桥梁焊接规范中的不连续类型及其分类标准详解

（本附录不是AASHTO/AWS D1.5M/D1.5:2010《桥梁焊接规范》的一部分，仅作为信息包含在规范中。）

L1.一般规定

根据本规范的规定，本附录中描述的不连续性可能会或可能不会被归类为不合格。除裂纹外，不连续只要其类型、尺寸、分布、位置超过技术要求，均属不合格。就本规范而言，所有裂纹都是不可接受的不连续性。在对接接头、三通接头、角接接头和搭接接头中，母材金属、焊缝金属或热影响区可能会发现不连续性。以下是对生产中可能出现的各种不连续性的相当全面的列举。

L2。列出各种不连续性

对接接头、T 形接头、角接头和搭接接头中最常见的不连续类型列于表 B-1 中，并如图 L.1 至 L.6 所示。

当使用某些焊接方法和接头类型时，焊缝和母材中某些类型的不连续性更为常见。焊接接头的高约束和难以接近的位置可能会导致焊缝和母材比正常情况更容易出现不连续性。

本附录详细讨论了每种常见的不连续类型。纽约州结构钢手册、AWS 结构钢焊接规范和本桥梁焊接规范均使用“熔合不连续性”作为一个包罗万象的术语，其中包括夹渣、未熔合、未熔透以及类似的通常带状缺陷。类似焊缝熔合的不连续性。

由于该规范要求在焊接第二面之前将所有无背衬全熔透焊缝根部清理至完好的金属，因此如果满足该规范的所有条款，从技术上讲，缺乏熔透是不可能的。发生了。许多规范认为熔合型不连续性的危害性低于裂纹。 《桥梁焊接规范》对此条款同意我们的观点。有些规范不仅严格禁止裂纹的存在，而且不允许任何未熔合或渗透的区域。本规范并不禁止未熔合或渗透，尽管这些缺陷本质上是平面缺陷，并且它们在断裂分析中的表现与裂纹类似。未熔合和未焊透被视为熔合缺陷，因为它们通常没有像裂纹这样的尖锐末端，而且传统的无损检测通常无法区分不同类型的熔合缺陷。

特定的接头类型和 WPS 可能会影响不连续性的类型、位置和发生。下面描述了可能影响不连续性形成的条件。

L2.1 孔隙率 凝固金属中滞留的气体会产生孔隙。由此形成的间断通常是球形的，但也可以是条状的。当铸锭中存在气体不连续性并将其制成锻件时，铸锭中的气孔将在成品中以分层的形式出现。本附录仅讨论作为焊缝不连续性的孔隙率。除非孔隙率很严重（意味着大或广泛，或两者兼而有之），否则它不像会增加应力的尖锐或平坦的不连续性那么危险。孔隙率是焊接过程未得到适当控制、母材已被污染或母材成分发生变化的标志。气孔不仅仅由氢引起，但气孔的存在表明焊缝和热影响区可能存在氢，从而导致裂纹。

(1)孔隙分布均匀。均匀分布的气孔是分散在单道焊缝中或多道焊缝中的多个焊道中的扩散气孔。每当遇到均匀分布的气孔时，通常是焊接技术或材料出现问题。仅当所使用的技术、所使用的材料以及焊接接头的制备状态导致气体的产生和截留时，焊缝中才会出现气孔。如果焊缝冷却得足够慢，足以让气体在焊缝凝固之前流到表面，那么焊缝中就不会有孔隙。

(2)毛孔致密。密集气孔是局部的气孔群，往往是由于起弧和灭弧不当造成的。

(3)链孔。链状气孔是沿着接头边界、焊缝根部或焊道之间的边界排列的气孔。当污染导致焊缝中特定点释放气体时，就会形成链状孔隙。

(4)管状气孔。管状孔隙是一个术语，适用于带状（圆柱形）气体不连续性。角焊缝的管状气孔从焊缝根部向焊缝表面延伸。当焊缝表面出现一两个孔状不连续体时，仔细挖掘通常会发现在暴露的空腔中散布着许多地下管状孔隙不连续体。焊缝中的许多管状气孔并不总是延伸到表面。电渣焊和气弧焊焊缝中的管状气孔数量和长度可能非常大，在一些电渣焊缝中测量到的气孔长度可达 500 毫米 [20 英寸]。管状气孔很难通过 UT 进行评估。

