如何返修焊接缺陷

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摘  要：介绍焊接缺陷的危害、分类及从缺陷的定位、挖铲及补焊的返修全过程作了深入的分析和总结。

关键词：焊缝  焊接缺陷  定位  返修

1  前言

焊接缺陷是焊接工作者最不愿意看到，但又必须面对的问题，它的存在严重影响了焊接接头的承载能力，使各类焊接结构潜伏着巨大的危险。虽然对焊接缺陷的研究在理论上有较成熟的认识，但在焊接生产中各种缺陷依然随处存在，通过现在的许多检测手段，我们可以很轻松的发现存在于焊缝中的这些“顽疾”，但如何返修又成了大家头痛的事情。对缺陷返修得当，可以缩短返工时间，保证焊缝质量，避免超次返修，所以正确识别缺陷，掌握好返修技巧，可以提高返修效率，少走弯路，达到事半功倍的效果。本人从事焊接工作多年，在这方面积累了一些经验，现把它总结出来，供大家参考。

2  焊接缺陷的分类

要返修缺陷首先要对其有一定的认识，通过许多书籍，我们都知道焊接缺陷的分类有各种方法，在这里只把缺陷分为表面缺陷和内部缺陷，所谓表面缺陷就是存在于焊缝表面，可以通过肉眼或简单的检测就可发现的，这种缺陷由于位置明确，形态直观，一般返修比较容易，只需采用适当的方法直接清除，然后补焊便可。内部缺陷指存在于焊缝内部，不能通过肉眼直接观察，只能依靠检测仪器才能确定，这种缺陷由于隐蔽性强，缺陷的大小和形态不易确定，而给返修带来困难。常见的内部缺陷有气孔、夹渣、裂纹、未熔合和未焊透等几种，而最难返修的又属裂纹和未熔合两种缺陷。裂纹一般在焊接低合金高强钢、中碳钢、合金钢等易淬火钢时容易发生，另外当焊接接头的拘束度大，产生焊接应力过大时也会产生；未熔合则是由于焊接参数调整不合适，造成焊道与焊道或焊道与母材之间未溶化而形成的缺陷。这两种缺陷都会对焊缝造成极大的危害，所以焊缝中是决不允许存在的。而气孔和夹渣是最常见的两种缺陷，它可能存在于许多种焊接方法、焊接材料所组成的焊缝中，但它们常以圆状形存在，开裂和延续的倾向较小，故相对裂纹、未熔合其对焊缝的危害要小的多，通常只对体积超过一定大小时，才进行返修。由于这类缺陷存在的特征比较明显，通常气孔易存在于起弧和收弧处，而夹渣一般存在于层间之中，所以返修相对简单些。未焊透是所有缺陷中最容易返修的缺陷，由于它存在于焊缝的根部，形态较规则，只要了解一定的焊接工艺，返修这类缺陷一般难度不大。

3  缺陷定位

对缺陷进行返修前，定位是件很有技巧的工作，表面缺陷当然不存在定位难的问题，只需对看到的缺陷直接进行返修，对一些隐蔽性较强很难看清楚的缺陷如细小裂纹，则可借助放大镜或着色、磁粉等简单的检测手段来帮助定位。可内部缺陷的定位就比较困难，尤其对厚板的缺陷定位就更困难。位置确定得准确，给挖铲就带来了便利，相反定位不确切，不仅增加了挖铲的工作量，还会为补焊带来麻烦，甚至根本挖铲不到缺陷的可能。通常定位工作是由焊工、无损检测人员和焊接工艺人员三者共同来完成，焊工因为是焊缝的直接施焊者，对施焊工艺最清楚，能根据缺陷的特征大概判断其位置所在；无损检测人员则由于清楚检测工艺如射线透照的方向、角度等，同时他又是缺陷类型、大小的判定者，由他参与定位，就会更加准确；焊接工艺人员可根据焊接工艺来分析产生缺陷的原因，最可能产生缺陷的位置，缺陷的性质如何来帮助定位，并为编制返修工艺打下基础。

定位时判断缺陷的性质和大小是很关键的，缺陷的性质不同就会确定出不同的定位方向。现举一例说明：一板厚在12mm左右的16Mn材质的焊接接头（如图1示），经X射线探伤检测到内

