气孔与夹杂解析.pptx

《气孔与夹杂解析.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《气孔与夹杂解析.pptx（34页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、六、焊接接头组织和性能焊接接头示意图1-焊缝；2-熔合区；3-HAZ；4-母材第1页/共34页1 焊缝的组织和性能焊缝是晶粒较粗大的铸态组织，成分不均匀，组织不致密，故塑性较差，易产生热裂纹。但由于焊条药皮和焊丝等在焊接过程中的保护和合金化作用，使焊缝金属的力学性能一般不低于母材。第2页/共34页 加热温度：14901530，液相线和固相线之间，只有部分金属熔化，故又称半熔化区。宽度：0.10.4 组织：由部分铸态组织和晶粒粗大的过热组织组成。性能：化学成分、组织和物理性能不均匀，塑性、韧性很差，是焊接接头的薄弱部位，很容易成为裂纹及局部脆断的发源地。2熔合区的组织与性能第3页/共34页3 热

2、影响区的组织和性能（低碳钢）（1）过热区 温度：固相线至1100 宽度：13。组织：由于加热温度高，奥氏体晶粒显著长大，冷却后得到晶粒粗大的过热组织 性能：塑性、韧性明显下降。焊接刚度大的结构时，易在此区产生裂纹，是焊接接头的薄弱部位。第4页/共34页（2）正火区 温度：在1100至Ac3之间，宽度：约1.24.0。组织：由于母材金属被加热到AC3以上的部位，铁素体和珠光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细小的珠光体和铁素体，相当于热处理时的正火组织。性能：塑性韧性都比较好，力学性能优于母材。第5页/共34页 温度：在Ac3至Ac1之间，组织：只有部分组织发生了相变重结晶

3、，冷却下来成为晶粒细小的铁素体和珠光体，而另一部分始终没能溶入奥氏体的铁素体就成为粗大的铁素体，因此晶粒大小不均匀。性能：组织不均匀导致机械性能不均匀。（3）部分相变区（不完全重结晶区）第6页/共34页七、几个基本概念（1 1）母材金属、（2 2）填充金属、（3 3）熔敷金属、（4 4）保护套筒（5 5）熔滴、（6）熔池、（7）溶渣、（8）渣壳、（9）焊缝第7页/共34页一、氢对金属的作用及控制（一）氢的来源1焊材中的水分2药皮中的有机物3焊丝和母材坡口表面上的铁锈、油污4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、冷裂纹、氢气孔等缺陷的最主要原因。

4、3.2 焊缝金属中的气体杂质H、N、O 第8页/共34页（二）氢对焊接质量的影响 氢的有害作用可分为两种：暂态现象氢脆、白点，经时效、热处理可消除 永久现象气孔、冷裂纹，不可消除1氢脆（氢致塑性损失）（1）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）严重下降的现象。（2）产生机理：由溶解在金属晶格中的氢引起拉伸位错运动、堆积空腔H扩散聚集空腔H+HH2压力变脆（3）影响因素：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。焊缝金属经过去氢处理，其塑性可以恢复第9页/共34页2白点（鱼眼）（1）定义：室温下的氢脆现象，

5、在拉伸或弯曲试件断面上出现的银白色圆形斑点中心处有气孔或小的夹渣，也称“鱼眼”。（2 2）产生原因：白点是在塑性变形阶段产生的。“诱捕理论”解释：焊缝中的气孔及非金属夹杂物边缘的空隙,好象“陷阱”一样捕捉氢原子，并在其中结合成氢分子，引起金属脆化。（3）影响因素：含氢量、金属的组织和变形速度。3氢气孔：金属结晶时氢的溶解度突降所致。4裂纹第10页/共34页（三）控制措施1限制氢的来源（1）合理选择药皮原材料；（2）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、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；第11页/共34页 在药皮和焊剂中加入氟化物H

6、F夺氢 控制焊接材料的氧化还原势OH夺氢 （HF和OH不溶于液态钢中，比H2和H2O稳定，不易分解出H）2 2 冶金处理冶金处理第12页/共34页（1）提高气相的氧化性（OH夺H）CO2+H=CO+OH O+H=OH O2+H2=2OH 第13页/共34页（2）氟化物除氢（HF夺H）CaF2SiO2联合去氢（针对酸性熔炼焊剂）2CaF2+3SiO2=SiF4气+2CaSiO3 SiF4+2H2O气=SiO2气+4HF SiF4+3H=SiF气+3HF（3）药芯或药皮中加入微量稀土元素：与氢亲和力大 CaF2直接去氢CaF2+H2O气=CaO气+2HF CaF2+2H=Ca气+2HF 氟化钙、C