L2.2夹渣

(1)非金属夹渣是由于焊缝金属中、焊道之间或焊缝与母材之间夹杂有非金属固体物质而引起的。大多数电弧焊工艺的焊缝中都可以发现夹渣。通常，夹渣是由不完善的焊接技术、焊道之间缺乏适当的清洁以及接头内的焊接操作缺乏充分的机会造成的。如果允许，熔渣会浮到焊缝顶部。接头边界或焊道之间的尖锐凹槽通常会将焊渣困在熔融焊缝金属中。

(2) 夹有钨的金属钨仅出现在采用钨极气体保护焊（GTAW）的焊缝中。由于本规范的规定中并未采用这种方法，因此提及这种不连续性仅供参考。使用 GTAW 方法在铝焊缝中可能会发现钨夹杂物。非熔化钨电极用于在电极和母材之间建立焊接电弧。如果钨电极浸入熔融金属中，或者电流设置得太高，钨滴可能会从电极转移到熔融金属中。钨夹在射线照片上显示为亮点或区域，因为钨对于所检查的辐射具有比钢或铝更高的吸收率。

L2.3 未熔合 未熔合可能是由于焊接技术不当、焊接材料准备不当或接头设计不当造成的。未熔合的原因有：焊接热量不足、焊条（焊丝）操作不当、焊接过程中电弧无法到达所有焊缝边界而熔化等。有时，即使准备好的接头表面已经熔化到原始界面之外，焊缝金属也不会与母材熔合。即使可以获得焊缝并且焊接技术合适，紧密粘附的氧化物也会阻止完全熔合。

L2.4 熔深不足 熔深不足是指焊接电弧的熔深小于要求的熔深深度。从技术上讲，这种不连续性仅在 WPS 要求焊缝金属熔透超出原始接头边界时发生，但熔敷焊缝不会熔透焊接接头中需要熔透的那些区域。 。未熔透可由以下原因引起：焊接热量不足、焊条（焊丝）操作或引导不当、接头设计不合理（电弧能穿透的母材小于要求的熔深）。某些 WPS 的渗透能力比其他 WPS 强得多。

该规范要求所有无背衬的全熔透坡口焊缝在焊接背面之前必须将根部清理至完好的金属。这样，焊缝根部就不存在未焊透的可能性。在桥梁施工中，不使用需要特定根部熔深来产生全熔透坡口焊缝的接头设计。

L2.5 咬边被认为是有缺陷的咬边，通常是由以下原因引起的：焊接技术不当、焊接热量过多或两者兼而有之。一般位于焊缝与母材的连接处、角焊缝的焊趾处、或坡口焊缝的熔合线处。仅从一侧焊接的坡口焊缝的根部有时也会出现咬边。最严重的咬边通常出现在焊接过程中处于垂直位置的母材表面上。底切在焊缝的熔合边界处产生机械间隙。如果仔细检查，所有焊缝都有一些咬边。只有当咬边程度超过合同文件允许的值时，否则，严禁将咬边视为不合格的焊缝不连续点。一些底切形成锋利的切屑。其他可能有更圆的底切。有些咬边可能只有在金相检查时才能看到，这是通过腐蚀后放大焊缝截面获得的。咬边造成的凹口越尖锐、越深，缺陷越严重。

L2.6 欠焊 欠焊是焊缝表面的凹陷，低于相邻母材表面。欠焊是由于焊工或焊机操作员未按照WPS要求完全填充焊缝而造成的。

L2.7 飞边焊缝 飞边焊缝是一种尖锐的、表面连接的不连续性，是由于未熔化的焊缝金属突出或溢出到焊趾或焊接面之外而引起的。这种不连续性形成了严重的机械间隙。焊接过程控制不良、焊接材料选择不当或焊前母材准备不当都可能导致焊瘤的产生。牢固地粘附在母材上的氧化物会阻止熔化，还可能导致焊接飞溅。

