第五章 焊接缺陷及控制.ppt
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1、第一节 焊缝中的气孔第二节 焊缝中的偏析和夹杂 第五章第五章 焊接缺陷及控制焊接缺陷及控制第三节 焊接裂纹第四节 其它焊接缺陷 气孔的概念气孔:焊接时的,熔池中的气泡在凝固时未能溢出而残留下来所形成的空穴称之为气孔。气孔是焊接时严重的工艺缺陷之一。气孔削弱焊接接头的有效工作面积,同时还会带来应力集中,降低接头的强度、塑 性及疲劳强度。第一节 焊缝中的气孔气孔分类气孔分类根据气孔产生的部位不同可分为表面气孔和内部气孔。根据气孔分布状态不同可分为单个气孔、疏散气孔、密集气孔、连续气孔。根据气孔的形态可分为条状气孔、针状气孔和球形、椭圆形气孔等。气孔缺陷在底片上的影像描述气孔在底片上影像是黑色圆点,
2、也有呈黑长条状的或其它不规则形状,气孔的轮廓比较圆滑,其黑度中心较大,至边缘稍减少。密集气孔在底片上的形态密集气孔在底片上的形态密集气孔单个气孔在底片上的形态单个气孔在底片上的形态单个气孔连续气孔在底片上的形态连续气孔在底片上的形态气孔产生原因具体分为二种类型(1)冶金因素对气孔的影响。焊接时,焊缝金属发生冶金反应产生气孔。焊条电弧焊焊条药皮起保护作用时发生化学反应也生成气孔。母材表面油、锈及污物分解,焊剂的化学成分等都有可能产生气孔。气孔产生原因(2)工艺因素对气孔的影响。工艺因素包括:焊接规范、电流种类、电弧高低、操作技术等。直流反接时气孔倾向最小,这时工件是负极下面对冶金因素、工艺因素这
3、二种因素对气孔的影响做具体讲解。气孔产生的原因气孔产生的原因(1)焊条或焊剂受潮,使用前未按规定烘干并保温易产生气孔。碱性焊条烘干温度是350-4500C,酸性焊条烘干温度不超过2000C,一般是70-1500C焊条领用要使用焊条保温筒。埋弧自动焊时如果焊剂受潮在焊道中产生连续气孔.气孔产生的原因气孔产生的原因埋弧自动焊焊剂中混有垃圾。埋弧自动焊焊剂覆盖层厚度不当。埋弧自动焊焊剂漏斗堵塞。埋弧自动焊焊丝表面清理不净。气孔产生的原因气孔产生的原因(2)焊条药皮失效、剥落或烘干温度过高、使药皮中部分成份变质。(3)施焊前未将母材(特别是焊缝坡口附近)的金属铁锈、油污去除。或焊剂中混合异种造气物质。
4、气孔产生的原因气孔产生的原因(4)熔化金属冷却速度过快,电弧热能小或焊接速度过快。导致气体在熔池中来不及上浮溢出。(5)采用过大电流,是焊条发红导致药皮失效,或碱性低氢形焊条焊接时电弧过长。(6)手工钨极氩弧焊时氩气纯度低,保护不良。气孔产生的原因气孔产生的原因焊接时要采用纯度为99.99%的氩气。焊接时要提前送气,滞后停气。正确连接气管、水管不可混淆。做好焊前的清理工作。选择好保护气流量、喷嘴尺寸、电极伸出长度等。气孔产生的原因气孔产生的原因CO2气体保护焊产生气孔的原因:气体不纯或供气不足。焊接时卷入空气。预热器不起作用。野外施工时风大,保护不完全。喷嘴被飞溅物堵塞,不通畅。喷嘴与工件距离
5、过大。气孔产生的原因气孔产生的原因焊接区有水,油锈等。电弧过长,电弧电压高。焊丝含硅、锰量不足。(7)电弧过长或偏吹,熔池保护效果不好,空气侵入熔池。低氢型焊条焊接时要采用短弧焊,配合摆动利于气体逸出。气孔产生的原因气孔产生的原因(8)运条方法不当,收弧动作太快,易产生缩孔,接头引弧动作不正确,易产生密集气孔。(9)焊接电流太小或焊接速度过快,熔池存在时间太短,气体来不及从熔池金属中逸出。(10)基本金属和焊条钢芯含碳量高,焊条药皮脱氧能力差。防止产生气孔的措施(1)焊前将坡口两侧20-30mm范围内的油污、锈、水分清除干净。(2)严格按焊条说明书规定的温度和时间烘干焊条。(3)正确选择焊接工
