帶來的塑性變形就主要由晶界金屬來承擔，于是，晶界區金屬會產生滑移，且在三晶粒交界處產生應力集中，就會產生裂紋，即所謂的楔形開裂。2）再熱裂紋的產生機理a.注意冶金元素的強化作用及其對再熱裂紋的影響；

b.合理預熱或采用后熱，控制冷卻速度；

c.降低殘余應力避免應力集中；

d.回火處理時盡量避開再熱裂紋的敏感溫度區或縮短在此溫度區內的停留時間。3）再熱裂紋的防止1）冷裂紋的特征（5）冷裂紋a.產生于較低溫度，且產生于焊后一段時間以后，故又稱延遲裂紋；

b.主要產生于熱影響區，也有發生在焊縫區的；

c.冷裂紋可能是沿晶開裂，穿晶開裂或兩者混合出現；

d.冷裂紋引起的構件破壞是典型的脆斷。2）冷裂紋產生機理a.淬硬組織（馬氏體）減小了金屬的塑性儲備；

b.接頭的殘余應力使焊縫受拉；

c.接頭內有一定的含碳量。因此，含碳量和拉應力是冷裂紋產生的兩個主要因素。3）防止冷裂紋的措施a.采用低氫型堿性焊條，嚴格烘干，在100－150℃下保存，隨取隨用；

b.提高預熱溫度，采用后熱措施，并保證層間溫度不小于預熱溫度，選擇合理的焊接規范，避免焊縫中出現淬硬組織；

c.選用合理的焊接順序，減少焊接變形和焊接應力；

d.焊后及時進行消氫處理。未焊透指母材金屬未熔化，焊縫金屬沒有進入接頭根部的現象。4.未焊透（1）產生焊縫的原因1）焊接電流小，熔深淺；2）坡口和間隙尺寸不合理，鈍邊太大；3）磁偏吹影響；4）焊條偏芯度太大；5）層間及焊根清理不良。

未焊透的危害之一是減少了焊縫的有效面積，使接頭強度下降。其次，未焊透引起的應力集中所造成的危害，比強度下降的危害大的多。未焊透嚴重降低焊縫的疲勞強度。未焊透可能成為裂紋源，是造成焊縫破壞的重要原因。（2）未焊透的危害

使用較大電流來焊接是防止未焊透的基本方法。另外，焊角焊縫時，用交流代替直流以防止磁偏吹，合理設計坡口并加強清理，用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的產生。（3）未焊透的防止

未熔合是指焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間未熔化結合在一起的缺陷。按其所在部位，未熔合可分為坡口未熔合、層間未熔合、根部未熔合三種。4.未熔合（1）產生未熔合缺陷的原因1）焊接電流過小；2）焊接速度過快；3）焊條角度不對；4）產生了弧偏吹現象；5）焊接處于下坡焊位置，母材未熔合時已被鐵水覆蓋；6）母材表面有污物或氧化物影響熔敷金屬與母材間的熔化結合。（2）未熔合的危害

未熔合是一種面積缺陷，坡口未熔合和根部未熔合對承載面積的減小都非常明顯，應力集中也比較嚴重，其危害性僅次于裂紋。（3）未熔合的防止

采用較大的焊接電流，正確地進行施焊操作，注意坡口部位的清潔。

焊材與母材匹配不當，或焊接過程中元素燒損等原因，容易使焊縫金屬的化學成分發生變化，或造