L2.8 分层 分层是沿轧制方向延伸的平面不连续性。它们最常见于厚度中间附近的锻造产品中。分层可能完全是内部的并且只能通过非破坏性测试检测到，或者它们可能延伸到边缘或端部使得分层在表面处可见。当切割或机加工暴露内部金属结构时，可能会发现分层。

当钢锭中的气孔（气孔）、非金属夹杂物或缩孔被轧出时，就会形成叠片。分层通常平行于轧制产品的表面，并且在型材和板材中最常见。由于轧制或锻造过程的高温和高压，某些层将被部分轧制锻造并沿其界面焊接在一起。滚锻焊接的完整性取决于原始孔隙表面是否有氧化物或非金属物质。部分或完全滚锻焊接可能发生在整个接触表面上，因此这种分层可能无法通过 UT 进行准确评估。通常，分层金属不能用于通过厚度传递拉应力。分层可能是相邻对接焊缝中气孔和裂纹的根源。

L2.9 剥离 剥离是指轧锻层和焊接层在应力作用下部分或全部分离。该应力可以是来自焊接的残余应力或施加的应力。可以通过目视检查工件的边缘或端部或通过 UT 来检测剥离情况。

L2.10 卷曲和皱纹 卷曲和皱纹是轧制产品中母材中的纵向不连续性。当卷曲和皱纹平行于主应力方向时，通常不被视为不可接受的不连续性。当卷曲或皱纹与施加的应力或残余应力垂直时，它们通常会发展成裂纹。卷曲和皱纹是由于铸锭表面裂纹或加工过程引起的机械变形而引起的表面连接不连续性。这些不连续性在轧制过程中发生变化，因此卷曲底部通常不像原始钢锭裂纹或板坯裂纹那样尖锐。它们可能会被轧制钢鳞或成品的表面纹理遮盖。卷曲和折叠处的焊接可能会导致开裂。

L2.11 层状撕裂 层状撕裂是靠近热影响区的母材中的轻微阶梯式分离，通常是由焊接热引起的收缩应力引起的。层状撕裂是一种由短距离内的高横向（厚度）应力引起的断裂形式，该应力可以长距离传播。层状撕裂通常平行于轧制产品的表面，并且通常源自母体金属中的共面、细长的非金属夹杂物区域。在承受高残余应力的母材区域中，这些夹杂物往往是硫化锰。由于沿着近似垂直于滚动表面的路径的剪切，裂纹倾向于从一个层状平面传播到另一层状平面。氢气会加剧层状撕裂，因此可以被视为氢致裂纹的一种形式。低硫钢和硫形态受控的钢具有更好的抗层状撕裂性能。

L2.12 裂纹 当局部应力超过材料的极限强度时，焊缝和母材中会出现疲劳裂纹以外的裂纹。裂纹通常与焊缝和母材缺陷附近或焊件设计引起的机械凹口附近的应力增加有关。通常存在高残余​​应力，并且氢脆通常会导致裂纹的形成。与焊接相关的裂纹本质上通常是脆性的，裂纹边界处几乎没有塑性变形。

裂纹可分为热裂纹和冷裂纹。热裂纹在高温下发生，通常当金属在接近金属熔点的温度下凝固时形成。冷裂纹（有时称为延迟裂纹或氢致裂纹）可能在焊接完成后数小时甚至数月内发生，通常与氢脆有关。冷裂纹沿着晶粒和穿晶传播。按裂纹方向可分为纵向裂纹和横向裂纹。所有裂纹都是由拉应力引起的，拉应力可能是残余应力、二次应力和外加应力的结果。应力集中的不连续性的存在很大程度上影响裂纹的萌生和扩展。

L2.12.1 纵向裂纹 当裂纹平行于焊缝轴线时，无论是沿焊缝中心线还是在母材热影响区，均称为纵向裂纹。采用自动焊接工艺的埋弧焊缝中的纵向裂纹往往与高焊接速度有关，有时会因焊缝中金属成分的偏析，或焊缝表面存在大量未暴露的气孔而恶化。大厚度材料之间的小焊缝中的纵向裂纹通常是高冷却速率和高约束的结果。

