埋弧焊常见焊接缺陷的成因分析及对策

信阳涉外职业技术学院毕业论文（设计）开题报告书论文（设计）题目：埋弧焊常见焊接缺陷的成因分析及对策学院：信阳涉外职业技术学院专业：焊接技术及自动化班级：2011级焊接班姓名：吴彰建学号：110301002指导教师：张明猛二O一三年七月十五日一、阅读的参考文献（序号，作者，文章题目（书目），刊物名称，出版单位、时间）参考文献：[1]英若采主编.熔焊原理及金属材料焊接[M].-2版.-北京：机械工业出版社，2005.5[2]印有胜编著.金属焊接缺陷及其防止[M].-黑龙江科学技术出版社，1995.6[3]陈伯蠡编著.焊接工程缺陷分析与对策[M].-北京：机械工业出版社，1997.12[4]韩国明主编.焊接工艺理论与技术[M].-2版.-北京：机械工业出版社，2007.1[5]李亚江主编.焊接冶金学：材料焊接性[M].-北京：机械工业出版社，2006.10[6]徐卫东主编.焊接检验与质量管理[M].-北京：机械工业出版社，2008.8[7]张文钺主编.焊接冶金学（基本原理）[M].-北京：机械工业出版社，1995[8]陈伯蠡著.焊接冶金原理[M].-北京：清华大学出版社，1991[9]周振丰主编.焊接冶金[M].-北京.机械工业出版社.1995[10]中国机械工程学会焊接学会，焊接结构设计与制造（XV）委员会.焊接结构设计手册[M].北京：机械工业出版社，1990.3：479-497[11]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第3卷）：焊接结构[M].北京：机械工业出版社，1992.12：671-676[12]史耀武主编.焊接技术手册[M].福州：福建科学技术出版社，2005.4：695-696[13]宗培言主编.焊接结构制造技术与装备[M].北京：机械工业出版社，2007.3：37-41[14]崔忠圻主编.金属学与热处理［M］.哈尔滨工业大学出版社,1989.二、选题理由（本课题研究目的、意义和主要内容，字数要求在1500-2000字）（一）本课题研究目的1、了解埋弧焊常见焊接缺陷的具体分类2、分析埋弧焊常见焊接缺陷的不同原因3、埋弧焊常见焊接缺陷的防治措施4、通过实践加深对理论知识的理解及应用能力（二）本课题研究意义1、埋弧焊的焊接生产率高这主要是因为埋弧焊是经过导电嘴将焊接电流导入焊丝的，与焊条电弧焊相比，导电的焊丝长度短，其表面有无药皮包覆，不存在药皮成分受热分解的限制，所以允许使用比焊条电弧焊大得多的电流，使得埋弧焊的电弧功率、熔透深度及焊丝的熔化速度都相应增大。所以，埋弧焊与焊条电弧焊相比有更高的生产率。2、埋弧焊的焊缝质量好因为埋弧焊时的电弧及熔池均处在焊剂与熔渣的保护之中，保护效果比焊条电弧焊要好。3、埋弧焊的焊接成本较低由于埋弧焊使用的焊接电流大，可使焊件获得较大的熔深，在埋弧焊时可开坡口，因而既节约了因加工坡口而消耗掉的焊件金属和加工工时，也减少了焊缝中焊丝的填充量。而且，由于焊接时金属飞溅极少，又没有焊条头的损失，所以也节约了填充金属。此外，埋弧焊的热量集中，热效率高，故而在单位长度焊缝上所消耗的电能也大大减少。正是由于上述原因，在使用埋弧焊焊接厚大焊件时，可获得较好的经济效益。4、埋弧焊的劳动条件好由于埋弧焊实现了焊接过程的机械化，操作较为简便，焊接过程中操作者只是监控焊机，因而大大减轻了焊工的劳动强度。另外，埋弧焊时电弧是在焊剂层下燃烧，没有弧光的有害影响，放出的烟尘和有害气体也较少，所以焊工的劳动条件大为改善。5、数字化明显数字化是未来发展的方向，国内目前主要是做了外围的数字化，而核心还是模拟的，数字化的真正含义是能控制每一个溶滴过渡，依赖于DSP的高速数据处理，可以对送丝和溶滴过渡进行控制，输出方式多为脉冲。送丝机构使用高精度伺服系统。6、网络化的加快这是数字化的延续，具有网络通信功能，焊接参数可以通过上位机输入，实时参数将被记录，有利于质量分析和控制，能完成网络程序的下载和升级。