材料加工理論-焊接-第四章

1、第四章 焊接缺欠,第四章 焊接缺欠4.1概述,焊接缺欠及焊接缺陷焊接接頭中的不連續(xù)性、不均勻性以及其他不健全性的欠缺，統(tǒng)稱為焊接缺欠。,IIW第V委員會(huì)提出的焊接缺欠容限標(biāo)準(zhǔn),用于質(zhì)量管理的標(biāo)準(zhǔn)為QA，適合于使用目的的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為QB 。,已使具體焊接產(chǎn)品不符合其使用性能要求的焊接缺欠，即不符合QB 水平要求的缺欠，稱為焊接缺陷。,第四章 焊接缺欠4.1概述,焊接缺欠的分類GB/T6417-1986裂紋孔穴固體夾

2、雜未熔合未焊透形狀缺欠其他缺欠,焊接缺欠的分類IIW-SST-1157-1990不連續(xù)缺欠裂紋氣孔夾渣未熔合幾何偏差缺欠錯(cuò)邊角變形,第四章 焊接缺欠4.2焊縫中的偏析和夾雜物,1、焊縫中的偏析：焊縫金屬非平衡凝固導(dǎo)致焊縫金屬的化學(xué)成分不均勻性（1）顯微偏析（微觀偏析、晶界偏析）發(fā)生在柱狀晶晶內(nèi)以及柱狀晶晶界。常見于液相線與固相線溫度區(qū)間較寬的鋼或合金焊縫中。C、S、P是最易偏析的元素，焊接過程中需要

3、嚴(yán)格控制。合金元素的交互作用，往往促進(jìn)偏析。當(dāng)鋼中w（C）由0.1%增加到0.47%時(shí)，可使S偏析增加65%-70%。,HY80鋼TIG自熔焊縫中Ni的偏析,第四章 焊接缺欠4.2焊縫中的偏析和夾雜物,（3）區(qū)域偏析（宏觀偏析）焊縫柱狀晶晶體從熔合線聯(lián)生向焊縫中心外延結(jié)晶生長(zhǎng)過程中，結(jié)晶界面雜質(zhì)含量升高，形成偏析。,快速焊時(shí)柱狀晶的成長(zhǎng),1、焊縫中的偏析（2）層狀偏析焊縫金屬截面經(jīng)浸蝕，可看到顏色深淺不同的分層結(jié)構(gòu),焊縫

4、中的層狀結(jié)構(gòu)a)焊條電弧焊 b)電子束焊,第四章 焊接缺欠 4.2焊縫中的偏析和夾雜物,2、焊縫中的夾雜物氧化物：主要是SiO2、MnO、TiO2、CaO和Al2O3，主要危害：降低焊縫韌性。氮化物:Fe4Ni，降低焊縫塑性、韌性。硫化物:FeS、MnS，增加熱裂紋敏感性。,第四章 焊接缺欠 4.3焊縫中的氣孔/4.3.1氣孔的分類,1、析出型氣孔 因氣體在液、固金屬中的溶解度差造成過飽和狀態(tài)的氣體析出所

5、形成的氣孔。,氫與氮在Fe中溶解度的變化,第四章 焊接缺欠 4.3焊縫中的氣孔/4.3.1氣孔的分類,1、析出型氣孔氫氣孔對(duì)低碳鋼和低合金鋼焊接而言，在大多數(shù)情況下，氣孔出現(xiàn)在焊縫的表面上。對(duì)于鋁、鎂合金時(shí)，由于液態(tài)金屬中氫溶解度隨溫度下降而急劇降低，析出氣體，在凝固時(shí)來不及上浮而殘余在焊縫中。氣孔的斷面形狀如同螺釘狀，在焊縫的表面上堪稱喇叭口形，氣孔的四周有光滑的內(nèi)壁。,氫氣孔的特征,第四章 焊接缺欠 4.3焊縫中的

6、氣孔/4.3.1氣孔的分類,1、析出型氣孔氮?dú)饪讓?duì)低碳鋼和低合金鋼焊接而言，在大多數(shù)情況下，氣孔出現(xiàn)在焊縫的表面上。氣孔成堆出現(xiàn)，如蜂窩相似。,[C]+[O]=CO, [FeO]+[C]=CO+[Fe],2、反應(yīng)型氣孔：熔池中由于冶金反應(yīng)產(chǎn)生不熔于液態(tài)金屬的CO，H2O而生成的氣孔,CO氣孔在焊接碳鋼時(shí)，當(dāng)液態(tài)金屬中的碳含量較高而脫氧不足時(shí)會(huì)通過冶金反應(yīng)生成CO：,第四章 焊接缺欠 4.3焊縫中的氣孔/4.3.1氣孔的分