L2.12.2 横向裂纹 横向裂纹垂直于焊缝轴线。它们可能位于焊缝金属、母材金属或两者中。横向裂纹的尺寸可能受到限制并完全包含在焊缝内，或者它们可能从焊缝金属传播到相邻的热影响区，并进一步传播到非热影响区的母材中。源自焊缝金属的横向裂纹通常是作用在过硬（脆）焊缝金属上的纵向收缩应力的结果。起源于热影响区的横向裂纹通常是氢致裂纹。

L2.12.3 弧坑裂纹 弧坑裂纹是在弧坑或凹陷处形成的裂纹，是由于灭弧不当引起的。凹坑裂纹是浅热裂纹，通常形成多点、星形裂纹簇，但其他形状也是可能的。

L2.12.4 焊喉裂纹 焊喉裂纹是纵向裂纹，通常位于焊道的中心。这些裂纹通常但并非总是热裂纹。

L2.12.5 焊趾裂纹 焊趾裂纹通常是冷裂纹。这些裂纹从约束应力最大的焊趾处产生或扩展。焊趾裂纹大约垂直于母材表面产生，但更准确地说，垂直于作用在该部分上的拉应力，并根据母材金属的残余应力和韧性延伸到母材中的不同深度。

L2.12.6* 根部裂纹 根部裂纹通常是焊缝根部的纵向裂纹。根部裂纹一般是热裂纹。

L2.12.7 焊道下和热影响区裂纹 焊道下和热影响区裂纹几乎都是在热影响区形成的冷裂纹。这些裂纹通常很短，但可能会连接形成更大的连续裂纹。焊道下方和热影响区的裂纹通常与残余应力集中的焊缝边界对齐。当存在以下三种因素时，胎圈下裂纹和所有其他氢引起的裂纹可能会成为严重问题：敏感的微观结构、高残余应力和氢。

L2.12.8 发丝 术语“发丝”用于描述沿原始奥氏体晶界的小到中型裂纹。这种不连续性在电渣焊和气弧焊焊缝中很常见。发纹也出现在其他焊缝中，但在 ESW 焊缝中更容易看到，因为原奥氏体晶粒尺寸要大得多。当 ESW 焊接受到严格限制且存在氢气时，细纹可能会成为一个主要问题。 ESW 和 EGW 焊缝中的细纹通常局限于焊缝的中心部分，该部分由于凝固而承受较高的残余拉应力。发纹可以是热裂纹，也可以是冷裂纹，但冷裂纹更为常见。术语“微观发丝”适用于非常小的裂纹，必须放大才能看到。当裂纹大到足以用肉眼看到时，使用术语“宏观发丝”。

L2.13 疲劳裂纹 疲劳裂纹与本附录L2.12 中列出的裂纹不同，而是代表重复载荷引起的累积损坏。疲劳裂纹可能从任何来源的现有裂纹扩展，或者由于焊接缺陷或结构细节引起的应力集中，它们可能发展成新的裂纹。

如果不抑制疲劳裂纹过程，亚临界裂纹会扩展至临界尺寸，此时会发生脆性断裂。建筑物焊接质量标准与桥梁焊接质量标准之间的差异是基于这样的认识：桥梁构件承受大范围的应力和循环载荷，并且这些构件容易产生疲劳裂纹并扩展；对于静态加载结构来说，情况并非如此。

结构件的疲劳寿命是裂纹萌生寿命加上达到临界裂纹尺寸并发生断裂的延伸寿命之和。裂纹萌生寿命通常比扩展寿命长得多，因此，不要将已知存在裂纹的结构投入使用是极其重要的。 （参见结构中的断裂和疲劳控制——断裂力学的应用，第二版，Barsom 和 Rolfe，Prentice-Hall Company）。

*根部裂纹通常是氢致裂纹的一种，属于冷裂纹。

BM—母材，W—焊缝，HAZ—热影响区

图 L.1 对接焊缝（见 L2）

图L.2 角接焊缝（见L2）

图L.3 T形接头焊缝（见L2）

图 L.4 搭接焊缝（见 L2）

图L.5 T形接头单道角焊缝(见L2)

图L.6 对接接头单面V型坡口焊缝（见L2）