金属常见的缺陷

X射线探伤及涡流探伤技术，可以检测金属物体上的表面和近表面缺陷。

磁粉探伤适于薄壁件或焊缝表面裂纹的检验。

超声波探伤适合于厚度较大的零件检验。

相关的信息如下：

常用的金属无损探伤方法有：X光射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、涡流探伤、渗透探伤、γ射线探伤、萤光探伤、着色探伤等方法。

磁粉探伤

磁粉探伤的设备简单、操作容易、检验迅速、具有较高的探伤灵敏度，可用来发现铁磁材料镍、钴及其合金、碳素钢及某些合金钢的表面或近表面的缺陷；它适于薄壁件或焊缝表面裂纹的检验，也能显露出一定深度和大小的未焊透缺陷；但难于发现气孔、夹碴及隐藏在焊缝深处的缺陷。

超声波探伤

超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。

超声波在介质中传播时，在不同质界面上具有反射的特性，如遇到缺陷，缺陷的尺寸等于或大于超声波波长时，则超声波在缺陷上反射回来，探伤仪可将反射波显示出来；如缺陷的尺寸甚至小于波长时，声波将绕过射线而不能反射； 波声的方向性好，频率越高，方向性越好，以很窄的波束向介质中辐射，易于确定缺陷的位置。 超声波的传播能量大。

超声波探伤与X射线探伤区别：

超声波探伤比X射线探伤具有较高的探伤灵敏度、周期短、成本低、灵活方便、效率高，对人体无害等优点；缺点是对工作表面要求平滑、要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、对缺陷没有直观性；超声波探伤适合于厚度较大的零件验。

涡流探伤

涡流探伤基于电磁感应原理，当把通有交变电流的线圈（激磁线圈）靠近导电物体时，线圈产生的交变磁场会在导电体中感应出涡电流，该涡电流的分布及大小除了与激磁条件有关外，还与导电体本身的电导率、磁导率、导电体的形状与尺寸、导电体与激磁线圈间的距离、导电体表面或近表面缺陷的存在或组织变化等都有密切关系。涡电流本身也要产生交变磁场，通过检测其交变磁场的变化，可以达到对导电体检测的目的。

因此，利用涡流探伤技术，可以检测导电物体上的表面和近表面缺陷、涂镀层厚度、热处理质量（如淬火透入深度、硬化层厚度、硬度等）以及材料牌号分选等等。

1、轮廓测量仪

轮廓测量仪采用均布的4只二维激光测量传感器测量轧材截面，4只传感器包容轧材整个截面，真正做到无盲区测量。其应用范围可以是任何截面形状的轮廓，如圆形、方形、螺纹钢、六角形、轨梁、T型、H型和其他长材产品。测量软件系统根据各传感器的测量数据拟合截面形状，可在软件界面直观显示轧材的截面形状及关键尺寸。应用于轧钢、有色金属等的在线表面缺陷监测。

2、漏磁检测

漏磁检测技术广泛应用于钢铁产品的无损检测。其检测原理是，利用磁源对被测材料局部磁化，如材料表面存在裂纹或坑点等缺陷，则局部区域的磁导率降低、磁阻增加，磁化场将部分从此区域外泄，从而形成可检验的漏磁信号。

3、红外线检测

红外线检测是通过高频感应线圈使连铸板坯表面产生感应电流，在高频感应的集肤效应作用下，其穿透深度小于1mm，且在表面缺陷区域的感应电流会导致单位长度的表面上消耗更多电能，引起连铸板坯局部表面的温度上升。

4、超声波探伤检测

超声波检测是利用声脉在缺陷处发生特性变化的原理来检测。声波在工件内的反射状况就会显示在荧光屏上，根据反射波的时间及形状来判断工件内部缺陷及材料性质的方法。超声波探伤技术多应用于金属管道内部的缺陷检测。

5、光学机器视觉智能检测

光学机器视觉智能检测的基本原理是：一定的光源照在待测金属表面上，利用高速CCD摄像机获得连铸板坯表面图像，通过图像处理提取图像特征向量，通过分类器对表面缺陷进行检测与分类。

