成型缺陷的产生机理和防止措施.pptx
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1、2024/9/1 周日1第九章第九章 成型缺陷的产生机理和防止措施成型缺陷的产生机理和防止措施2024/9/1 周日2形成形成 材料成形材料成形(铸造、焊接时铸造、焊接时)的温度改变,导致的温度改变,导致“热胀热胀冷缩冷缩”,而且非均匀的温度变化(如局部的加热、,而且非均匀的温度变化(如局部的加热、冷却)导致金属内部不均匀的冷却)导致金属内部不均匀的“热胀冷缩热胀冷缩”从而产从而产生应力。称为生应力。称为内应力内应力(internal stress)。工件冷却后仍保留在工件内部的应力称为工件冷却后仍保留在工件内部的应力称为残余应力残余应力(residual stress)。)。加热冷却或受力过
2、程中存在的应力称为瞬时应力加热冷却或受力过程中存在的应力称为瞬时应力(instantaneous stress)。亦即动态应力。亦即动态应力。另外,固态相变也有膨胀或收缩现象,局部的相变另外,固态相变也有膨胀或收缩现象,局部的相变因此也能造成内应力。因此也能造成内应力。2024/9/1 周日33-1 内应力1、内应力的形成、内应力的形成(1)热应力()热应力(thermal stress)不均匀加热冷却过程产生的应力称为热不均匀加热冷却过程产生的应力称为热应力。应力。(因材料的弹(因材料的弹-塑性)塑性)杆中心加热,产生内应力(瞬时应力)杆中心加热,产生内应力(瞬时应力)当加热变形在弹性范围内
3、,冷却后,残当加热变形在弹性范围内,冷却后,残余应力余应力=0当加热变形超过弹性范围外(塑性),当加热变形超过弹性范围外(塑性),冷却后,残余应变,残余应力冷却后,残余应变,残余应力加热时加热时2024/9/1 周日4焊件内应力焊件内应力 在不均匀温度场的作用下,被加热到较高温度的区域的在不均匀温度场的作用下,被加热到较高温度的区域的金属受到压缩应力,当此应力达到材料在该温度下的屈服限金属受到压缩应力,当此应力达到材料在该温度下的屈服限时,局部区域内受到压缩塑性变形,由于塑性变形不可逆,时,局部区域内受到压缩塑性变形,由于塑性变形不可逆,此区域的材料在冷却之后即产生收缩,而周围未受热的金属此区
4、域的材料在冷却之后即产生收缩,而周围未受热的金属会限制它的收缩,于是在压缩塑性变形的区域内产生拉应力,会限制它的收缩,于是在压缩塑性变形的区域内产生拉应力,而周围区域产生压应力。这种内部应力在温度均匀后残存在而周围区域产生压应力。这种内部应力在温度均匀后残存在物体内部,固称为残余应力。物体内部,固称为残余应力。残余应力是在没有外力的条件下,平衡于内部的应力。残余应力是在没有外力的条件下,平衡于内部的应力。由焊接引起的残余应力称为焊接残余应力。由焊接引起的残余应力称为焊接残余应力。2024/9/1 周日5板中心堆焊焊接残余应力形成2024/9/1 周日6铸件的内应力铸件的内应力冷却过程中各部分冷
5、却速度不一致造成的.2024/9/1 周日7相变应力(相变应力(transformation stress)固态相变金属因各区域发生相变的类型不同、时间不同或程度不同,由于不同相组织的比容不同而导致的内应力。低碳钢合金钢2024/9/1 周日82.焊接残余应力的分布纵向残余应力分布2024/9/1 周日9板边堆焊焊接残余应力形成2024/9/1 周日103.减少焊接残余应力的措施工艺措施、结构设计2024/9/1 周日11 3.2残余应力的消除 热处理、机械振动法、机械加载机械拉伸法机械拉伸法2024/9/1 周日123-2.焊接变形 残余应力的存在必然导致原工件形状的少量改变,也称为残余变形
6、(工件冷却下来后遗留一下来的变形)。整体变形局部变形2024/9/1 周日13纵向横向收缩变形纵向横向收缩变形2024/9/1 周日14 挠挠曲曲变变形形2024/9/1 周日15 角变形角变形2024/9/1 周日16 波浪变形(失稳变形)波浪变形(失稳变形)2024/9/1 周日17影响因素及防止措施影响因素:材料热物理性能:膨胀系数、导热性工艺因素:焊接热输入、焊接顺序防止方法:结构设计;工艺:反变形、刚性固定、预留收缩量、等2024/9/1 周日18焊接变形的矫正(straightening)机械矫正 火焰矫正2024/9/1 周日193-3 3-3 裂纹裂纹裂纹是一种可能造成制造产品
7、或结构失效的裂纹是一种可能造成制造产品或结构失效的突发性破坏的材料缺陷,往往是一种最危险突发性破坏的材料缺陷,往往是一种最危险而又常见的缺陷。而又常见的缺陷。种类:按形成机理分。主要有热、冷、再热种类:按形成机理分。主要有热、冷、再热(reheat)、应力腐蚀()、应力腐蚀(stress-corrosion)裂纹和层状撕裂()裂纹和层状撕裂(lamellar tearing)2024/9/1 周日20 3.3.1 焊接热裂纹(hot cracking)主要指凝固裂纹(solidification cracking)焊接热裂纹的形成原因:焊接热裂纹是一种高温沿晶断裂而形成的裂纹。焊缝凝固过程中,
8、在枝晶间存在低熔共晶的薄层,此时材料的塑性变形能力很低,在冷却过程中不可避免的产生收缩应变,当收缩应变大于材料此时的塑性应变的能力时,即产生焊接热裂纹。焊缝在凝固过程中所出现的晶间塑性应变能力的应变区间叫做脆性温度区,不同材料有不同的脆性温度区,温度区越大,产生热裂纹的危险性越大。2024/9/1 周日21(1)特征1)仅发生于WM或铸件中2)一次结晶(原奥氏体)晶界分布的晶间裂纹3)断口形貌(fracture appearance)a.高温特征:液膜(liquid film)表面,液态分离时自由凝固表面特征,有时有氧化b.偏析特征 微区元素分析表明有S、P等富集2024/9/1 周日22(2
9、)形成机理2024/9/1 周日23(3)焊接热裂纹的影响因素 a.硫的偏析 b.焊缝的组织 c.焊缝冷却的速度 (层间温度、热输入量)d.焊缝的形状 (成形系数)e.拘束度2024/9/1 周日243.3.2 3.3.2 焊接冷裂纹焊接冷裂纹 cold cracking材料焊接冷却到室温附近产生的一种裂纹,它材料焊接冷却到室温附近产生的一种裂纹,它是焊接缺陷中最普遍而又极危险的一种。是焊接缺陷中最普遍而又极危险的一种。主要讨论其中主要的一种:延迟裂纹主要讨论其中主要的一种:延迟裂纹(delayed cracking)或称之为氢致裂纹)或称之为氢致裂纹(hydrogen-induced cra
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