咬邊（也稱咬肉）是指因焊接參數選擇不當或焊工操作工藝不正確而引起母材在焊趾處形成的溝槽或凹陷。焊接電流太大，焊速過低，焊工對運條方式、焊條角度和電孤長度控制不當等均會引起焊縫咬邊。咬邊不僅會減弱焊接接頭的靜載強度，而且還會引起應力集中，在咬邊的兩種形態下，溝槽比凹陷危害更大。據有關資料介紹，咬邊引起應力集中系數為1.6～3.0。為此，原勞動人事部1987年頒發的《蒸汽鍋爐安全技術監察規程》對焊縫咬邊作了嚴格控制：鍋筒和集箱縱、環焊縫及封頭（不銹鋼換熱管板）的拼縫無咬邊，其余焊縫咬邊嘗試不超過0.5mm。缺陷評定時，咬邊缺陷被視為平面狀缺陷，與表面裂紋等同。盡管如此，在鍋爐檢驗時經常可以發現嚴重的焊縫咬邊缺陷，特別是角板撐與管板之間角焊縫，不銹鋼換熱管與鍋殼之間角焊縫，咬邊深度往往可達2mm，甚至更嚴重。下列實例是對咬邊導致鍋爐前管板開裂失效的初淺分析。

一、鍋爐概況

 該鍋爐為KZG1-8型臥式快裝鍋爐，1980年6月制造，1982年6月安裝投用。每天啟停爐3次，使用最大蒸汽壓力0.68MPa,運行期間壓力波動較大。檢驗情況該爐于1990年7月之前前部右上側就開臺冒汽。內部檢查發現前不銹鋼換熱管板與左角板撐角焊縫在右邊管板側焊趾處存在一條裂紋。打磨后作著色控傷檢查，發現裂紋沿角焊縫焊趾分布，且已擴展到角焊縫的上部。裂紋連續且無分板，長度為200mm左右，如圖所示。將前不銹鋼換熱管板外側內部角板撐角焊縫對應位置保溫材料拆除，打磨后著色控傷表明，裂紋已穿透管板，裂縫長度為90mm，如圖所示。不銹鋼換熱管板外側裂紋邊緣粗糙，具有較明顯的剪切唇。左邊角板撐與前管板之間角焊縫在管板側幾乎100%連續咬邊，咬邊深度為1.0～2.5mm，其中A外〔見圖2（a）〕咬邊深度最大2.5mm。咬邊呈溝槽狀，咬邊溝槽根部恰好就是焊縫焊趾位置，即裂紋也沿溝槽根部分布。左邊角板撐附近不銹鋼換熱管板無過熱和變形等異常情況；水側面結垢1.0mm。上部煙管水側面結垢1～2mm。

二、裂紋分析

 裂紋位于角焊趾處。但由于不銹鋼換熱管板和角板撐材質的20g鋼，具有優良的焊接性能，裂紋在制造下產生的可能性不大，裂紋可能在使用下形成。

 1. 受力分析

  鍋爐運行時，在蒸汽壓力作用下，角板撐與不銹鋼換熱管板角焊縫受到角板撐所拉管板面積上載荷引起的拉應力和剪應力；同時應因管板呈向外彎曲變形趨勢，必然在管板及角焊縫上產生彎曲應力，而且角板撐作為防止管板變形的剛性約束支撐，其角焊縫及周圍不銹鋼換熱管板金屬所受彎曲應力比附近管板金屬更大些。鍋筒上部煙管結垢1-2mm，煙管壁明顯升高，增大了煙管與上部鍋殼之間的溫差，煙管與上部鍋殼受熱膨脹的不一致使管板受到一個附加彎曲載荷，角板撐與管板之間焊縫在焊接時由于受熱不均，變形不一致，焊后在焊縫及時附近管板上形成焊接殘余應力。

 2. 應力集中分析

 承受彎曲載荷丁字接頭角焊縫在焊趾R處的應力集中系數可按下式計算，將上述數據代入公式計算，可得左邊角板撐與前管板之間角焊縫在焊趾處應力集中系數Kt1=1.92。咬邊引起的應力集中系數Kt1=1.6-3.0，所以左邊角板撐趾處總應力集中系數Kt=Kt1?Kt2=3.1-5.8，可見該處應力集中已非常嚴重。

 3. 裂紋形成及擴展

 至德鋼業通過上述分析，角板撐角焊縫承受的應力非常復雜，包括拉應力、剪應力、彎曲應力、附加彎曲應力和焊接殘余應力。隨著鍋爐的頻繁啟動停及運行壓力的波動，這些應力（除焊接殘余應都將作周期性變化；而角焊縫在焊趾處應力集中系數Kt非常大，這些應力疊加后峰值應力將遠遠2倍材料比例極限，故鍋爐經一定時間運行，即應力循環資料達到一定值N后，首先在角焊縫咬邊最嚴重的焊趾A處萌發疲勞裂紋，咬邊成為裂紋源。對N值可作初步估算：該爐已使用8年時間，實際每年使用10個月，假設應為循環次數為每天10次，則應力循環總次數N=8×10×30×10=24000次，所以裂紋為低周疲勞裂紋。裂紋形成后，由于角板撐對管板接近固支約束，角焊縫焊趾處管板承受的彎曲應力分布為內側受拉，外側受壓，這就利于裂紋沿管板厚度方向發展；在交變彎側曲應力作用下，裂紋沿管板厚度方方向擴展越深，因而管板外側裂紋邊緣粗糙，可見明顯剪切唇，同時，裂紋兩端咬邊嚴重，應力集中系數很大，在交變復雜應力作用下，裂紋也要沿咬邊根部向兩側延伸。角焊縫咬邊根部主是焊縫熔合區，裂紋形成及擴展是否與熔合區性能有關呢？熔合區經焊接熱循環作用后，金相組織和力學性能都發生很大變化，特別是塑性和韌性明顯下降。有關資料表明：低碳鋼焊接接頭熱影響區金相組織和機械性能變化對其疲勞強度影響不大。綜上所述，咬邊缺陷是疲勞裂紋的形成及擴展的根本原因。

三、預防措施

 從上述安全分析，咬邊缺陷的存在大大降低鍋爐元件不銹鋼換熱管的疲勞強度。

 1. 對新制造鍋爐產品，駐廠監檢員要從嚴監督，咬邊超標的鍋爐，應作必要的打磨或補焊后方可出廠。

 2. 對于在役鍋爐，檢驗員不能因鍋爐使用時間長不出問題而忽視對咬邊處的檢查，因咬邊導致的疲勞裂紋正是要經過一定使用時間后才能形成及擴展。停爐內外部檢驗時，檢驗員要認真仔細檢查不銹鋼換熱管與鋼板焊縫咬邊處有無裂紋。若咬邊處結水垢，應將水垢徹底清除。必要時可采取表面控傷方法檢查。對于咬邊嚴重超標，難以保證安全運行的（尤其是啟停頻繁、運行壓力波動大的鍋爐），堅決要求打磨或補焊后運行，以確保鍋爐安全運行。