部有一裂纹和一未熔合缺陷，对于裂纹缺陷，由于该材质的裂纹倾向不大，板厚也较薄，拘束度小，焊接应力小，产生裂纹的可能性就会很小，而该裂纹的产生只会有两种可能：一是焊接正面时，把根部拉裂；二是点固焊有裂纹而未清除干净。针对这两种可能性，就可判断出该裂纹只能产生在焊缝的根部位置，而不会在别的地方，所以定位就应该在背面，而不应从正面入手。但未熔合则可能产生在层间焊道上，这时定位就应该选择在正面上。另外，从缺陷的大小也可判断定位的方向，如一条焊缝一面是手工电弧焊，一面是埋弧自动焊，如果气孔缺陷体积较大，X射线底片反应出缺陷的黑度较深，则可直接确定该缺陷是由埋弧焊所产生，则定位应在埋弧焊一侧；相反如果缺陷属于密集型小气孔，则多半都在手弧焊一侧。夹渣也是一样，产生大面积的夹渣也只会在埋弧焊中产生，手弧焊产生的夹渣一般都很细小，通常都是由于层间清理不干净所造成的 。此外，X射线透照的角度也会使缺陷的位置发生偏移（如图2示），这时缺陷的实际位置就与底片显示的位置发生了一定的错位，这在定

位时，就不能直接定在底片显示的位置，而应该根据透照角度做适当偏移。对于厚板的缺陷是从正面还是背面定位的问题是比较复杂的，这需要三方人员来综合分析了，我曾经遇到过厚度为48mm的15CrMoV材质的焊接接头，经拍片的结果发现在焊缝的中心位置有一条很细微的黑线。探伤人员的第一次判定为未焊透，但很快就被焊工否定了，因为该焊工在施焊时，背面清根很彻底，为了保险起见，还特意对清根部位做过着色检查，施焊背面时，焊接规范又较大，足可把未焊透缺陷熔化掉。那么这条黑线究竟是什么？该缺陷又位于何处呢？后来分析又认为可能是裂纹，虽然它不十分具有明显的裂纹特征，但焊接该材料又在如此厚度之下，焊接应力会很大，产生裂纹的可能性是很大的。可这两个判定最后都错了，这条黑线其实在正面的近表面上，是由于该焊工的徒弟在操作焊机（埋弧焊）时，机头未对准焊缝中心，起焊时的焊接参数又没调整好，最终造成的未熔合，由于是填充层，所以刚好使缺陷位于了近表面处（如图3示）。如果当时对此缺陷没有彻底搞清楚，就有可能从背面定位，那将会给挖铲和补焊带来很大的工作量和不必要的麻烦。

4  挖铲缺陷

挖铲缺陷的方法有很多，常用的有两种：角向磨光机打磨和碳弧气刨挖铲，角向磨光机适合于挖铲小缺陷和薄板，它的优点是可以一边打磨一边观察，容易彻底清除缺陷，并且对焊缝没有热影响，也不会使焊缝渗碳，对不锈钢该方法就比较有优越性，但其效率很低，工人的劳动强度大。碳弧气刨适合于消除大缺陷，效率高，很适合于厚板焊接缺陷的清理，但由于它对焊缝的热影响较大，并且容易产生渗碳现象，所以对不锈钢或热敏感的材料不适合。当然，不管采用什么方法来挖铲缺陷，都要注意一边挖一边观察，要确认缺陷是否被挖到，是否彻底被清除，缺陷的大小和数量是否与检测到的一样等。

挖铲工作是一项即耗精力又很细致的工作，如不小心把缺陷已清除而又没有看到，就会造成盲目挖铲，甚至最终把焊缝挖穿的现象，我们称这种现象叫盲目返修，它最终导致地结果就是把焊缝挖穿，有的焊工认为把焊缝都挖穿了，缺陷肯定就已被清除了。熟不知这样做地结果是在跟自己找麻烦，因为焊缝被挖穿就要正面补完再清根然后再焊背面，既增大了补焊工作量，还使焊缝连续受热循环地影响，为新缺陷地产生埋下了隐患；而且这样挖铲并非就一定能把缺陷彻底清除掉，原因是焊缝有一定的宽度，缺陷可能存在于整个宽度以内，除非把整块焊缝全挖掉，但实际这又是不可能的，因为整块焊缝被挖掉就将无法再补焊了。