6、艺参数,正确操作。(4)要预热。防止产生气孔的措施(4)尽量采用短弧焊接,野外焊接施工要有防风设施。(5)不允许使用失效的焊条,如焊芯锈蚀,药皮开裂,剥落,偏心度过大等。1 1 焊缝中的偏析和夹杂焊缝中的偏析和夹杂1.1 1.1 偏析的形成及控制偏析的形成及控制 1.1.偏析的种类及形成原因偏析的种类及形成原因 (1)(1)显微偏析显微偏析第二节第二节 焊缝中的偏析和夹杂焊缝中的偏析和夹杂 (2)(2)区域偏析区域偏析 (3)(3)层状偏析层状偏析 2.2.偏析的控制措施偏析的控制措施 (1)(1)细化焊缝晶粒细化焊缝晶粒 (2)(2)适当降低焊接速度适当降低焊接速度1.2 1.2 夹杂的形成
7、及控制夹杂的形成及控制 1.1.夹杂的形成及控制夹杂的形成及控制 (1)(1)夹渣;夹渣;(2)(2)反应形成新相反应形成新相 氧化物;氮化物;硫化物;氧化物;氮化物;硫化物;(3)(3)异种金属。异种金属。夹杂物产生的原因现在常用的熔焊方法保护效果好,焊缝中很少出现氮化物夹杂,只有在保护不好时,焊缝中才有较多的氮化物。(3)硫化物硫化物主要来源于焊条药皮或焊剂,经冶金反应后转入熔池,有时也是由于母材或焊丝中的含硫量偏高而形成的硫化物夹杂。夹杂物产生的原因(二).金属夹渣物(4)夹渣上面讲的夹杂物都是析出或反应生成的,都属于微观夹杂物。还有一种因工艺不当由熔渣直接混入的,通常称夹渣,如手工电弧
8、焊时,运条不当,坡口边缘会出现夹渣,横焊时经常出现。(5)钨夹渣夹杂物产生的原因由于钨极氩弧焊中的钨极烧损,钨极触及熔池或焊丝剥落熔入焊缝中生成。(1)焊接电流过大。(2)钨极直径太小。(3)氩气保护不良。防止焊缝中产生夹渣物的措施防止焊缝中产生夹渣物最重要的措施是正确选择焊条,焊剂的种类,。其次是注意工艺方面的操作。(1)选择合适的焊接规范,使熔池存在的时间不要太短,防止熔池金属凝固过快。(2)多层焊接时,要注意消除前层焊缝的熔渣。防止焊缝中产生夹渣物的措施(3)焊条要适当摆动,随时调整焊条角度和运条方法,使铁水与熔渣分离,以利于熔渣浮出。(4)操作时要注意保护熔池,防止空气侵入熔池。(5)
9、焊接速度不易太快,保证熔池内的熔渣有充分的时间上浮。(6)焊接电流不要太小。夹渣缺陷在底片上的影像描述 夹渣在底片上影像是黑点、黑条或黑块,形状不规则,黑度变化无规律,轮廓不圆滑,有的带棱角。钨夹渣在底片上是白点。夹渣物底片上的形态点状夹渣物夹渣物底片上的形态 块状夹渣物夹渣物底片上的形态 条状夹渣夹渣物底片上的形态夹钨第三节第三节 焊接裂纹焊接裂纹一、焊接裂纹的危害 二、焊接裂纹的分类 焊接结构产生裂纹轻者需要返修,浪费人力、物力、时间,重者造成焊接结构报废,无法修补。更严重者造成事故、人身伤亡。如1969年有一艘5万吨的矿石运输船在太平洋上航行时,断裂成两段而沉没,在压力容器破坏事故中,有
10、很多都是由于焊接裂纹造成。因此,解决研究焊接裂纹已成为当前主要课题。一、焊接裂纹的危害一、焊接裂纹的危害越南桥梁坍塌造成大量人员伤亡1943年美国T-2油轮发生断裂焊缝中纵向裂纹焊缝中纵向裂纹 焊缝中横向裂纹焊缝中横向裂纹 热影响区纵向裂纹热影响区纵向裂纹热影响区横向裂纹热影响区横向裂纹 火口火口(弧坑弧坑)裂纹裂纹 焊道下裂纹焊道下裂纹焊缝内部晶间裂纹焊缝内部晶间裂纹 焊趾裂纹焊趾裂纹 热影响区焊缝贯穿裂热影响区焊缝贯穿裂 焊缝根部裂纹焊缝根部裂纹二、焊接裂纹的分类二、焊接裂纹的分类 分类分类:1.按裂纹分布的走向分按裂纹分布的走向分 纵向裂纹2.2.按裂纹发生部位分按裂纹发生部位分 横向裂
11、纹 纵向裂纹 星形(弧形裂纹)焊缝金属中裂纹 热影响区中裂纹焊缝热影响区贯穿裂纹3.3.按裂纹产生本质分按裂纹产生本质分 1)热裂纹)热裂纹产生温度:产生温度:高温下存在部位:存在部位:焊缝、热影响区特征:特征:沿原奥氏体晶界开裂(均是沿晶开裂),其裂口均有明显的氧化色彩。分类:分类:结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹结晶裂纹结晶裂纹 焊缝结晶过程中,在固相线附近温度,由于凝固金属的收缩,残余液体金属不足而产生。主要产生在含杂质较多的碳钢、低合金钢和单相奥氏体钢焊缝中。液化裂纹液化裂纹 焊接热循环峰值温度作用下,在近缝区或多层焊的层间部位低熔共晶被重新熔化,在拉伸应力作用下开裂。主要发生在铬镍高强