这5种方法均可检测轧钢及金属表面的缺陷尺寸，轮廓测量仪更是可在线无损检测轧材表面缺陷的设备，检测精度高，对轧材的材质、温度等都无要求，可以说是在线金属缺陷检测的重要帮手。

(1)氧化。指加热时坯料表层金属与炉气中的氧化性气体发生化学反应生成氧化皮的现象。氧化会造成金属烧损，每加热一次，坯料因氧化的烧损量约占总重量的2%～3%。氧化皮还会造成锻件表面质量下降和加剧锻模的磨损。为减少氧化应采用快速加热和避免在高温下长时间停留。最好采用真空加热或控制炉中的气体成分。

(2)脱碳。指加热时金属坯料表层的碳与炉气中的氧或氢产生化学反应而使碳的含量下降的现象。脱碳会使金属表层的硬度和强度明显降低，影响锻件质量。减少脱碳的方法同上。

(3)过热。指当坯料加热温度过高或高温下保持时间过长时，其内部晶粒组织迅速长大变粗的现象。过热会使材料脆性增加，锻造时易产生裂纹。如坯料出现过热，可用调质或正火方法消除，使晶粒细化。

(4)过烧。当坯料的加热温度过高到接近熔化温度时，其内部组织间的结合力将完全失去，这种现象称为过烧。锻打过烧的坯料会碎裂成废品，无法挽救。避免发生过烧的措施是严格控制加热温度和保温时间。

(5)裂纹。指当加热速度过快或装炉温度过高，引起坯料内外的温差过大导致坯料开裂的现象。应严格控制入炉温度、加热速度和保温时间。

铸件常见缺陷的产生原因-防止铸件常见缺陷的方法

防止方法：

1、模具要充分预热，涂料(石墨)的粒度不宜太细，透气性要好。

2、使用倾斜浇注方式浇注。

3、原材料应存放在通风干燥处，使用时要预热。

4、选择脱氧效果较好的脱氧剂(镁)。

5、浇注温度不宜过高。

特征：在铸件表面或内部形成相对规则的孔洞，其形状与砂粒的外形一致，刚出模时可见铸件表面镶嵌的砂粒，可从中掏出砂粒，多个砂眼同时存在时，铸件表面呈桔子皮状。

形成原因：

由于砂芯表面掉下的砂粒被铜液包裹存在与铸件表面而形成孔洞。

1、砂芯表面强度不好，烧焦或没有完全固化。

2、砂芯的尺寸与外模不符，合模时压碎砂芯。

3、模具蘸了有砂子污染的石墨水。

4、浇包与浇道处砂芯相摩擦掉下的砂随铜水冲进型腔。

防治方法：

1、砂芯制作时严格按工艺生产，检查品质。

2、砂芯与外模的尺寸相符。

3、是墨水要及时清理。

4、避免浇包与砂芯摩擦。

5、下砂芯时要吹干净模具型腔里的`砂子。

特征：裂纹的外观是直线或不规则的曲线，热裂纹断口表面被强烈氧化呈暗灰色或黑色，无金属光泽，冷裂纹断口表面清洁，有金属光泽。一般铸件的外裂直接可以看见，而内裂则需借助其他方法才可以看到。裂纹常常与缩松、夹渣等缺陷有联系，多发生在铸件尖角内侧，厚薄断面交接处，浇冒口与铸件连接的热节区。

形成原因：

金属模铸造容易产生裂纹缺陷，因为金属模本身没有退让性，冷却速度快，容易造成铸件内应力增大，开型过早或过晚，浇注角度过小或过大，涂料层太薄等都易造成铸件开裂，模具型腔本身有裂纹时也容易导致裂纹。

防治方法：

1、应注意铸件结构工艺性，使铸件壁厚不均匀的部位均匀过渡，采用合适的圆角尺寸。

2、调整涂料厚度，尽可能使铸件各部分达到所要求的冷却速度，避免形成太大的内应力。

3、应注意金属模具的工作温度，调整模具斜度，以及适时抽芯开裂，取出铸件缓冷。

特征：冷隔是一种透缝或有圆边缘的表面夹缝，中间被氧化皮隔开，不完全融为一体，冷隔严重时就成了“欠铸”。冷隔常出现在铸件顶部壁上，薄的水平面或垂直面，厚薄壁连接处或在薄的助板上。

