熔焊原理：焊接冶金缺陷课件

熔焊原理：焊接冶金缺陷优质的焊接接头应具备两个条件：一是使用性能不低于母材；二是没有技术条件中规定不允许存在的缺陷。焊接过程中，在焊接接头中产生的金属不连续、不致密或连接不良的现象，叫做焊接缺陷。焊接缺陷的种类很多，有些是因施焊中操作不当或焊接参数不正确所造成，如咬边、烧穿、焊缝尺寸不足、未焊透等；有些是由于化学冶金、凝固或固态相变过程的产物而造成的，如气孔、夹杂和裂纹等。这些缺陷与母材、焊接 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的化学成分有密切关系，因此称之为焊接冶金缺陷。●焊缝中的气孔焊接时熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴，叫做气孔。一、气孔的分布特征与产生原因气孔的分布特征往往与生成的原因和条件密切相关。从所在的位置看，有的在表面，有的在焊缝内部或根部，也有的贯穿整个焊缝，从分布状态看，有单个气孔，有密集的多个气孔，还有沿焊缝纵向呈链状分布的气孔。2．形成气孔的气体构成气孔的气体，一是来自于周围介质，二是化学冶金反应的产物。按不同的来源，气体可以分为下述两种类型：1)高温时能大量溶于液体金属，而在凝固过程中溶解度突然下降的气体。如H2,N2。2)在熔池进行化学冶金反应中形成而又不溶解于液体金属中的气体。3．氢气孔产生的原因及其特征氢是还原性气体且扩散能力很强，在低碳钢焊缝中，气孔大都分布于焊缝表面，断面为螺钉状，内壁光滑，上大下小呈喇叭口形。在焊条药皮组成物中含有结晶水，或焊接密度较小的轻金属时，氢气孔也会残留在焊缝内部。氢气孔是凝固过程中首先在枝晶间谷底部形成气泡。气泡形成后，一方面氢本身的扩散能力促使其浮出，另一方面又受到晶粒的阻碍与液态金属粘度的阻力，二者综合作用的结果，气孔就形成了上大下小的喇叭口形，并往往呈现于焊缝表面。熔焊原理：焊接冶金缺陷4．一氧化碳气孔产生的原因及特征CO主要是FeO、02或其它氧化物与C作用的产物。即[C]十[O]＝CO[FeO]十[C]＝CO十[Fe][MnO]十[C]＝CO十[Mn][SiOz]十2[C]＝2CO十[SiO]生成气孔的CO是在冶金反应后期形成的。熔池开始凝固后，液体金属中的碳和FeO的浓度随固相增多而加大，造成二者在液体金属某一局部富集，浓度增加促进了式(4—2)的反应进行，而生成一定数量的CO。这时形成的CO由于温度下降、液体金属粘度增加及冷却快等原因，难于从熔池中逸出，而被围困于树枝晶粒问。此外，式(4—2)的反应是吸热过程，促使冷速加大，对气体析出更为不利。熔焊原理：焊接冶金缺陷CO气泡浮出的速度比氢气泡浮出速度低，因而CO气孔多在焊缝内部，沿结晶方向分布，呈条虫状，内壁有氧化颜色。二、气孔形成的过程与影响因素1．气孔形成的过程虽然不同的气体所形成的气孔不仅在外观与分布上各有特点，而且产生的冶金与工艺因素也不尽相同。但任何气体在熔池中形成气泡都是在液相中形成气相的过程，即服从于新相形成的一般规律，也由形核与长大两个基本过程所组成。气泡长大需要两个条件：一是气泡的内压足以克服其所受的外压；二是长大要有足够的速度，以保证在熔池凝固前达到一定的宏观尺寸。气泡上浮由两个过程组成，首先气泡必须脱离所依附的现成表面，其难易程度与气泡和表面的接触情况有关。气泡上浮速度与下列因素有关：(1)气泡半径：r增加，气泡迅速提高。