挖铲直接关系到焊缝是否会再次返修，但有一种现象是很容易造成再次返修的，那就是两个相同的缺陷重叠在一起（如图4示），在X射线

底片上的成像却只有一个，这时就会经常把上面的缺陷清除而保留了下面的那个，这是造成重复返修的重要原因之一。要解决这个问题就要认真的分析，通常要看底片中缺陷的黑度，如果该缺陷成像很黑，而挖铲时又发觉缺陷不深，这就要引起重视了，最好能综合分析后继续往下挖，才能彻底清除干净所有的缺陷。对于有的细小缺陷，可能在挖铲时根本无法看到，出现这种情况时，最好先不要对挖铲处进行补焊，可通过对该处再拍张X光片的办法来确认缺陷是否被挖除。另外，对裂纹这种易扩展的细小缺陷，在允许的情况下，可优先考虑采用碳弧气刨的方法来挖铲，由于碳弧气刨的高温作用，会使这类缺陷有所扩张，这就方便了对缺陷的观察，而采用磨光机由于打磨时细微的砂粒会堵塞裂缝，从而造成不易观察的局面。但对热敏感材料则禁止采用此方法，比如对铸铁裂纹进行返修时，就一定不能采用，相反还要在裂纹开裂的延伸处钻上圆形孔，这就是所谓的止裂孔，目的是防止裂纹的扩展。清除裂纹、未熔合这种有延伸倾向的缺陷，一定要彻底清除干净，必要时还可借助着色等检测方法来配合清除。否则，在补焊的热作用下，这些缺陷可能会进一步扩散，那将使返修无功而返。当然碳弧气刨和磨光机的配合使用，是我们常用的方法，习惯做法就是用碳弧气刨找缺陷，再用磨光机清除缺陷，这就互补了双方的缺点。

5  补焊

对压力容器受压元件的补焊还应根据JB4708标准进行补焊工艺评定，施焊的要求同原焊缝一样：要有相应的持证焊工、要编制相关的返修工艺、要控制施焊纪律等。除此之外，还有几点需要特别注意：①、坡口修磨：经挖铲过的焊缝毕竟不像原坡口那么规则，对它的施焊难度要大得多，所以在把缺陷清除干净以后，要尽量修磨出一个易于施焊的斜度，根据经验这个斜度一般不能小于3：1，否则就会在焊接时产生夹渣等缺陷。②、小规范施焊：因为对焊缝进行补焊是又一次热循环影响，它会显著降低焊缝的强度、塑性和耐蚀性，烧损合金元素，增大焊接应力，增加新缺陷产生的可能，所以补焊时要选择热输入小的焊接方法，如手工电弧焊、手工钨极氩弧焊等，采用小直径焊条（通常在4mm以下），小电流、快速多层多道焊。③、比原焊缝要求更严谨的施焊措施，如原焊缝有预热、后热等工艺措施，对返修焊缝也应如此，且预热或后热温度还应高一些为好。原因是这种局部补焊比原焊缝散热更快，所受的约束度更多，焊接残余应力更大，产生裂纹的倾向就会更明显。此外，还应采用锤击焊道、抑制层间温度、合理的施焊顺序及其它必要的措施来弥补补焊给焊缝带来的影响。如果一条焊缝返修得很长，还应采取相关防止变形的措施。

6  结束语

焊缝返修看起来简单，但要保证每次返修都合格，却是件非常困难的事情，这不仅需要平时长时间的经验总结，更需要返修的细致和勤思考，如果对缺陷返修不善于总结和分析，只会增加返修的盲目性，为缺陷返修带来许多麻烦，而且会造成返修合格率不高，返修次数增加的结果。对锅炉、压力容器焊缝的返修通常规定不宜超过2次，可在生产中超次返修的现象还是时有发生，这就需要我们认识返修，重视返修，返修合格率上去了，焊缝质量才能真正得到保证，焊接效率才会得到提高。