形成原因：

1、金属模具排气设计不合理。

2、工作温度太低。

3、涂料品质不好(人为、材料)。

4、浇道开设的位置不当。

5、浇注速度太慢等。

防治方法：

1、正确设计浇道和排气系统。

2、大面积薄壁铸件，涂料不要太薄，适当加厚涂料层有利于成型。

3、适当提高模具工作温度。

4、采用倾斜浇注方法。

5、采用机械震动金属模浇注。

一、镍基耐蚀合金的焊接

镍及镍基合金具有特殊的物理、力学及耐腐蚀性能，镍基耐蚀合金在200℃~1090℃范围内能耐各种腐蚀介质的侵蚀，同时具有良好的高温和低温力学性能。在一些苛刻腐蚀条件下是一般不锈钢无法取代的优良材料。纯镍一般在工业中应用较少，但在镍中添加入铬、铜、铁、钼、铝、钛、铌、钨等元素后，通过固溶强化，不但改善其力学性能，而且可适应于各种腐蚀介质下侵蚀，使其具有优良的耐腐蚀性。

1、镍基耐蚀合金的焊接特点

①易产生焊接热裂纹

由于镍基合金为单相奥氏体组织，所以与不锈钢相比，具有高的焊接热裂纹敏感性，特别是焊缝易产生多边化晶间裂纹。这种裂纹一般为微裂纹，焊后对焊缝进行着色检查时，短时间都发现不了，但经过一段时间后，才显露出来。这说明裂纹非常微细，但有时也能发展为较宽的宏观裂纹。如果在单相奥氏体焊缝中加人固溶强化的钼、钨、锰、铬、铌等元素，就可有效地抑制镍基合金焊缝多边化结晶的发展，从而显著提高抗热裂纹能力。限制线能量，避免采用大线能量焊接也有利于防止热裂纹的产生。此时注意，如果线能量过小，会加速焊缝的凝固结晶速度，更易形成多边化晶界，在一定应力下有助于多边化裂纹的产生。

②液态金属流动性差，焊缝熔深浅

这是镍基合金的固有特性。靠加大焊接电流不是解决此问题的办法，因为电流增加会引起裂纹和气孔，降低接头的耐蚀性能，所以为了获得良好的焊缝成形，应采用小摆动工艺，另外要加大坡口角度，减小坡口钝边。

2、镍基耐蚀合金的焊接要点

镍基合金一般可采用与奥氏体不锈钢相同的焊接方法进行焊接。这里就最常用的钨极气体保护焊和焊条电弧焊进行论述。无论是何种焊接方法，焊前一定要彻底清理焊接区表面，镍基合金对污染物的危害极为敏感，母材应尽可能在固溶状态下焊接。

①钨极气体保护焊是应用最广泛的，几乎适合于任何一种可熔焊的镍基合金，特别适合于薄件和小截面构件。保护气体最常用的是氩气，它成本低，密度大，保护效果好。氩气中加5％氢气，有还原作用，一般只用于第一层焊道和单道焊，多层焊的其余焊道可能要产生气孔。氦气保护焊应用较少，但有如下特点，氦气导热大，向熔池线能量比较大，能提高焊接速度，减少了气孔的可能性，但氦弧焊，电流小于60A时，电弧不稳定。

钨极气体保护焊焊一般使用直流正接，采用高频引弧以及电流衰减的收弧技术。在保证焊透的条件下，应采用较小的焊接线能量，多层焊时应控制层间温度，焊接析出强化合金及热裂纹敏感性大的合金时，更要注意控制层间温度。弧长尽量短，薄件焊接时焊枪可不作摆动，但厚板多层焊时，为使熔敷金属与母材及前道焊缝充分熔合，焊枪仍可适当的摆动。为保证单面焊完全焊透需要用带凹形槽的铜衬垫，通以保护气体进行反面保护。为加强焊接区的保护效果，也可在焊嘴后侧加一辅助输入保护气体的拖罩。