12、钢、奥氏体钢种,母材和焊丝中S、P、Si、C偏高时液化裂纹倾向严重。多边化裂纹多边化裂纹 焊缝或近缝区,在固相线稍下温度的高温区,刚凝固的金属中存在晶格缺陷(形成多边化边界),使强度和塑性很差,在很小的拉伸应力下开裂。多发生在纯金属或单项奥氏体合金中。热裂纹分类:热裂纹分类:HAZ液化裂纹液化裂纹结结晶晶裂裂纹纹多边化裂纹多边化裂纹2)冷裂纹冷裂纹产生温度:产生温度:大体在+100-100之间 较多发生在Ms点附近存在部位存在部位:多在热影响区,少量在焊缝。特征(断口):特征(断口):冷裂纹最易发生在有一定淬硬倾向的钢种接头中(中、高碳钢,高强钢等);宏观断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征。
13、微观看:沿晶开裂,但也有穿晶(晶内)开裂,也可沿晶和穿晶混合开裂。冷裂纹分类:冷裂纹分类:延迟裂纹、淬硬脆化裂纹和低塑性脆化裂纹延迟裂纹延迟裂纹 在淬硬组织、氢和拘束应力的共同作用下而产生的具有延迟特征的裂纹。主要产生在含沉淀强化元素的高强钢、珠光体钢、奥氏体钢、镍基合金等钢种。淬硬脆化(淬火)裂纹淬硬脆化(淬火)裂纹 由淬硬组织,在焊接应力作用下产生的裂纹。淬硬倾向大的组织易产生这种裂纹(与氢含量关系部大)。如含碳的NiCrMo钢、马氏体不锈钢、工具钢。低塑性脆化裂纹低塑性脆化裂纹 在较低温度下,由于被焊材料的收缩应变,超过了材料本身的塑性储备而产生的裂纹。多发生在铸铁、堆焊硬质合金。冷裂纹
14、分类:冷裂纹分类:冷裂纹冷裂纹延迟裂纹延迟裂纹3)再热裂纹(消除应力裂纹)再热裂纹(消除应力裂纹)由于重新加热(消除应力热处理)过程中产生称再热裂纹消除应力裂纹。产生温度:产生温度:600700回火处理产生部位:产生部位:热影响区的粗晶区特征:特征:沿晶开裂再热裂纹 4)层状撕裂:)层状撕裂:由于轧制母材内部存在有分层的夹杂物(特别是硫化物夹杂物)和焊接时产生的垂直轧制方向的应力,使热影响区附近地方产生呈“台阶”状的层状断裂并有穿晶发展。产生温度:约400以下产生部位:热影响区附近裂纹形状:平行于轧制方向的阶梯型层状撕裂层状撕裂 5)应力腐蚀裂纹()应力腐蚀裂纹(SCC):):焊接构件在腐蚀介
15、质和拉伸应力共同作用下所产生的延迟破裂现象,称应力腐应力腐蚀裂纹蚀裂纹。焊接热裂纹焊接热裂纹 一、焊缝中的结晶裂纹 特征、产生机理、影响因素、防止措施二、热影响区液化裂纹 特征、防止措施 一、焊缝中的结晶裂纹一、焊缝中的结晶裂纹 1.结晶(凝固)裂纹的结晶(凝固)裂纹的形成机理形成机理 焊缝金属在凝固过程中,先结晶的金属较纯,后结晶的金属含杂质较多,并富集在晶界,所形成的共晶都具有较低熔点(如FeS与Fe共晶温度988)。在结晶后期,已经长大的晶粒阻碍了尚存在的液态金属的流动,低熔共晶物被排挤在柱状晶交遇的中心部位,形成“液态薄膜液态薄膜液态薄膜液态薄膜”,同时由于收缩而受到了拉伸应力,可能会
16、在这个薄弱地带开裂,形成结晶裂纹。1)产生部位:)产生部位:结晶裂纹都是沿焊缝树枝状晶的交界处发生和发展的。一般产生在焊缝中心位置,最常见的是沿焊缝中心纵向开裂,有时也发生在焊缝内部的两个树枝状晶体之间。结结晶晶裂裂纹纹2 2)熔池各阶段产生结晶裂纹的倾向)熔池各阶段产生结晶裂纹的倾向 简单的说,结晶裂纹的产生就在于焊缝中存在液态薄膜和在焊缝凝固过程中受到拉伸应力共同作用的结果。产生结晶裂纹原因:液态薄膜 拉伸应力 液态薄膜根本原因 拉伸应力必要条件以低碳钢焊接为例可把熔池的结晶分为以下三个阶段 液固阶段:液固阶段:不会产生裂纹固液阶段:固液阶段:这一区也称为“脆性温度区”即图上a、b之间的温
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