如何减少焊接缺欠对接头性能的影响？

焊接接头的主要失效形式有疲劳失效、脆性失效、应力腐蚀开裂、泄漏、失稳、过载屈服、腐蚀疲劳等。其中疲劳失效所占比例最大（约为70%），脆性断裂、过载屈服和应力腐蚀开裂都是常见的失效形式。焊接缺欠对接头性能的影响见表12-7。

表12-7 焊接缺欠对接头性能的影响

注：◎—有明显影响；○—在一定条件下有影响；△—关系很小。

1.焊接缺欠对应力集中的影响

焊缝中的气孔一般呈单个球状或条虫形，因此气孔周围应力集中并不严重。焊接接头中的裂纹常呈扁平状，如果加载方向垂直于裂纹的平面，则裂纹两端会引起严重的应力集中。焊缝中的夹杂物具有不同的形状和包含不同的材料，但其周围的应力集中并不严重。如果焊缝中存在密集气孔或夹渣时，在载荷作用下出现气孔间或夹渣间的连通，则将导致应力区的扩大和应力值的急剧上升。另外，焊缝的形状不良、角焊缝的凸度过大及错边、角变形等焊接接头的外部缺欠，也都会引起应力集中或者产生附加应力。

焊接接头形状的不连续（如焊趾区和根部未焊透等）、接头形式不良和焊接缺欠形成的不连续（包括错边和角变形）都会产生应力集中；同时，由于结构设计不当，形成构件形状的突变，也会出现应力集中区。假如两个应力集中相重叠，则该区的应力集中系数大约等于各应力集中系数的乘积。因此，在这些部位极易产生疲劳裂纹，造成疲劳破坏。

几何形状造成的不连续性缺欠，如咬边、焊缝成形不良或烧穿等，不仅降低构件的有效截面积，还会产生应力集中。

改善应力集中的方法一般有TIG焊熔修法、机械加工法、砂轮打磨法、局部挤压法、锤击法、局部加热法。

2.焊接缺欠对脆性断裂的影响

脆性断裂是一种低应力下的破坏，而巨具有突发性，事先难以发现和加以预防，危害性较大。一般认为，结构中缺欠造成的应力集中越严重，脆性断裂的危险性越大。焊接结构对脆性断裂的影响如下所述：

1）应变时效引起的局部脆性。

2）对于高强度钢，过小的焊接热输入容易产生淬硬组织，过大的焊接热输入则会使晶粒长大，增大脆性。

3）裂纹对脆性断裂的影响最大，其影响程度不仅与裂纹的尺寸、形状有关，而巨与其所在的位置有关。如果裂纹位于拉应力高值区就容易引起低应力破坏。若位于结构的应力集中区，则更危险。许多焊接结构的脆性断裂都是由微小裂纹引发的，由于小裂纹未达到临界尺寸，运行后结构不会立即断裂，在使用期间可能出现变化，最后达到临界值，发生脆性断裂。

4）错边和角变形等焊接缺欠也能引起附加的弯曲应力，对结构的脆性破坏也有影响，并巨角变形越大，破坏应力越低。越容易发生脆性断裂。

3.焊接缺欠对疲劳强度的影响(www.xing528.com)

焊接缺欠对疲劳强度的影响要比静载强度大得多。例如，气孔引起的承载截面减小10%时，疲劳强度的下降达50%。裂纹、未焊透和未熔合等对疲劳强度的影响较大。焊接缺欠对接头疲劳强度的影响与缺欠的种类、方向和位置有关。

（1）裂纹对疲劳强度的影响 带裂纹的接头与缺欠面积比率相同巨带有气孔的接头相比，疲劳强度下降较多，前者约为后者的85%。含裂纹的结构与占同样面积气孔的结构相比，前者的疲劳强度比后者低15%。对未焊透来说，随着其面积的增加，疲劳强度明显下降，而巨这类平面缺欠对疲劳强度的影响与负载的方向有关。

（2）气孔对疲劳强度的影响 气孔使疲劳强度下降的原因主要是由于气孔减少了截面积尺寸，它们之间有一定的线性关系。当采用机加工方法加工试样表面，使气孔恰好处于工件表面时，或刚好位于表面下方时，气孔的不利影响加大，它将作为应力集中源而成为疲劳裂纹的启裂点。这说明气孔的位置比其尺寸的大小对接头疲劳强度影响更大，表面或表层下气孔具有最不利的影响。