②使用焊条电弧焊时焊接镍基合金时，由于焊条含合金元素多，且要求防止热裂纹，一般镍基合金焊条的药皮类型为碱性药皮，采用直流反接。为了防止合金元素的烧损和控制线能量，焊接时要求尽可能采用小规范，与同规格的不锈钢焊条相比，电流可降低20％~30％。由于液态金属的流动性差，为防止未熔合和气孔等缺陷，一般要求在焊接过程中适当摆动，但不能过大。在焊缝接口再引弧时，应采用反向引弧技术，以利调整接口处焊缝平滑并且能有利于抑制气孔的发生。采用逆向收弧，把弧坑填满，防止弧坑裂纹，必要时要对弧坑进行打磨。

二、钛及钛合金的焊接

钛及钛合金具有良好的耐腐蚀性能，在氧化性、中性及有氯离子介质中，其耐腐蚀性优于不锈钢，有时甚至为普通奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的10倍。工业纯钛塑性好，但强度较低，具有良好的低温性能，其线膨胀系数和热导率都不大，这都不会给焊接带来困难。钛合金的比强度大，又具有良好的韧性和焊接性，在航天工业中应用最为广泛。钛及钛合金在我国现行标准中按其退火态的组织分为α钛合金、β钛合金和α+β钛合金三类，分别用TA、TB和TC表示。在石化行业中的压力容器设备中，牌号为TA2这种工业纯钛使用为居多。

1、钛及钛合金的焊接特点

①杂质元素的沾污引起脆化

钛是一种活性元素，特别是在焊接高温下非常容易吸收氮、氢、氧，从而使焊缝的硬度、强度增加，塑性、韧性降低，引起脆化。碳也会与钛形成硬而脆的TiC，易引起裂纹。因此，钛及钛合金焊接时必须进行有效的保护，防止空气或其他因素的污染。因此钛及钛合金焊接不能采用气焊或焊条电弧焊方法进行，否则接头满足不了焊接质量要求，一般只能采用氩气保护或在真空下焊接。

②焊接相变引起的接头塑性下降

常用的工业纯钛为α合金，焊接时由于钛导热差、比热小、高温停留时间长、冷却速度慢，易形成粗大结晶；若采用加速冷却，又易产生针状α组织，也会使塑性下降。

③产生焊接裂纹

钛合金焊接时产生的焊接热裂纹的几率极小，只有当焊丝或母材质量不问题时才可能产生热裂纹。由氢引起的冷裂纹是钛合金焊接时应注意防止的，焊接时熔池和低温区母材中的氢向热影响区扩散，引起热影响区含氢量增加，造成热影响区出现延迟裂纹。

④气孔

钛及钛合金焊接时气孔是最常见的焊接缺陷。焊丝或母材表面清理不干净或氩气不纯都会造成气孔产生，因此保护气-氩气纯度要求在99.99％以上，焊丝及工件表面要酸洗、净水冲洗后烘干。

2、钛及钛合金的钨极氩弧焊

钛及钛合金焊接时采用最多的就是钨极氩弧焊，对于较厚的工件也可采用熔化极氩弧焊，对于技术要求严格的航天工业中一些重要设备经常也采用真空电子束焊接。

①焊丝的选用。焊丝的选用应使在正常焊接工艺下的焊缝在焊后状态的抗拉强度不低于母材退火状态的标准抗拉强度下限值，焊缝焊后状态的塑性和耐蚀性能不低于退火状态下的母材或与母材相当，焊接性能良好，能满足钛容器制造和使用的要求。

焊丝中的氮、氧、碳、氢、铁等杂质元素的标准含量上限值应大大低于母材中杂质元素的标准含量上限值。不允许从所焊母材上裁条充当焊丝，应采用JB/T4745-2002《钛制焊接容器》中附录D中的焊丝用作钛容器用焊丝。杂质元素含量不高于JB/T4745-2002中附录D的其他标准的焊丝也可使用。