7、O2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+2HF第14页/共34页3工艺措施电流的种类和极性见图2-7，直流反接（试件接负极，焊把接正极）氢量最少，交流最多。电流 一般，由于I电弧温度高，氢分解度大；熔滴温度高，氢溶解度大，所以H气保护焊时，若II临，熔滴实现射流过渡，由于熔滴与H作用时间变短，所以H下降。电压电压U弧长熔滴与H作用时间H应短弧操作第15页/共34页4焊后脱氢处理：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对氢的控制总原则

8、：首先限制氢和水份的来源；其次防止氢溶入金属；最后对含氢金属进行脱氢处理。第16页/共34页（一）氮对焊接质量的影响 1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。2降低机械性能强度、硬度，塑性和韧性，低温韧性 u以针状氮化物（Fe4N）的形式析出于晶界或晶内，Fe4N本身硬而脆3产生时效脆化随时间延长，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析出，形成稳定针状氮化物Fe4N，从而强度上升而塑韧性下降。二氮对金属的作用及

9、控制第17页/共34页（二）控制措施1加强保护，防止空气与液态金属接触（主要措施）2工艺措施 采用短弧焊电弧越短，熔滴在落入熔池过程中与氮的接触时间越短。增大焊接电流电流增大，熔滴过渡频率增加，熔滴与氮的接触时间变短。采用直流反接直流反接时，焊接区温度较低，氮的溶解度小。第18页/共34页3冶金措施 增加焊丝或药皮中的碳含量u 降低氮在钢中的溶解度u 碳氧化生成CO、CO2可加强保护作用u 碳氧化所引起的熔池沸腾有利于氮的逸出 加入钛、铝、锆和稀土等与氮亲和力大的合金元素u 形成稳定的氮化物，而且它们不溶于液态钢而进入熔渣u 对氧的亲和力大，可减少气相中NO的含量第19页/共34页（一）氧的来

10、源（1）弧气中的氧化性气体O2、CO2和水蒸气（2）氧化性熔渣（含FeO、MnO、SiO2）；（3）焊丝、工件表面的氧化铁（Fe3O4）和铁锈（Fe2O3）；三氧对金属的作用及控制第20页/共34页硅酸盐夹杂对碳钢焊缝冲击韧性的影响含夹杂物：10.028-0.030%;20.034-0.053%;30.104-0.110%;40.196%氧（以FeO形式存在）对低碳钢焊缝常温力学性能的影响（二）氧对焊接质量的影响 1降低焊缝的力学性能 O强度、塑性、韧性，尤其低温冲击韧性2使焊缝中有益的合金元素烧损，造成飞溅和CO气孔3降低焊缝导电性、导磁性、耐蚀性等物化性能第21页/共34页（三）氧的控制措

11、施 1严格限制氧的来源（纯化焊接材料，加强保护，清洁母材）2选择正确的焊接规范短弧焊3冶金脱氧在焊接材料中加入脱氧剂（1）锰脱氧：Mn+FeO=(MnO)+Fe（酸性焊条可用锰铁作脱氧剂；碱性焊条不能单独使用）（2）硅脱氧：Si+2FeO=(SiO2)+2Fe（一般不单独使用）（3）硅锰联合脱氧：广泛采用，产物MnOSiO2，熔点低、密度小、容易聚合长大进入渣中。第22页/共34页3.3 硫硫、磷对焊缝金属的作用和控制（2）降低焊缝的韧性，促使冷脆、热脆和层状撕裂，对低合金高强钢还可能是造成冷裂的起源。Fe+FeS(熔点为985)；FeS+FeO(熔点为940)NiS+Ni(熔点644)（一）

12、硫的危害与控制 1存在形式：主要以FeSFeS和MnSMnS的形式存在 2危害：（1）促使金属热裂；原因：低熔共晶物呈液态薄膜形式分布于晶界，割裂了晶粒间的联系。第23页/共34页3控制措施以“限”为主（1）限制硫的来源母材、焊丝、药皮或焊剂 （2）冶金脱硫 元素脱硫：FeS+Mn=(MnS)+Fe，放热反应，脱硫效果差 熔渣脱硫：FeS+(MnO)=(MnS)+(FeO)FeS+(CaO)=(CaS)+(FeO)FeS+(MgO)=(MgS)+(FeO)吸热反应，效果比元素脱硫好的多 ，但依然有限 稀土脱硫：1 1）脱硫；2 2）改变硫化物夹杂的尺寸、形态和分布，尺寸大、呈片状层状分布细小均