7、智能化的应用可以应用专家系统实时自动调整参数。8、逆变的普遍应用目前开始应用了，不过技术还不是很成熟，依赖于半导体的进步，以后应该IGBT或者新半导体取代可控硅，逆变的最大好处就是体积小，材料省，节能。（三）本课题研究内容1.影响焊接缺陷的因素（1）材料因素:所谓材料因素是指被焊的母材和所使用的焊接材料，如焊丝、焊条、焊剂、以及保护气体等。所有这些材料在焊接时都直接参与熔池或熔合区的物理化学反应，其中母材本身的材质对热影双区好性能起音决定性的影响。显然所采用的焊接材料对焊缝金属的成份和性能也是关键的因素。好果焊接材料与母材匹配不当，则不仅可以引起焊接区内的至纹、气孔等各种缺陷，而且也可能可起脆化、软化或耐腐蚀等性能变化。所以，为保证获得良好的焊接接头，必须对材料因素予以充分的重视。（2）工艺因素：大量的实践证明，同一种母材在采用不同的焊接方法和工艺措施的条件下，其焊接质量会表现出很大的差别。焊接方法对焊接质量的影响主要可能在两方面：首先是焊接热源的特点，也就是功率密度、加热最高温度、功率大小等，它们可直接改变焊接热循环的各项参数，如线能量大小、高温停留时间、相变温度区间的冷却速度等。这些当然会影响接头的组织和性能;其次是对熔池和附近区域的保护方式，如熔渣保护、气体保护、气-渣联合保护或是在真空中焊接等，这些都会影响焊接冶金过程。显然，焊接热过程和冶金过程必然对接头的质量和性能会有决定性的影响。2.常见焊接缺陷的原因分析（1）结晶裂纹从金属结晶理论知道，先结晶的金属纯度比较高，后结晶的金属杂质较多，并富集在晶粒周界，而且这些杂质具有较低的熔点，例如，一般碳钢和低合金钢的焊缝含硫量较高时，能形成FeS，而FeS与Fe发生作用形成熔点只有988℃的低熔点共晶。在焊缝金属凝固过程中，低熔点共晶被排挤在晶界上，形成“液态薄膜”由于液态薄膜的存在减弱了晶间之间的结合力，晶粒间界的液态薄膜便成了薄弱地带。又因为焊缝金属在结晶的同时，体积在减小，周围金属的约束引起它的收缩而引起焊缝金属受到拉伸应力的作用下，于是相应地产生了拉伸变形。若此时产生的变形量超过了晶粒边界具有的变形塑性时，即可沿这个薄弱地带开裂而形成结晶裂纹。可见，产生结晶裂纹的原因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。因此，液态薄膜是产生结晶裂纹的根源，而拉伸应力是产生结晶裂纹的必要条件。至于近缝区的结晶裂纹，原则上与焊缝上的结晶裂纹时一致的。在焊接条件下，近缝区金属被加热到很高的温度，在熔合区附近达到半熔化状态。当母材金属含有易熔杂质时，那么在近缝区金属的晶界上，同样也会有低熔共晶存在。这时在焊接热的作用下，将会发生熔化，相当于晶粒间的液态薄膜，与此同时，在拉伸应力的作用下就会开裂。焊缝上的结晶裂纹和近缝区的结晶有着相互依赖和相互影响的关系。近缝区的结晶裂纹可能是焊缝结晶裂纹的起源。结晶裂纹的影响因素：通过以上分析可知，结晶裂纹的产生取决于焊缝金属在脆性温度区间的塑性和应变，前者取决于冶金因素，后者取决于力的因素。力的主作用是产生结晶裂纹的的必要条件，只有在力的作用下产生的应变超过材料的最大变形能力时，才会开裂。首先需要分析冶金因素。冶金因素对结晶裂纹的影响：按照金属学的基本原理，决定金属材料性能的根本原因是化学成分。成分的变化将改变合金各组元的溶解度、相得组成与比例、结晶形态及晶粒尺寸。这些因素都将影响焊缝金属的塑性，因而直接或间接的影响结晶裂纹的敏感性。冶金因素和力的因素是影响结晶裂纹形成的两个主要因素，二者之间既有内在的联系，又有各自独立的规律。分析这些因素的作用的主要目的就是找到防止结晶裂纹的措施。至于近缝区的结晶裂纹，原则上与焊缝上的结晶裂纹时一致的。在焊接条件下，近缝区金属被加热到很高的温度，在熔合区附近达到半熔化状态。当母材金属含有易熔杂质时，那么在近缝区金属的晶界上，同样也会有低熔共晶存在。这时在焊接热的作用下，将会发生熔化，相当于晶粒间的液态薄膜，与此同时，在拉伸应力的作用下就会开裂。