第章焊接缺陷及其控制焊接冶金与焊接性教学课件市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx
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1、20921-4A第4章焊接缺点及其控制4.1焊缝中偏析和夹杂4.2焊缝中气孔4.3焊接裂纹第1页20921-4A4.1焊缝中偏析和夹杂焊缝结晶过程是一个不平衡过程,快速冷却造成了各合金元素分布是不均匀。焊缝及熔合区中出现这种合金元素分布不均匀现象称为偏析,它是焊接热裂纹形成主要原因之一。第2页20921-4A4.1.1偏析形成及控制1.偏析种类及形成原因(1)显微偏析依据金属学平衡结晶过程理论能够知道,合金在结晶过程中,液、固两相合金成份是在不停改变。图4-1马氏体不锈钢焊缝中显微偏析a)焊缝晶粒形态b)合金元素分布第3页20921-4A4.1.1偏析形成及控制(2)区域偏析在焊缝结晶时,柱状
2、晶生长方向是从熔合线指向焊缝中心,因为柱状晶体不停长大和推移,会把低熔点溶质“赶”向熔池中心,致使最终结晶部位低熔点溶质浓度最高。(3)层状偏析有时焊缝断面经浸蚀后,能够显著地看出有层状分布轮廓。2.偏析控制办法(1)细化焊缝晶粒细晶粒焊缝金属,因为晶界增多,偏析分散,偏析程度将会减弱。第4页20921-4A4.1.1偏析形成及控制(2)适当降低焊接速度高速焊接时,熔池呈泪滴形,柱状晶近乎垂直地向焊缝轴线方向生长,在会合面处形成显著区域偏析。第5页20921-4A4.1.2夹杂形成及控制1.夹杂形成(1)夹渣因为焊接操作不良而在熔化金属内混入熔渣,使其残留下来,或者在多层焊时前一层焊道焊渣清理
3、不洁净而残留到下层焊缝中,这种在焊缝中渣残留物称为夹渣。(2)反应生成新相空气、弧柱气氛中氧化性气体以及熔池中硫能够和熔化金属中铁、锰、硅、铝等反应生成微小氧化物、氮化物和硫化物颗粒,它们普通弥散分布在焊缝金属内。1)氧化物。第6页20921-4A4.1.2夹杂形成及控制2)氮化物。3)硫化物。(3)异种金属进入焊缝TIG焊时,假如钨极浸入熔融金属或焊接电流过大致使钨极熔化进入焊缝金属时就会产生夹钨。2.夹杂危害1)对接头力学性能来说,假如从断裂力学角度考虑,能够将夹杂物作为一个裂纹源处理,确定出特定焊缝临界缺点尺寸。第7页20921-4A4.1.2夹杂形成及控制2)以硅酸盐形式存在氧化物数量
4、增加,将使焊缝总含氧量增加,焊缝强度、塑性、韧性显著下降,尤其是低温冲击韧度急剧下降。3)当焊缝中存在氮化物时,因为Fe4N是一个脆硬化合物,会使焊缝硬度增高,塑性、韧性急剧下降。4)焊缝中硫化物主要有两种,即MnS和FeS。5)较大尺寸金属夹杂物对接头性能也是有害。3.夹杂预防办法1)合理选取焊接材料,充分脱氧、脱硫。2)选取适当焊接参数,以利于熔渣浮出。第8页20921-4A4.1.2夹杂形成及控制3)多层焊时,注意去除前一层焊缝焊渣。4)焊条要适当摆动,以利于熔渣浮出。5)注意保护熔池,预防空气侵入。第9页20921-4A4.2焊缝中气孔出现在焊缝中气孔是一个经典焊接缺点。碳钢、合金钢和
5、有色金属焊接时都存在出现气孔可能。气孔存在,不但减小了焊缝有效承载面积,而且会形成应力集中,使得焊缝强度、韧性、疲劳强度下降,有时气孔还会成为裂纹源。所以,气孔预防是焊接中一个十分主要问题。第10页20921-4A4.2.1气孔分类及形成机理1.析出型气孔2.反应型气孔第11页20921-4A4.2.2气孔形成影响原因1.气体起源(1)焊接区周围空气侵入熔池假如焊接区没有受到很好保护,周围空气就会侵入熔池。(2)焊接材料吸潮空气中水分非常轻易吸附在焊接材料上,尤其是焊条和焊剂。(3)工件及焊丝表面物质作用工件及焊丝表面氧化膜、铁锈及油污等,均可在焊接过程中向熔池提供氢和氧,是焊缝产生气孔主要原
