32气孔与夹杂解析.pptx
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1、五、五、焊接热循环:焊接热循环:在焊接热源作用下,焊件上某点温度随时间在焊接热源作用下,焊件上某点温度随时间的变化过程。的变化过程。六、六、焊接接头组织和性能焊接接头组织和性能焊接接头示意图焊接接头示意图1-焊缝;焊缝;2-熔合区;熔合区;3-HAZ;4-母材母材1 焊缝的组织和性能焊缝的组织和性能焊焊缝缝是是晶晶粒粒较较粗粗大大的的铸铸态态组组织织,成成分分不不均均匀匀,组组织织不不致致密密,故故塑塑性性较较差差,易易产产生生热热裂裂纹纹。但但由由于于焊焊条条药药皮皮和和焊焊丝丝等等在在焊焊接接过过程程中中的的保保护护和和合合金金化化作用,使作用,使焊缝金属的力学性能一般不低于母材焊缝金属的
2、力学性能一般不低于母材。加热温度:加热温度:14901530,液相线和固相线之间,只有液相线和固相线之间,只有部分金属熔化,故又称半熔化部分金属熔化,故又称半熔化区。区。宽度:宽度:0.10.4 组织:组织:由由部分铸态组织和部分铸态组织和晶粒粗大的过热组织晶粒粗大的过热组织组成。组成。性能:性能:化学成分、组织和物化学成分、组织和物理性能不均匀,塑性、韧性很理性能不均匀,塑性、韧性很差,是焊接接头的差,是焊接接头的薄弱部位薄弱部位,很容易成为裂纹及局部脆断的很容易成为裂纹及局部脆断的发源地。发源地。2熔合区的组织与性能熔合区的组织与性能3 热影响区的组织和性能(低碳钢)热影响区的组织和性能(
3、低碳钢)(1)过热区)过热区 温度:温度:固相线至固相线至1100 宽度:宽度:13。组织:组织:由于加热温度高,奥氏由于加热温度高,奥氏体晶粒显著长大,冷却后得到体晶粒显著长大,冷却后得到晶晶粒粗大的过热组织粒粗大的过热组织 性能:性能:塑性、韧性明显下降。塑性、韧性明显下降。焊接刚度大的结构时,易在此区焊接刚度大的结构时,易在此区产生裂纹,是焊接接头的产生裂纹,是焊接接头的薄弱部薄弱部位位。(2)正火区)正火区 温度:温度:在在1100至至Ac3之间,之间,宽度:宽度:约约1.24.0。组织:组织:由于母材金属被加热到由于母材金属被加热到AC3以上的部位,铁素体和珠光以上的部位,铁素体和珠
4、光体全部转化为奥氏体,发生重结体全部转化为奥氏体,发生重结晶,随后在空气中冷却得到均匀晶,随后在空气中冷却得到均匀细小的珠光体和铁素体,相当于细小的珠光体和铁素体,相当于热处理时的正火组织热处理时的正火组织。性能:性能:塑性韧性都比较好,塑性韧性都比较好,力力学性能优于母材学性能优于母材。温度:温度:在在Ac3至至Ac1之间,之间,组织:组织:只有部分组织发生了只有部分组织发生了相变重结晶,冷却下来成为相变重结晶,冷却下来成为晶晶粒细小的铁素体和珠光体粒细小的铁素体和珠光体,而,而另一部分始终没能溶入奥氏体另一部分始终没能溶入奥氏体的铁素体就成为的铁素体就成为粗大的铁素体粗大的铁素体,因此因此
5、晶粒大小不均匀晶粒大小不均匀。性能:性能:组织不均匀导致组织不均匀导致机械机械性能不均匀性能不均匀。(3)部分相变区(不完全重结晶区)部分相变区(不完全重结晶区)七、七、几个基本概念几个基本概念(1 1)母材金属、()母材金属、(2 2)填充金属、()填充金属、(3 3)熔敷金属、()熔敷金属、(4 4)保护套筒)保护套筒(5 5)熔滴、)熔滴、(6)熔池、()熔池、(7)溶渣、()溶渣、(8)渣壳、()渣壳、(9)焊缝)焊缝一、氢对金属的作用及控制一、氢对金属的作用及控制(一)氢的来源(一)氢的来源1焊材中的水分焊材中的水分2药皮中的有机物药皮中的有机物3焊丝和母材坡口表面上的铁锈、油污焊丝