(2)冷裂纹在焊接生产中经常遇到的主要是延迟裂纹，高强钢焊接时产生延迟裂纹的主要原因是：钢种的淬硬倾向；焊接接头的含氢量及其分布；以及焊接接头的拘束应力状态。上述三条是产生延迟裂纹的三大因素。这三个因素在一定条件下是相互联系，相互制约和相互促进的。①钢种的淬硬倾向焊接接头的淬硬倾向主要决定于钢种的化学成分，其次是焊接工艺，结构板厚及冷却条件等。钢种的淬硬倾向越大在焊接时会产生更多的马氏体组织。特别在近缝区的加热温度很高时奥氏体晶粒严重长大，在快速冷却时，粗大的奥氏体将转变为粗大的马氏体。如果钢种的含碳量很高时，就形成了呈片状的孪晶马氏体。孪晶马氏体的硬度很高，组织很脆，在一定的应力条件下将发生脆性断裂。由于孪晶马氏体对于裂纹和氢脆的敏感性特别强。因此，焊接的热影响区和焊缝的孪晶马氏体越多，则越容易产生裂纹。另一方面钢种的淬硬性越大，也意味着会产生越多的晶格缺陷。金属在焊接时由于受热不平衡的条件下所形成的晶格缺陷主要是空位，在相变应力的作用下可产生较多的位错。空位和位错都会在焊接应力的作用下，发生移动和聚集，当浓度达到一定程度就会产生裂纹源，在盈利的继续作用下就会不断扩展形成宏观的裂纹。②氢的作用氢是引起焊接件产生延迟裂纹的主要原因并且具有延迟的特征。焊接接头的含氢量越高，则裂纹的倾向越大，当含氢量超过某一临界值时，便开始出现裂纹。之后随着含氢量的增多，裂纹的尺寸和数量也在不断的增多。产生延迟裂纹的临界含氢量因钢种的化学成分，预热温度以及冷却速度等而异。虽着碳当量的提高，产生裂纹的临界含氢量将降低。③焊接接头的拘束应力状态在焊接时主要存在以下应力：不均匀加热和冷却所产生的热应力，在焊接时焊接区由于受热发生膨胀，因而承受压应力，冷却时由于收缩又承受拉应力，焊后将产生不同程度的残余应力。在力的做用下，会引起氢的聚集产生氢致裂纹；金属相变时产生的组织应力奥氏体分解时会引起体积膨胀；结构自身拘束条件所造成的应力包括结构的刚度，焊缝的位置，焊接顺序，构件的自重，负载情况，以及其它受热部位冷却过程中的收缩等均会使焊接接头承受不同的应力。当焊接应力达到临界拘束应力值时，就可能开始产生裂纹。(3)再热裂纹产生的原因对于形成再热裂纹的机理，至今还没有较全面和确切的解释，从晶内二次硬化、晶界杂质的析集和蠕变脆化的观点进行的解释，都只能适应再热裂纹的某些特征。总的认为再加热时，由于第一次热过程中饱和的碳化物（主要是钒、钼、铬等的碳化物）再次析出，造成晶内强化、使滑移应变集中于原先奥氏体晶界，而再加热时晶界上又会析集钢中的有害杂质（如锑、砷等），降低了晶界塑性应变能力，即造成晶界的弱化或脆化，当晶界的塑性应变能力不足以承受松弛应力过程中所产生的应变时，就产生再热裂纹。(4)气孔的产生原因气孔的形成机理常温固态金属中气体的溶解度只有高温液态金属中气体溶解度的几十分之一至几百分之一,熔池金属在凝固过程中,有大量的气体要从金属中逸出来。当凝固速度大于气体逸出速度时,就形成气孔。产生气孔的主要原因母材或填充金属表面有锈、油污等,焊丝及焊剂未烘干会增加气孔量,因为锈、油污及焊条药皮、焊剂中的水分在高温下分解为气体,增加了高温金属中气体的含量。焊接线能量过小,熔池冷却速度大,不利于气体逸出。焊缝金属脱氧不足，焊芯锈蚀或药皮变质、剥落等因素也会增加氧气孔。此外，埋弧自动焊电压过高等，接头未清理干净，焊剂中混有垃圾，焊剂覆盖层厚度不当或焊剂斗阻塞，焊丝表面清理不够，电压过高都易在焊接过程中产生气孔。气孔的危害气孔减少了焊缝的有效截面积,使焊缝疏松,从而降低了接头的强度,降低塑性,还会引起泄漏。气孔也是引起应力集中的因素。氢气孔还可能促成冷裂纹的出现。(5)接头组织和性能不符合要求的产生原因焊材与母材匹配不当,或焊接过程中元素烧损等原因,容易使焊缝金属的化学成份发生变化,或造成焊缝组织不符合要求。这可能带来焊缝的力学性能的下降,还会影响接头的耐蚀性能。(6)焊缝残余变形的产生原因焊接过程对焊件进行了局部的，不均匀的加热是产生焊接变形的原因。焊接以后焊缝和焊缝附近的金属都发