6、因。2.母材对气孔敏感性第12页20921-4A4.2.2气孔形成影响原因(1)气泡生核气泡生核需要两个方面条件:首先液态金属中要有过饱和气体,其次要能满足气泡生核能量条件。(2)气泡长大气泡生核后,要想长大,必须克服外界压力。(3)气泡上浮生核、长大后气泡是否会在焊缝中形成气孔,决定于气泡上浮逸出速度和熔池金属结晶速度对比关系。3.焊接材料对气孔影响第13页20921-4A4.2.2气孔形成影响原因(1)熔渣氧化性影响熔渣氧化性大小对焊缝气孔敏感性含有很大影响。(2)焊条药皮和焊剂影响普通碱性焊条药皮中均含有一定量氟石(CaF2),焊接时它直接与氢发生反应,产生大量HF,这是一个稳定气体化合
7、物,即使高温也不易分解。(3)保护气体影响钢材焊接时,可选取保护气体包含CO2和CO2+Ar混合气。第14页20921-4A4.2.2气孔形成影响原因(4)焊丝成份影响焊丝与焊剂或保护气体能够有各种各样组合,因而会有不一样冶金反应,从而造成不一样熔池和焊缝金属成份。4.焊接工艺对气孔影响1)焊接工艺是经过影响电弧周围气体向熔融金属中溶入及熔池中气体逸出而对气孔形成产生影响。2)电源种类、极性和所用焊接参数对气孔形成也有主要作用。3)熔池存在时间对气体溶入与排出有显著影响。第15页20921-4A4.2.3气孔预防办法1.消除气体起源1)加强焊接区保护,焊接过程中不能破坏正常防护条件。2)对焊接
8、材料进行防潮与烘干。3)采取适当表面清理方法,去除工件及焊丝表面氧化膜、铁锈及油污等。2.正确选取焊接材料1)适当调整熔渣氧化性。2)焊接有色金属时,在Ar中添加氧化性气体CO2或O2。3)CO2焊时,必须充分脱氧。第16页20921-4A4.2.3气孔预防办法4)有色金属焊接时,脱氧更是最基本要求。3.控制焊接工艺条件1)焊接时规范要保持稳定,预防焊接工艺条件不正常而造成电弧不稳定或失去正常保护作用,从而降低外界气体侵入。2)尽可能采取短弧焊接,能采取直流焊就不采取交流焊,能采取直流反接就不采取直流正接。3)铝合金TIG焊时,首先应尽可能采取小热输入以降低熔池存在时间,从而降低氢溶入,同时又
9、要能充分确保根部熔化,以利于根部氧化膜上气泡浮出。第17页20921-4A4.2.3气孔预防办法4)铝合金MIG焊时,因为焊丝氧化膜影响更为主要,降低熔池存在时间难以有效地预防焊丝氧化膜分解出来氢向熔池侵入,所以普通希望增大熔池存在时间,以利气泡逸出。第18页20921-4A4.3焊接裂纹在焊接应力及其它致脆原因共同作用下,材料原子结合遭到破坏,形成新界面而产生缝隙称为焊接裂纹。它是在焊接、消除应力退火、工厂和工地耐压试验过程中以及结构使用过程中,焊接区产生各种裂纹总称,含有尖锐缺口和长宽比大特征,是降低焊接结构使用性能最危险焊接缺点之一。第19页20921-4A4.3.1焊接裂纹种类和特征图
10、4-2焊接裂纹宏观形态及其分布1焊缝中纵向裂纹2焊缝中横向裂纹3熔合区裂纹4焊缝根部裂纹5HAZ根部裂纹6焊趾纵向裂纹(延迟裂纹)7焊趾纵向裂纹(液化裂纹、再热裂纹)8焊道下裂纹(延迟裂纹、液化裂纹、多边化裂纹)9层状撕裂10弧坑裂纹(火口裂纹)a纵向裂纹b横向裂纹c星形裂纹第20页20921-4A4.3.1焊接裂纹种类和特征1.焊接热裂纹第21页20921-4A4.3.1焊接裂纹种类和特征表4-1裂纹分类及特征裂纹分类形成原因敏感温区对应材料出现位置裂纹走向第22页20921-4A4.3.1焊接裂纹种类和特征表4-1裂纹分类及特征裂纹分类形成原因敏感温区对应材料出现位置裂纹走向层状撕裂钢板内
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