6、和母材坡口表面上的铁锈、油污4电弧周围空气中的水分电弧周围空气中的水分 对于大多数金属,氢是有害的,它是造成低合金高强钢焊接结构出现氢脆、对于大多数金属,氢是有害的,它是造成低合金高强钢焊接结构出现氢脆、冷裂纹、氢气孔等缺陷的最主要原因。冷裂纹、氢气孔等缺陷的最主要原因。3.2 焊缝金属中的气体杂质焊缝金属中的气体杂质H、N、O(二)氢对焊接质量的影响(二)氢对焊接质量的影响 氢的有害作用可分为两种:氢的有害作用可分为两种:n 暂态现象氢脆、白点,经时效、热处理可消除暂态现象氢脆、白点,经时效、热处理可消除n 永久现象气孔、冷裂纹,不可消除永久现象气孔、冷裂纹,不可消除1氢脆(氢致塑性损失)氢
7、脆(氢致塑性损失)(1)定义:)定义:氢在室温附近使钢的塑性指标(如延伸率和断面收缩率)严重下氢在室温附近使钢的塑性指标(如延伸率和断面收缩率)严重下降的现象。降的现象。(2)产生机理:)产生机理:由溶解在金属晶格中的氢引起由溶解在金属晶格中的氢引起拉伸拉伸位错运动、堆积位错运动、堆积空腔空腔H扩散扩散聚集空腔聚集空腔H+HH2压力压力变脆变脆(3)影响因素:)影响因素:含氢量、试验温度和变形速度、焊缝金属组织含氢量、试验温度和变形速度、焊缝金属组织氢脆只有在处于室温下、静载拉伸或静载弯曲条件下含氢量较高的焊缝中才会出现。氢脆只有在处于室温下、静载拉伸或静载弯曲条件下含氢量较高的焊缝中才会出现
8、。焊缝金属经过去氢处理,其塑性可以恢复焊缝金属经过去氢处理,其塑性可以恢复2白点(鱼眼)白点(鱼眼)(1)定定义义:室室温温下下的的氢氢脆脆现现象象,在在拉拉伸伸或或弯弯曲曲试试件件断断面面上上出出现现的的银银白白色色圆圆形形斑斑点点中中心心处处有有气气孔孔或或小小的的夹夹渣渣,也也称称“鱼鱼眼眼”。(2 2)产生原因:)产生原因:白点是在塑性变形阶段产生的。白点是在塑性变形阶段产生的。“诱捕理论诱捕理论”解释:解释:焊缝中的气孔及非金属夹杂物边缘的空隙焊缝中的气孔及非金属夹杂物边缘的空隙,好象好象“陷阱陷阱”一样捕捉氢原子,并在其中结合成氢分子,引起一样捕捉氢原子,并在其中结合成氢分子,引起
9、金属脆化。金属脆化。(3)影响因素:)影响因素:含氢量、金属的组织和变形速度。含氢量、金属的组织和变形速度。3氢气孔:氢气孔:金属结晶时氢的溶解度突降所致。金属结晶时氢的溶解度突降所致。4裂纹裂纹(三)控制措施(三)控制措施1限制氢的来源限制氢的来源(1)合理选择药皮原材料;)合理选择药皮原材料;(2)严格烘干焊接材料;)严格烘干焊接材料;(3)气保护焊时,限制保护气中的含水量,必要时采取去水、)气保护焊时,限制保护气中的含水量,必要时采取去水、干燥等措施;干燥等措施;(4)清除焊丝和焊件表面上的油、锈、吸附水等杂质;)清除焊丝和焊件表面上的油、锈、吸附水等杂质;在药皮和焊剂中加入氟化物在药皮