熔焊原理：焊接冶金缺陷KHCO2、水玻璃等，这也会使气孔倾向加大。因为高温时，K、Na对F的亲和力比氢大，可将HF中的氢取代而生成更稳定的NaF或KF，而使氢呈游离状态，分压户H2上升所致。3)铁锈及水分等的影响。母材表面的氧化铁皮、铁锈、水分、油渍以及焊接材料中的水分也是导致气孔产生的重要原因，其中以母材表面的铁锈的影响最大。加热时氧化皮和铁锈中的高价氧化物及结晶水都要分解，产生O、Hz、H、及OH等。反应的结果，在增强了氧化作用的同时又提高了氢的分压，因而使CO气孔与氢气孔的倾向都有可能增大。对酸性焊条来说，少量的铁锈或氧化皮影响不大，这是因为酸性熔渣中FeO容易形成复化物，活度较低，不易向熔池中过渡。此外，酸性熔渣的氧化性比较强，所以对氢气孔也不很敏感。为此，酸性焊条焊前焙烘温度比较低，一般规定为l50一200℃。熔焊原理：焊接冶金缺陷碱性焊条对铁锈及氧化皮等比较敏感，这主要是因为碱性熔渣中FeO活度较大，熔渣中FeO稍有增加，焊缝中的FeO就明显增多。因此用碱性焊条焊接时，为了防止气孔，要求对工件表面进行较严格的清理。此外，碱性焊条对水分也很敏感，因为这类焊条熔池脱氧比较完全，不具有CO气泡沸腾而排除氢气的能力，熔池中一旦溶解了氢就很难排出。一般称碱性焊条为低氢型焊条，这是因为焊条药皮中含有较多的碳酸盐，而且不含有机物，焊接时弧柱气氛中氢的分压很低，从而保证了焊缝中扩散氢含量也很低；但这并不表示碱性焊条具有较强的脱氢能力。如果由于某种原因使弧柱区氢的分压提高，还是要产生氢气孔。为了防止由水分而引起的气孔，碱性焊条要求在350—400℃下烘干，这样不仅可清除吸附水，还可除去某些药皮组成物中的结晶水。(2)工艺因素对气孔的影响1)焊接线能量2)电流的种类和极性。熔焊原理：焊接冶金缺陷2．硫化物夹杂硫化物主要来自焊条药皮或焊剂原材料，经过冶金反应而过渡到熔池中。当母材或焊丝中含硫量偏高时，也会形成硫化物夹杂。钢中的硫化物夹杂主要是以MnS和FeS形式存在，其中FeS的危害更大。硫在铁中的溶解度随温度下降而降低，当熔池中含有较多的硫时，在冷却过程中硫将从固溶体中析出并与Mn、Fe等反应而成为硫化物夹杂。3．氮化物夹杂氮主要来源于空气，只有在保护不良时才会出现较多的氮化物夹杂。在焊接低碳钢和低合金钢时，氮化物夹杂主要以Fe‘N的形式存在。Fe‘N一般是在时效过程中从过饱和固溶体中析出的，以针状分布在晶内或晶界。当氮化物夹杂较多时，金属的强度、硬度上升，塑性、韧性明显下降。二、防止焊缝中形成夹杂物的措施夹杂物的危害性与其分布状态有关。一般来说，分布均匀的细小显微夹杂物，对塑性和韧性的影响较小，还可使焊缝的强度有所提高。所以，需采取措施加以防止的乃是宏观的大颗粒夹杂物。防止夹杂物的主要措施是控制其来源，即应从冶金方面人手，正确选择焊条与焊剂的渣系，以保证熔池能进行较充分的脱氧与脱硫。熔焊原理：焊接冶金缺陷此外，对母材、焊丝及焊条药皮(或焊剂)原材料中杂质含量应严加控制，以杜绝夹杂物的来源。工艺方面的措施主要是为夹杂物从熔池中浮出创造条件。具体措施主要有：1)选用合适的线能量，保证熔池有必要的存在时间。2)多层焊时，每一层焊缝(特别是打底焊缝)焊完后，必须彻底清理焊缝表面的焊渣，以防止残留的焊渣在焊接下一层焊缝时进入熔池而形成夹杂物。3)焊条电弧焊时，焊条作适当摆动以利于夹杂物的浮出。4)施焊时注意保护熔池，包括控制电弧长度。