7、類,CO氣孔高溫時(shí)生成的CO會(huì)以氣泡的形式從液態(tài)金屬中高速逸出形成飛濺，而不形成氣孔。熱源離開后，熔池開始凝固時(shí)，CO形成的氣泡來不及逸出時(shí)便產(chǎn)生了氣孔。由于CO形成的氣泡是在結(jié)晶面上產(chǎn)生的，因此形成了沿結(jié)晶方向條蟲狀的內(nèi)氣孔。,CO氣孔的特征,第四章 焊接缺欠 4.3焊縫中的氣孔/4.3.2氣孔的形成機(jī)理,1、氣泡的生核 兩個(gè)條件：存在過飽和氣體、滿足氣泡能量生核的能量消耗。2、氣泡的長(zhǎng)大,第四章 焊接缺欠

8、4.3焊縫中的氣孔/4.3.2氣孔的形成機(jī)理,3、氣泡的逸出 （1）脫離表面 （2）上浮,氣泡脫離現(xiàn)成表面示意圖,第四章 焊接缺欠 4.3焊縫中的氣孔/4.3.2氣孔的形成機(jī)理,4、熔池的結(jié)晶速度,氣孔的形成示意圖a)小結(jié)晶速度 b)大結(jié)晶速度,第四章 焊接缺欠 4.3焊縫中的氣孔,防止焊縫形成氣孔的措施消除氣孔來源表面處理焊接材料的防潮和烘干加強(qiáng)保護(hù)正確選用焊接材料控制焊接工藝條件,第四章

9、 焊接缺欠4.4焊接裂紋的分類,焊接裂紋的宏觀形態(tài)及其分布,第四章 焊接缺欠4.4焊接裂紋的分類,熱裂紋：焊接時(shí)高溫下產(chǎn)生的裂紋結(jié)晶裂紋：焊縫結(jié)晶過程中，在固相線附近，由于凝固金屬的收縮，殘余液體金屬不足不能及時(shí)填充，在應(yīng)力作用下發(fā)生沿晶開裂。高溫液化裂紋：近縫區(qū)或多層焊的層間部位，在焊接熱循環(huán)作用下，由于被焊金屬含有較多的低熔點(diǎn)共晶而重新被熔化，在拉伸應(yīng)力的作用下，沿奧氏體晶界發(fā)生開裂。多邊化裂紋：焊接時(shí)焊縫或近縫區(qū)在固

10、相線稍下的高溫區(qū)，由于剛凝固的金屬中存在很多晶格缺陷及嚴(yán)重的物理和化學(xué)不均勻性，在一定的溫度和應(yīng)力作用下，這些晶格和缺陷的遷移和聚集，便形成了二次邊界，即“多邊化邊界”。因邊界上堆積了大量的晶格缺陷，所以強(qiáng)度和塑性都很差，只要輕微的拉伸應(yīng)力，就會(huì)沿多邊化的邊界開裂。,第四章 焊接缺欠4.4焊接裂紋的分類,再熱裂紋：厚板結(jié)構(gòu)，并含有某些沉淀強(qiáng)化合金元素的鋼材，在進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理或在一定溫度下服役的過程中，在焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)部位發(fā)

11、生的裂紋。,冷裂紋：焊后冷至較低溫度下產(chǎn)生的裂紋。延遲裂紋：不在焊后立即出現(xiàn)，而是有一個(gè)孕育期，具有延遲現(xiàn)象。淬硬淬化裂紋：一些淬硬傾向很大的鋼種，即使沒有氫的誘發(fā)，僅在拘束應(yīng)力作用下，也能導(dǎo)致開裂。低塑性脆化裂紋：某些塑性較低的材料，冷至低溫時(shí)，由于收縮力而引起的應(yīng)變超過了材質(zhì)本身所具有的塑性儲(chǔ)備或材質(zhì)變脆而產(chǎn)生的裂紋,第四章 焊接缺欠4.4焊接裂紋的分類,層狀撕裂：焊接板厚較大的結(jié)構(gòu)時(shí)，有時(shí)出現(xiàn)平行于軋制方向的階梯形裂紋