13、匀的点状分布 第24页/共34页1存在形式：以Fe2P和Fe3P为主 2危害 促使金属热裂：磷化铁与铁和镍形成低熔点共晶 Fe3P+Fe（1050）Ni3P+Fe（880）碳的存在将促使磷的偏析，使热裂趋向加剧。促使金属冷脆：磷化铁本身硬而脆冷脆（二）磷的危害与控制第25页/共34页3控制措施以“限”为主 焊接时的冶金脱磷措施基本无效，根本措施是严格限制原材料中的含磷量。（1）严格限制母材、填充金属、药皮和焊剂中的含磷量。（2）冶金脱磷2Fe3P+5(FeO)+3(CaO)(CaO)3P2O5)+11Fe （放热反应）第26页/共34页3.4 焊缝中的气孔 一、气孔的类型及危害1气孔的类型（1

14、）按气孔的分布特点：外气孔和内气孔（2）按气孔生成的气体来源：氢气孔、氮气孔、CO气孔和金属蒸气孔 2危害（1）影响焊缝的致密性（2）减小焊缝的有效截面（3）产生应力集中导致裂纹（4）气孔数量多，会显著降低焊缝的塑韧性和疲劳强度 第27页/共34页二、气孔的形貌与形成原因1氢气孔（1）形貌特征：多出现在焊缝表面，气孔断面如螺钉，表面呈喇叭口形，内壁光滑；个别残存在内部，以小圆球状存在 （2）原因：冷却和结晶过程中，氢的溶解度发生了急剧下降，来不及逸出而形成 2氮气孔（1）形貌特征：多出现在焊缝表面，多数成堆出现，和蜂窝相似 （2）原因：保护不好，有较多的空气侵入熔池造成 3CO气孔（1）形貌特

15、征：沿结晶方向分布，象条虫子卧在焊缝内部，内壁有氧化色彩（2）原因：冶金反应产生大量的CO，在结晶过程中来不及逸出 第28页/共34页焊缝中的气孔氢气孔特征 CO气孔特征 第29页/共34页四、影响气孔产生的因素及防止措施（一）影响因素1冶金因素的影响（1）熔渣氧化性的影响 熔渣氧化性熔渣氧化性COCO气孔气孔；熔渣氧化性；熔渣氧化性HH2 2气孔气孔（2）焊条药皮和焊剂的影响 碱性焊条：碱性焊条：CaFCaF2 2去氢；去氢；酸性焊条：活性氧化物去氢酸性焊条：活性氧化物去氢 焊剂：可同时存在焊剂：可同时存在CaFCaF2 2和活性氧化物和活性氧化物（3）焊丝成分 气体保护焊时，焊丝必须含一定

16、量的脱氧剂，且脱氧剂与氧的亲和力还必须大于氢与氧的亲和力，以免形成H2O气孔（4）保护气成分 焊接铝、镁及其合金时，加氧化性气体防氢气孔（5）铁锈和水分对产生气孔的影响 mFemFe2 2OO3 3nHnH2 2O COO CO、氢两类气孔敏感性、氢两类气孔敏感性 第30页/共34页2工艺因素的影响（1）焊接规范的影响 电流：电流小，熔池存在的时间短，不利气体外逸；电流大，熔滴变细，比表面积大，吸收的气体多。过大过小均不利。电压：电压高，弧长大，空气中的氮气容易侵入熔池，出现氮气孔 焊速：焊接速度太大，熔池的结晶速度增大，气体不容易逸出，气孔产生的倾向也增大。（2）电流种类和极性 交流焊直流正

17、接直流反接（3）工艺操作方面的影响 焊前严格清除焊件、焊丝上的铁锈、油污；焊条、焊剂严格烘干；焊接时规范要稳定，尽量采用短弧焊，配合摆动有利于气体析出。第31页/共34页3.5 焊缝中的夹杂一、夹杂物的种类和危害 1氧化物（1）形式：SiO2、MnO、TiO2、Al2O3等，一般多以硅酸盐的形式存在（2）危害：以块状或片状连续存在于晶界时，焊缝中会引起热裂纹 2氮化物（1）形式：主要是Fe4N，硬而脆（2）危害：使焊缝的硬度增大，塑韧性严重下降 3硫化物（1）形式：MnS和FeS（2）危害：形成低熔点共晶物，引起热裂纹第32页/共34页二、防止焊缝中夹杂物的措施1冶金方面：正确选择焊条、焊剂的渣系，使它更好的脱氧、脱硫 2工艺操作（1）选用合适的焊接规范，并加上摆动焊条，以便于熔渣的浮出；（2）多层焊时，应注意清除前层焊缝的残渣；（3）施焊时尽量采用短弧焊，以保护熔池 第33页/共34页感谢您的欣赏第34页/共34页