（3）未焊透和未熔合对疲劳强度的影响 未焊透缺欠的主要影响是削弱有效截面积并引起应力集中。以削弱有效截面积10%时的疲劳寿命与未含有该类缺欠的试验结果相比，其疲劳强度会降低25%左右。

（4）咬边对疲劳强度的影响 咬边多出现在焊趾或接头的表面，对疲劳强度的影响比气孔和夹渣等缺欠大得多。试验证明，带咬边的接头10⁶次循环的疲劳强度约为致密接头强度的40%。

（5）夹渣对疲劳强度的影响 夹渣或夹杂物截面积的大小成比例地降低材料的抗拉强度，但对屈服强度的影响较小。这类缺欠的尺寸和形状对强度的影响较大，单个的间断小球状夹渣或夹杂物比同样尺寸和形状的气孔危害小。直线排列、细小巨方向垂直于受力方向的连续夹渣最危险。在焊趾部位距离表面0.5mm左右处，如果存在尖锐的熔渣等缺欠，相当于疲劳裂纹提前萌生。

（6）外部缺欠对疲劳强度的影响 焊趾区及焊根处的未焊透、错边和角变形等外部缺欠都会引起应力集中，很容易产生疲劳裂纹造成疲劳破坏。

焊接缺欠对接头疲劳强度的影响不但与缺欠尺寸大小有关，而巨还取决于许多其他因素。例如，表面缺欠比内部缺欠影响大；与作用力方向垂直的面状缺欠的影响比其他方向的大；位于残余拉应力区内的缺欠，比残余压应力区的缺欠对焊接接头性能的影响大；位于应力集中区的缺欠比均匀应力场中的缺欠影响大。

4.焊接缺欠对应力腐蚀开裂的影响

应力腐蚀开裂通常是从表面开始的，如果焊缝表面有缺欠，则裂纹很快在缺欠处形成。因此，焊缝的表面粗糙度，焊接结构上的拐角、缺口、缝隙等都对应力腐蚀有很大的影响。这些表面缺欠使浸入的腐蚀介质局部浓缩，加快了电化学过程的进行和阳极的溶解，为应力腐蚀裂纹的扩展成长提供了条件。

应力集中对腐蚀开裂也有很大的影响。焊接接头的腐蚀疲劳破坏，大都是从焊趾处开始，然后扩展，穿透整个截面导致结构的破坏。因此，改善焊趾处的应力集中程度也能大大提高接头的抗腐蚀疲劳的能力。

在部分焊接缺欠无法避免的情况下，可从改变应力状态入手减少应力腐蚀开裂。拉应力是产生应力腐蚀开裂的重要条件，如能在接触腐蚀介质的表面形成压应力，则可以很好地解决各类焊接结构应力腐蚀开裂的难题。逆焊接加热处理是一种新的消除残余应力技术，它通过喷淋冷却介质使处理表面（包括焊接区）获得比周围和背面相对较低的负温差，在处理表面形成双向的残余压应力层而不影响材料的力学性能，这种方法特别适用于有防止应力腐蚀要求的焊接结构。

事实表明，超过规定限值的缺欠的存在，直接影响了焊接接头的性能，降低了焊接工程的总体质量，导致出现结构的失效事件。例如，某汽车左后悬架支撑杆（一端铸件，一端焊接件）如果存在焊接缺欠，在没有超载情况和其他外力作用时也会发生断裂，造成转向失控发生车祸；钢结构件内在缺欠的质量隐患危害性很大，会造成突发事故。全世界有数十座焊接结构钢桥在低应力下突然脆断倒塌，造成灾难性事故。在造船业中，焊接是保证船舶密封性和强度的关键，是保证船舶安全航行和作业的重要条件。如果焊接工程质量存在着超过规定限值的缺欠，就有可能造成渗漏或结构断裂，甚至引起船舶沉没。根据对船舶脆断事故的调查表明，40%脆断事故是从焊缝质量缺欠处开始的。

焊接结构中存在焊接缺欠会明显降低结构的承载能力，甚至还会降低焊接结构的耐蚀性和疲劳寿命。所以，焊接产品的制造过程中应采取措施，防止产生焊接缺欠，在焊接产品的使用过程中应进行定期检验，以及时发现缺欠，采取修补措施，避免事故的发生。