熔焊原理：焊接冶金缺陷●焊接裂纹的分类及基本特点一、焊接裂纹的危害裂纹是危害最严重的焊接缺陷。这主要因为裂纹两端的缺口效应造成了严重的应力集中，很容易扩散而形成宏观开裂或整体断裂。二、焊接裂纹的分类1、焊接热裂纹在焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹，叫做焊接热裂纹。2、焊接冷裂纹焊接接头在冷却到较低温度下时产生的焊接裂纹，叫做焊接冷裂纹。3、消除应力裂纹4、层状撕裂熔焊原理：焊接冶金缺陷●焊接热裂纹金属在产生焊接热裂纹的高温下，晶界强度低于晶粒强度，因而热裂纹具有沿晶界开裂的特征。热裂纹可分为结晶裂纹、高温液化裂纹等。一、焊缝中的结晶裂纹1．结晶裂纹的特征与产生的原因(1)结晶裂纹的特征结晶裂纹又叫凝固裂纹，主要产生于焊缝凝固过程中。当冷却到固相温度附近时，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足而不能及时填充，在应力作用下发生沿晶界开裂。结晶裂纹主要产生在含杂质(S、P、C、Si)偏高的碳钢、低合金钢以及单相奥氏体钢、镍基合金与某些铝合金焊缝中。结晶裂纹表面无金属光泽，带有氧化颜色，焊缝表面的宏观裂纹中往往填满焊渣。结晶裂纹的上述特征，说明其形成温度是在焊缝金属凝固后期熔渣尚未凝固的高温阶段。熔焊原理：焊接冶金缺陷(2)结晶裂纹产生的原因1)焊缝金属在结晶过程中塑性的变化。液—固阶段。固—液阶段。完全凝固阶段。2)产生结晶裂纹的力作用。脆性温度区间的存在是产生结晶裂纹的主要根源，而力的作用是产生结晶裂纹的必要条件。(3)结晶裂纹形成的条件由上述条件还可以推断出，焊缝金属在脆性温度区间实际拉伸应变ε随温度变化的增长率越大，裂纹倾向越大；而焊缝金属本身的变形能力δmin越小，裂纹倾向也越大。此外，Tb的宽度越宽，特别是其下限的温度越低，裂纹倾向也越大。其间关系如图4—14所示。因此，在实际生产中判断结晶裂纹倾向时，必须综合考虑脆性温度区7‘的宽度，焊缝金属在T‘间的塑性δ及在Tb间应变δ的增长率三个因素的影响。熔焊原理：焊接冶金缺陷2．结晶裂纹的影响因素(1)冶金因素对结晶裂纹的影响①硫、磷。硫和磷都是提高结晶裂纹敏感性的元素。钢中含有微量的硫或磷，结晶温度区间明显加宽其次，硫和磷能在钢中形成多种低熔点共晶，这些共晶在焊缝金属凝固后期形成液态薄膜；最后，硫和磷都是偏析度较大的元素，容易在局部富集，更有利于形成低熔点共晶或化合物。②碳.碳是钢中必不可少的元素，但在焊接时也是提高结晶裂纹敏感性的主要元素。碳不仅本身会造成不利影响，而且促使硫、磷的有害作用加剧。③锰。锰可以脱硫，脱硫产物MnS不溶于铁可进入熔渣，少量残留在焊缝金属中呈弥散分布，对钢的性能无明显影响。因此，在一般钢焊缝中锰可以抑制硫的有害作用，有助于提高焊缝的塑性，因而可提高其抗结晶裂纹的能力。熔焊原理：焊接冶金缺陷3．防止结晶裂纹的措施防止结晶裂纹主要从冶金和工艺两个方面着手，其中冶金措施更为重要。(1)防止结晶裂纹的冶金措施1)控制焊缝中硫、磷、碳等有害元素的含量。2)对熔池进行变质处理。1)调整焊接参数以得到抗裂能力较强的焊缝成形系数。2)调整冷却速度。冷速越高，变形增长率越大，结晶裂纹倾向也越大。3)调整焊接顺序，降低拘束应力。接头刚性越大，焊缝金属冷却收缩时受到的拘束应力也越大。