10、和焊剂中加入氟化物HF夺氢夺氢 控制焊接材料的氧化还原势控制焊接材料的氧化还原势OH夺氢夺氢 (HF和和OH不溶于液态钢中,比不溶于液态钢中,比H2和和H2O稳定,不易分解出稳定,不易分解出H)2 2 冶金处理冶金处理(1)提高气相的氧化性()提高气相的氧化性(OH夺夺H)CO2+H=CO+OH O+H=OH O2+H2=2OH(2)氟化物除氢()氟化物除氢(HF夺夺H)CaF2SiO2联合去氢(针对酸性熔炼焊剂)联合去氢(针对酸性熔炼焊剂)2CaF2+3SiO2=SiF4气气+2CaSiO3 SiF4+2H2O气气=SiO2气气+4HF SiF4+3H=SiF气气+3HF(3)药芯或药皮中加
11、入微量稀土元素)药芯或药皮中加入微量稀土元素:与氢亲和力大与氢亲和力大 CaF2直接去氢直接去氢CaF2+H2O气气=CaO气气+2HF CaF2+2H=Ca气气+2HF 氟化钙、氟化钙、CO2共存,水玻璃参与反应(针对碱性焊条)共存,水玻璃参与反应(针对碱性焊条)Na2O.nSiO2+H2O=2NaOH+nSiO2 2NaOH+CaF2=Ca(OH)2+2NaF 2NaF+H2O+CO2=Na2CO3+2HF3工艺措施工艺措施电流的种类和极性电流的种类和极性见图见图2-7,直流反接(试件接负极,焊把接正极),直流反接(试件接负极,焊把接正极)氢量最少,交流最多。氢量最少,交流最多。电流电流
12、一般,由于一般,由于I电弧温度高,氢分解度大;熔滴温度高,氢溶解度电弧温度高,氢分解度大;熔滴温度高,氢溶解度大,所以大,所以H气保护焊时,若气保护焊时,若II临,熔滴实现射流过渡,由于熔滴与临,熔滴实现射流过渡,由于熔滴与H作用时间变作用时间变短,所以短,所以H下降。下降。电压电压电压电压U弧长弧长熔滴与熔滴与H作用时间作用时间H应短弧操作应短弧操作4焊后脱氢处理焊后脱氢处理:焊后加热焊件,促使氢扩散外逸焊后加热焊件,促使氢扩散外逸 焊后脱氢处理对焊缝含氢量的影响焊后脱氢处理对焊缝含氢量的影响对氢的控制总原则:对氢的控制总原则:首先首先限制氢和水份的来限制氢和水份的来源;源;其次其次防止氢溶
13、入金属;防止氢溶入金属;最后最后对含氢金属进行脱对含氢金属进行脱氢处理。氢处理。(一)氮对焊接质量的影响(一)氮对焊接质量的影响 1形成氮气孔形成氮气孔u液态金属在高温时可以溶解大量的氮,而在其凝固时氮的溶解度突然液态金属在高温时可以溶解大量的氮,而在其凝固时氮的溶解度突然下降。这时过饱和的氮以气泡的形式从熔池中向外逸出,当焊缝金属下降。这时过饱和的氮以气泡的形式从熔池中向外逸出,当焊缝金属的结晶速度大于外逸速度时,就形成气孔。的结晶速度大于外逸速度时,就形成气孔。2降低机械性能降低机械性能强度、硬度强度、硬度,塑性和韧性,塑性和韧性,低温韧性低温韧性 u以针状氮化物(以针状氮化物(Fe4N)
14、的形式析出于晶界或晶内,)的形式析出于晶界或晶内,Fe4N本身硬而脆本身硬而脆3产生时效脆化产生时效脆化随时间延长,强度增高而塑韧性下降的现象随时间延长,强度增高而塑韧性下降的现象 u焊缝金属中过饱和的氮处于不稳定状态,随时间延长过饱和的氮逐渐焊缝金属中过饱和的氮处于不稳定状态,随时间延长过饱和的氮逐渐析出,形成稳定针状氮化物析出,形成稳定针状氮化物Fe4N,从而强度上升而塑韧性下降。,从而强度上升而塑韧性下降。二氮对金属的作用及控制二氮对金属的作用及控制(二)控制措施(二)控制措施1加强保护,防止空气与液态金属接触加强保护,防止空气与液态金属接触(主要措施)(主要措施)2工艺措施工艺措施 采
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