一般情况下可按表根据所焊母材牌号来选择相应的焊丝牌号，并通过JB/T4745-2002中附录B的焊接工艺评定验证。

不同牌号的钛材相焊时，一般按耐蚀性能较好和强度级别较低的母材去选择焊丝材料。

②保护气体的选用。焊接用氩气纯度不应低于99.99％，露点不应高于-50℃，且符合GB4842-1984的规定。当瓶装氩气的压力低于0.5MPa时不宜使用。

③钨极。钨极氩弧焊时推荐采用铈钨电极。电极直径应根据焊接电流大小选择，电极端部应为圆锥形。

钛及钛合金氩弧焊时，最关键的是要将焊接高温区与空气隔离开，为了有效地进行保护，焊炬喷嘴、拖罩和背面保护装置通以适量流量的氩气是极其重要的。焊缝及近缝区颜色是衡量保护效果的标志，银白色、浅黄色表示保护效果好，深黄色为轻微氧化，一般情况下还是允许的，金紫色表示中度氧化，深蓝色表示严重氧化，至于灰白色是不允许的，表示焊缝已经变质，必须报废重焊。

三、铝及铝合金的焊接

压力容器中常用纯铝、铝-锰合金和铝-镁合金。铝锰合金仅可变形强化，其强度比纯铝略高，成形工艺及耐蚀性、焊接性好。铝镁合金仅可变形强化，其ω（Mg）一般为0.5％~7.0％，与其他铝合金相比，铝镁合金具有中等强度，其延性、焊接性能、耐蚀性良好。

铝在空气和氧化性水溶液介质中，表面产生致密的氧化铝钝化膜，因而在氧化性介质中具有良好的耐蚀性。铝在低温下与铁素体钢不同，不存在脆性转变，铝容器的设计温度可达-269℃。

1、铝及铝合金焊接特点

铝极易氧化，在常温空气中即生成致密的A12O3薄膜，焊接时造成夹渣，氧化铝膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝生成气孔。焊接时，对熔化金属和高温金属应进行有效的保护。

铝的线膨胀系数约为钢的2倍，铝凝固时的体积收缩率也比钢大得多，铝焊接时熔池容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。

铝及铝合金液体熔池易吸收氢等气体，当焊后冷却凝固过程中来不及析出，在焊缝中形成气孔。

当母材为变形强化或固溶时效强化时，焊接热影响区强度将下降。

2、焊接方法

铝及铝合金适用的方法很多，压力容器上施焊时，经常采用钨极氩弧焊和熔化极气体保护焊，这两种焊接方法热量比较集中，电弧燃烧稳定，由于采用隋性气体，保护良好，容易控制杂质和水分来源，减少热裂纹和气孔的发生，焊缝质量优良，钨极氩弧焊一般用于薄板，熔化极气体保护焊用于厚板。

3、焊丝材料

选用的焊丝应使焊缝金属的抗拉强度不低于母材（非热处理强化铝为退火状态，热处理强化铝为指定值）的标准抗拉强度下限值或指定值，并使焊缝金属的塑性和耐蚀性不低于或接近于母材，或满足图样要求。

为保证焊缝的耐蚀性，在焊接纯铝时宜用纯度与母材相近或纯度比母材稍高的焊丝。在焊接铝镁合金或铝锰合金等耐蚀铝合金时，宜采用含镁量或含锰量与母材相近或比母材稍高的焊丝。

焊丝可从GB/T10858-1989《铝及铝合金焊丝》中选取，也可从化学成分与变形铝及铝合金相同（符合GB/T3190-1996《变形铝及铝合金化学成分》）的丝材中选取，如按（GB/T3197-2001《焊条用铝合金线》。

常用的保护气体有氩气和氮气，其气体纯度应大于99.9％。

由于铈钨极化学稳定性好，阴极斑点小，压降低，烧损少，易于引弧，电弧稳定性好。宜选用铈钨极。

三、铜及铜合金的焊接

常用的铜及铜合金有四种：纯铜，黄铜，青铜和白铜。在压力容器中纯铜与黄铜使用较多。

纯铜是ω（Cu）不低于99.5％的工业纯铜，具有良好的导电性、导热性，良好的常温和低温塑性，以及对海水等的耐腐蚀性，纯铜中的杂志如氧、硫、铋等都不同程度地降低纯铜的优良性能，增加材料的冷脆性和接头中出现热裂纹的倾向。黄铜系铜和锌组成的二元合金，黄铜与纯铜强度、硬度和耐腐蚀能力都高，且具有一定塑性，能很好承受热加工和冷加工，ω（Zn）在1、铜及铜合金焊接特点

