概括

焊接缺陷的产生过程非常复杂。不仅有冶金原因，还有应力和变形。焊接缺陷往往出现在焊缝及其附近，这些区域是结构中残余拉应力最大的区域。焊接缺陷降低焊接结构强度的主要原因是缺陷减少了结构受力截面的有效面积，并在缺陷周围产生应力集中。在一般的焊接结构中，由于设计或施工不当，也可能出现应力集中和受力截面变化。焊接缺陷一般有未焊透、未熔合、裂纹、夹渣、气孔、咬边、焊缝熔深、焊缝成形不良等。焊接缺陷是平面型或三维型的，平面型缺陷比三维型缺陷对应力增加的影响大得多，因此危险性大得多。属于前者的有裂纹、未焊透、未熔合等；属于后者的有气孔、夹渣等。

01 焊接缺陷引起应力集中的机理

由于载荷传递截面的突然变化，材料的局部应力增加。这种现象称为应力集中。不同形状的缺陷会引起不同程度的截面变化，与载荷方向的不同角度会在缺陷周围产生应力。集中程度差异很大。以椭圆形空腔缺陷为例。空腔被各向同性无限弹性体包围，并受力作用。当椭圆空腔逐渐变成片状裂纹时，其结果是应力集中变得非常严重。除了空洞型气孔、裂纹和未焊透外，夹渣也是常见的焊接缺陷。当多个缺陷之间的距离较小时（如致密气孔和夹渣等），就会产生很高的应力集中，使这些地方出现缺陷间的裂纹，把孔洞连接起来。在这种情况下，最大的应力集中发生在两个外孔的边缘。

在焊接接头中，焊缝增大、错位和角度变形等几何不连续性，其中一些是现行规范允许的，都会产生应力集中。此外稳定应力比，由于接头形式的不同，也会产生不同的应力集中。在焊接结构常用的接头形式中稳定应力比，对接接头的应力集中最小，角接头、T型接头和前搭接接头的应力集中情况相近。对于重要结构中的T型节点，如在动载下工作的H型板梁，通过对板的边缘进行坡口处理可以大大降低节点处的应力集中，但搭接节点则无法做到这一点。侧搭接焊缝沿整个焊缝长度的应力分布很不均匀，且焊缝越长，不平整度越严重，所以一般钢结构设计规范规定，侧搭接焊缝的计算长度不应大于焊针尺寸的60倍。因为超过这个极限后，即使增加侧面搭接焊缝的长度，也不可能降低焊缝两端的应力峰值。

02 焊接缺陷对结构静载非脆性破坏的影响

焊接缺陷对结构的静载破坏有不同程度的影响。一般来说，材料的破坏形式多为塑性断裂。此时，缺陷引起的强度降低大致与其引起的轴承截面面积的减小成正比。在一般标准中，焊缝中允许有单个的、非成簇的或非密集的气孔。如果孔隙总截面仅占工作截面的5%，则孔隙对屈服极限和抗拉强度极限影响不大。，当系列气孔的总截面超过焊缝截面的2%时，接头的强度极限迅速下降。造成这种情况的主要原因是由于焊接时保护气氛的中断，焊缝金属本身的力学性能下降，同时出现一系列气孔。因此，限制气孔的数量也可以起到防止焊缝金属性能劣化的作用。焊缝表面或附近的气孔比深埋气孔更危险，成簇或密集的气孔比单个气孔危险得多。

夹渣或夹杂物会降低材料的抗拉强度，与其横截面积的大小成正比，但对屈服强度影响不大。此类缺陷的大小和形状对强度影响很大，单个断续的小球形夹渣或夹杂并不比同样大小和形状的气孔更有害。呈直线排列的、细小且与受力方向垂直的连续夹渣，危险性较大。

由几何形状引起的不连续性缺陷，如咬边、焊缝成形不良或焊缝熔深，不仅会降低部件的有效截面积，还会引起应力集中。当这些缺陷与组织中的高残余拉应力区或热影响区的粗大脆性晶粒区重叠时，易引发脆性不稳定裂纹扩展。

未熔合和未焊透比气孔和夹渣更有害。当焊缝有凸起或焊接接头采用优于母材的焊条时，未熔合和未焊透的影响可能不是很明显。事实上，很多在役的焊接结构已经运行多年，焊缝内部埋藏的未熔合和焊透并未造成严重事故。然而，这种缺陷在一定条件下可能成为脆性断裂的起始点。

裂纹被认为是最危险的焊接缺陷，在一般标准中是不允许存在的。由于尖锐裂纹易产生尖端缺口效应、三维应力状态和温度下降，裂纹可能不稳定并扩展，导致结构断裂。裂纹一般产生于拉应力场和不良热影响区组织段。在静载荷非脆性破坏条件下，如果在裂纹失稳扩展之前发生塑性流动，则结构中的残余拉应力不会产生不利影响，也不会发生脆性断裂。除非裂尖处的材料性能急剧恶化，附近区域的微观结构较差，存在较高的残余拉应力，

03 焊接缺陷对结构脆性破坏的影响

焊接结构通常会在缺陷或结构不连续处引发脆性断裂，从而导致灾难性故障。一般认为，结构缺陷引起的应力集中越严重，发生脆性断裂的风险就越大。由于裂纹尖端的锋利程度比未焊透、未熔合、咬边和气孔等缺陷尖锐得多，因此裂纹危害最大。当结构的工作温度不低于材料的塑脆转变温度时，气孔、夹渣等体积缺陷小于5%时，对结构安全无害。裂解构件的临界温度远高于含渣构件。除了用转变温度来衡量各种缺陷对脆性断裂的影响外，许多重要的焊接结构还以断裂力学作为评价的依据，因为断裂力学可以确定断裂应力与裂纹尺寸和断裂韧性之间的关系。许多焊接结构的脆性断裂是由微小裂纹引起的。一般情况下，由于细小裂缝没有达到临界尺寸，结构不会在操作后立即断裂。然而，小的焊接缺陷和不连续性可能会在使用期间稳定增长，并最终达到发生脆性断裂的临界值。所以，在结构服役期间进行定期检查，及时发现和监测接近临界状态的缺陷，是防止焊接结构脆性断裂的最有效措施。焊接结构在受到冲击或局部高应变及恶劣环境因素作用时，很容易因焊接缺陷引起脆性断裂。它达到临界值。

04 结语

了解和掌握各种焊接缺陷对结构强度的影响，对于我们正确把握焊接结构的安全性是非常必要的，也使我们能够明确哪些焊接缺陷可能给焊接结构带来灾难性的后果，哪些焊接缺陷的存在不会对焊接结构的强度产生很大的影响，这也为我国焊接质量检验标准的确定提供了很好的参考。