二、热影响区液化裂纹焊接过程中，在焊接热循环峰值温度作用下，在母材近缝区与多层焊的层间金属中，由于低熔点共晶被加热熔化，在一定收缩应力作用下沿奥氏体晶界产生的开裂，即为液化裂纹。熔焊原理：焊接冶金缺陷防止液化裂纹的主要措施如下：(1)选用对液化裂纹敏感性较低的母材。(2)减小焊缝的凹度(3)采用较小的线能量母材过热往往是产生液化裂纹的重要原因之一，降低线能量可以减小液化裂纹的倾向。熔焊原理：焊接冶金缺陷4．冷裂纹产生的时间冷裂纹有些出现在焊接过程中，但较多的是在焊后延续一段时间才产生。延迟的时间可能是几小时、几天或十几天。一般把有延迟现象的裂纹叫做延迟裂纹。5．冷裂纹的分布(1)焊道下裂纹(2)焊趾裂纹(3)焊根裂纹(4)横向裂纹二、形成冷裂纹的基本因素及其作用1．形成冷裂纹的三个基本因素(1)氢的影响(2)钢种的淬硬倾向(3)焊接接头的拘束应力熔焊原理：焊接冶金缺陷根据起主要作用的因素之不同，将冷裂纹按钢种与结构之不同又分为以下三类：1)延迟裂纹。其主要特点是裂纹不在焊后立即出现，延迟现象的产生与扩散氢的活动有密切关系。2)淬硬脆化裂纹(或称淬火裂纹)。主要出现在淬硬倾向很大的钢种，在应力作用下即使没有氢的诱发也会形成开裂。3)低塑性脆化裂纹某些塑性较低的材料(如铸铁)，在冷至低温时，由于收缩时引起的应变超过其本身的变形能力而产生开裂。2．三个因素的作用及其关系(1)氢在开裂过程中的作用1)氢在金属中的溶解与扩散。2)焊缝金属结晶过程中氢的溶解与扩散。(2)氢与力的共同作用——产生延时现象氢逐渐向开裂部位扩散、集中、结合成分子并形成一定压力的过程。开始时，氢的分布相对比较均匀，在热应力和相变应力作用下金属中出现一些微观缺陷，氢开始向缺陷前沿高应力部位迁移。焊缝中氢的平均浓度越高，则迁移的氢数量越多，迁移的速度也越高。当氢聚集到发生裂纹所需要的临界浓度时，便开始产生微裂。由于裂纹尖端的应力集中，促使氢进一步向尖端熔焊原理：焊接冶金缺陷高应力区扩散，裂纹扩展。氢的扩散、聚集并达到临界浓度都需要时间，这就形成了裂纹的延时特征。3．钢材淬硬倾向的作用马氏体是典型的淬硬组织，这是由于间隙原子碳的过饱和，使铁原子偏离平衡位置，品格发生明显畸变所致。组织对冷裂纹的敏感性，大致按下列顺序递增。铁素体或珠光体——贝氏体——条状马氏体——马氏体十贝氏体——针状马氏体。马氏体对冷裂纹的影响除了其本身的脆性外，还与不平衡结晶所造成的较多品格缺陷有关。这些缺陷在应力作用下会迁移、集中，而形成裂源。’裂源数量增多，扩展所需能量又低，必然使冷裂纹敏感性明显增大。三、防止冷裂纹的措施1．选用对冷裂纹敏感性低的母材2．严格控制氢的来源1)选用优质焊接材料或低氢的焊接 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。2)严格按规定对焊接材料进行焙烘及进行焊前清理工作。3．提高焊缝金属的塑性和韧性熔焊原理：焊接冶金缺陷具体的方法有：1)通过焊接材料向焊缝过渡Ti、Nb、Mo、V、B、Te或稀土元素来韧化焊缝，利用焊缝的塑性储备减轻热影响区的负担，从而降低整个接头的冷裂纹敏感性。2)采用奥氏体焊条焊接某些淬硬倾向较大的中、低合金高强度钢，也可较好地防止冷裂纹。4．焊前预热影响预热温度的因素有以下几方面：(1)钢种的强度等级(2)焊条类型(3)坡口形式(4)环境温度5．控制焊接线能量6．焊后热处理熔焊原理：焊接冶金缺陷熔焊原理：焊接冶金缺陷熔焊原理：焊接冶金缺陷