材料加工理论-焊接-第四章

第四章焊接缺欠第四章焊接缺欠4.1概述焊接缺欠及焊接缺陷焊接接头中的不连续性、不均匀性以及其他不健全性的欠缺，统称为焊接缺欠。IIW第V委员会提出的焊接缺欠容限标准用于质量管理的标准为QA，适合于使用目的的质量标准为QB。已使具体焊接产品不符合其使用性能要求的焊接缺欠，即不符合QB水平要求的缺欠，称为焊接缺陷。第四章焊接缺欠4.1概述焊接缺欠的分类GB/T6417-1986裂纹孔穴固体夹杂未熔合未焊透形状缺欠其他缺欠焊接缺欠的分类IIW-SST-1157-1990不连续缺欠裂纹气孔夹渣未熔合几何偏差缺欠错边角变形第四章焊接缺欠4.2焊缝中的偏析和夹杂物1、焊缝中的偏析：焊缝金属非平衡凝固导致焊缝金属的化学成分不均匀性（1）显微偏析（微观偏析、晶界偏析）发生在柱状晶晶内以及柱状晶晶界。常见于液相线与固相线温度区间较宽的钢或合金焊缝中。C、S、P是最易偏析的元素，焊接过程中需要严格控制。合金元素的交互作用，往往促进偏析。当钢中w（C）由0.1%增加到0.47%时，可使S偏析增加65%-70%。HY80钢TIG自熔焊缝中Ni的偏析第四章焊接缺欠4.2焊缝中的偏析和夹杂物（3）区域偏析（宏观偏析）焊缝柱状晶晶体从熔合线联生向焊缝中心外延结晶生长过程中，结晶界面杂质含量升高，形成偏析。快速焊时柱状晶的成长1、焊缝中的偏析（2）层状偏析焊缝金属截面经浸蚀，可看到颜色深浅不同的分层结构焊缝中的层状结构a)焊条电弧焊b)电子束焊第四章焊接缺欠4.2焊缝中的偏析和夹杂物2、焊缝中的夹杂物氧化物：主要是SiO2、MnO、TiO2、CaO和Al2O3，主要危害：降低焊缝韧性。氮化物:Fe4Ni，降低焊缝塑性、韧性。硫化物:FeS、MnS，增加热裂纹敏感性。第四章焊接缺欠4.3焊缝中的气孔/4.3.1气孔的分类1、析出型气孔因气体在液、固金属中的溶解度差造成过饱和状态的气体析出所形成的气孔。氢与氮在Fe中溶解度的变化第四章焊接缺欠4.3焊缝中的气孔/4.3.1气孔的分类1、析出型气孔氢气孔对低碳钢和低合金钢焊接而言，在大多数情况下，气孔出现在焊缝的表面上。对于铝、镁合金时，由于液态金属中氢溶解度随温度下降而急剧降低，析出气体，在凝固时来不及上浮而残余在焊缝中。气孔的断面形状如同螺钉状，在焊缝的表面上堪称喇叭口形，气孔的四周有光滑的内壁。氢气孔的特征第四章焊接缺欠4.3焊缝中的气孔/4.3.1气孔的分类1、析出型气孔氮气孔对低碳钢和低合金钢焊接而言，在大多数情况下，气孔出现在焊缝的表面上。气孔成堆出现，如蜂窝相似。[C]+[O]=CO,[FeO]+[C]=CO+[Fe]2、反应型气孔：熔池中由于冶金反应产生不熔于液态金属的CO，H2O而生成的气孔CO气孔在焊接碳钢时，当液态金属中的碳含量较高而脱氧不足时会通过冶金反应生成CO：第四章焊接缺欠4.3焊缝中的气孔/4.3.1气孔的分类CO气孔高温时生成的CO会以气泡的形式从液态金属中高速逸出形成飞溅，而不形成气孔。热源离开后，熔池开始凝固时，CO形成的气泡来不及逸出时便产生了气孔。由于CO形成的气泡是在结晶面上产生的，因此形成了沿结晶方向条虫状的内气孔。CO气孔的特征第四章焊接缺欠4.3焊缝中的气孔/4.3.2气孔的形成机理1、气泡的生核两个条件：存在过饱和气体、满足气泡能量生核的能量消耗。2、气泡的长大cacaGrPPPP2气泡临界半径。力；金属与气泡间的界面张压力；由表面张力构成的附加大气压力；总和；气泡中各种气体分压的ccaGrPPP第四章焊接缺欠4.3焊缝中的气孔/4.3.2气孔的形成机理3、气泡的逸出（1）脱离表面（2）上浮气泡脱离现成表面示意图第四章焊接缺欠4.3焊缝中的气孔/4.3.2气孔的形成机理4、熔池的结晶速度气孔的形成示意图a)小结晶速度b)大结晶速度第四章焊接缺欠4.3焊缝中的气孔防止焊缝形成气孔的措施消除气孔来源表面处理焊接材料的防潮和烘干加强保护正确选用焊接材料控制焊接工艺条件第四章焊接缺欠4.4焊接裂纹的分类焊接裂纹的宏观形态及其分布第四章焊接缺欠4.4焊接裂纹的分类热裂纹：焊接时高温下产生的裂纹结晶裂纹：焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足不能及时填充，在应力作用下发生沿晶开裂。高温液化裂纹：近缝区或多层焊的层间部位，在焊接热循环作用下，由于被焊金属含有较多的低熔点共晶而重新被熔化，在拉伸应力的作用下，沿奥氏体晶界发生开裂。多边化裂纹：焊接时焊缝或近缝区在固相线稍下的高温区，由于刚凝固的金属中存在很多晶格缺陷及严重的物理和化学不均匀性，在一定的温度和应力作用下，这些晶格和缺陷的迁移和聚集，便形成了二次边界，即“多边化边界”。因边界上堆积了大量的晶格缺陷，所以强度和塑性都很差，只要轻微的拉伸应力，就会沿多边化的边界开裂。第四章焊接缺欠4.4焊接裂纹的分类再热裂纹：厚板结构，并含有某些沉淀强化合金元素的钢材，在进行消除应力热处理或在一定温度下服役的过程中，在焊接热影响区粗晶区部位发生的裂纹。冷裂纹：焊后冷至较低温度下产生的裂纹。延迟裂纹：不在焊后立即出现，而是有一个孕育期，具有延迟现象。淬硬淬化裂纹：一些淬硬倾向很大的钢种，即使没有氢的诱发，仅在拘束应力作用下，也能导致开裂。低塑性脆化裂纹：某些塑性较低的材料，冷至低温时，由于收缩力而引起的应变超过了材质本身所具有的塑性储备或材质变脆而产生的裂纹第四章焊接缺欠4.4焊接裂纹的分类层状撕裂：焊接板厚较大的结构时，有时出现平行于轧制方向的阶梯形裂纹。T型接头的层状撕裂第四章焊接缺欠4.4焊接裂纹的分类应力腐蚀裂纹：焊结构件在腐蚀介质和拉伸应力的共同作用下，产生一种延迟破坏的现象。应力腐蚀开裂（Inconel合金在氯离子的高温水中）