铜及铜合金导热率高，线胀系数和收缩率大，当焊接线能量不足时，则容易产生未熔合、未焊透，焊后变形也较严重，外观成形差。焊接时，铜能与其中杂质生成多种低熔点共晶，在焊接应力作用下产生热裂纹，杂质中以氧的危害性最大。

熔焊铜及铜合金时，由于溶解的氢和氧化还原反应引起气孔，几乎分布在焊缝的各个部位。同时，由于晶粒严重长大，杂质和合金元素的掺人，有用合金元素的氧化、蒸发，使焊接接头性能发生很大的变化。

2、焊接方法

焊接铜及铜合金需要大功率、高能束的熔焊热源，热效率越高，能量越集中愈有利，不同厚度的材料对于不同焊接方法有其适应性，薄板焊接以钨极氩弧焊、焊条电弧焊和气焊为好，中板以熔化极气体保护焊和电子束焊较合适，厚板则建议使用埋弧焊、MIG焊和电渣焊。

3、焊接材料

①焊条

焊条电弧焊用焊条分为纯铜、青铜两类，由于黄铜中的锌容易蒸发，因而极少采用焊条电弧焊。纯铜焊条型号ECu为低氢型药皮，用于焊接脱氧或无氧铜结构件，在大气及海水中具有良好的耐腐蚀性。

②埋弧焊用焊丝与焊剂

埋弧焊的特点是电热效率高，对熔池的保护效果好。大、中厚度铜焊件的焊接工艺与钢基本相同，可选用高硅高锰焊剂HJ431，但可能发生合金元素向焊缝过渡，对接头性能要求高的焊件宜选用HJ260、HJ150。焊丝则选用纯铜焊丝、青铜焊丝、焊接纯铜和黄铜。

③气体保护焊用焊丝

铜薄板和中板焊接，使用气保焊逐渐取代气焊、焊条电弧焊，电极一般采用钍钨极（EWTh-2）。焊接纯铜，一般选用含有ω（Si）0.5％，ω（P）0.15％或ω（Ti）0.3％~0.5％脱氧剂的无氧铜焊丝，如HSCu。焊接普通黄铜，采用无氧铜加脱氧剂的锡青铜焊丝，如HSCuSn。对高强度黄铜则采用青铜加脱氧剂的硅青铜焊丝或铝青铜焊丝，如：HSCuAl、HSCuSi等。

保护气体则选用氩气（Ar）或Ar+He（Ar+He混合比50/50或30/70），采用Ar+He混合气体的最大优点是可以改善焊缝金属的润湿性，提高焊接质量。由于氦气保护时输入热量比氩气保护时大，故可降低预热温度。

4、焊接工艺

①焊前要预热或在焊接过程中采取同步加热的措施。

②严格限制铜中的杂质含量，通过焊丝加人硅、锰、磷等合金元素，增加对焊缝的脱氧能力，选用能获得α+β组织的焊丝等措施防止焊接接头裂纹与减少气孔。

③控制焊后冷却速度，防止焊接变形。

金属在使用之前由于处理工艺的问题内部会有一些缺陷，但一般我们不称其为裂纹，而称其为缺陷。

金属的疲劳断裂和金属内的缺陷有一定关系。疲劳断裂主要是由于金属在交变载荷的作用下产生疲劳裂纹，疲劳裂纹扩展而最终导致材料发生破坏。实验已经表明，疲劳裂纹起源于应变集中的局部显微区域。而金属内的缺陷在一定程度上会导致金属内部局部出现应变集中。所以说，疲劳断裂和金属的内部缺陷有关。

顺便说一句，金属的疲劳裂纹一般都萌生在材料的表面，很少有在内部萌生的。所以你提问中的金属内部裂纹的说法有些欠妥。

懂了吗？

1、风铲清理 主要用于结构钢的大型锻件和坯料；

2、火焰切割与清理 主要用于碳素钢和低合金钢的钢锭；

3、磨削清理 可用于各种材料；

4、剥皮清理 适用于裂纹、发裂和粗晶缺陷的有色金属合金和不锈钢等材料。