焊接缺陷及其控制课件.pptx
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《焊接缺陷及其控制课件.pptx》由用户(三亚风情)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 焊接 缺陷 及其 控制 课件
- 资源描述:
-
1、1第四章焊接缺陷及其控制2一一 焊缝的偏析和夹杂焊缝的偏析和夹杂化学不均匀性:结晶过程中化学成分的一种偏析现象。偏析是热裂纹的内因。1.偏析的种类及形成原因 显微偏析、 区域偏析和层状偏析(1).显微偏析:指晶粒边界或一个晶粒内部亚晶界或树枝状晶的晶枝之间的偏析。4-1 4-1 焊缝中的偏析和夹杂焊缝中的偏析和夹杂 裂纹、孔穴、固体夹杂、未熔合和未焊透、形状缺陷、其他缺陷3晶轴上含有熔点较高的成分,熔点较低的成分则集中在枝晶枝干与枝干间的孔隙以及柱状枝晶的晶粒边界,称枝晶偏析。4020406080100020406080100距离D(m)浓度C(Wt%) Zn元素元素 Al 元素元素 Cu元素
2、元素 界面复合材料钎焊界面的元素分布Zn富集5(2 2)宏观偏析(区域偏析)宏观偏析(区域偏析) 指焊缝边缘到焊缝中心,宏观上的成分不均匀性,焊缝金属以柱状晶长大,把杂质推向熔池中心,中心杂质浓度逐渐升高,使最后凝固的部位发生较严重的偏析.6(3 3)层状偏析)层状偏析 由于化学成分分布不均匀引起分层现象。焊缝横断面经浸蚀之后,可以看到颜色深浅不同的分层结构形态称为结晶层。7危害:层状偏析不仅造成焊缝力学性能不均匀性,还可沿层状线形成裂纹或气孔。产生原因:由于结晶过程放出结晶潜热和熔滴过渡时热能输入周期性变化,致使凝固界面的液体金属成分也发生周期性的变化。根据采用放射性同位素进行焊缝中元素分布
3、规律的研究证明,产生层状偏析的原因是由于热的周期性作用而引起的。82. 偏析的控制措施(1)细化焊缝晶粒晶界多,偏析分散(2)适当降低焊接速度椭圆熔池、人字形状柱状晶9二、夹杂的形成及控制二、夹杂的形成及控制 1. 1. 夹杂的形成夹杂的形成 及危害及危害 金属夹杂金属夹杂、非金属夹杂非金属夹杂(1)(1)非金属夹杂非金属夹杂 1)氧化物 SiO2、MnO、TiO2、Al2O3 热裂,硬度韧性层状撕裂 2)氮化物Fe4N 脆硬相,硬度韧性 3)硫化物 FeS MnS 热裂,层状撕裂102.2.夹杂的防止措施夹杂的防止措施1)合理选用焊接材料,充分脱氧脱硫;2)选用合理规范,以利于熔渣的浮出;3
4、)多层焊时,清渣;4)焊条摆动;5)保护溶池,防止空气侵入。(2) 金属夹杂金属夹杂 1)熔渣 2)钨 、 铜大尺寸的金属夹渣是有害的114-2 4-2 焊缝中的气孔焊缝中的气孔一、一、气孔的类型及分布特征气孔有的产生在焊缝表面,也有的产生在内部,有的以单个存在,有的成堆出现。一类:高温时溶解的气体H2和N2二类:冶金反应产生的气体CO和 H2O 在结晶过程中气孔来不及逸出是气孔形成的根本原因。12131 1、析出型气孔、析出型气孔 H H2 2 、NN2 2 H H2 2气孔特征:气孔特征:多出现在焊缝表面,断面形状多为螺钉状,从焊缝表面看呈园喇叭口形,气孔的四周有光滑内壁。有个别残存在内部
5、,以小圆球状存在。产生原因产生原因:焊接过程中,熔池金属吸收大量的氢气,在冷却和结晶过程中,氢的溶解度发生了急剧下降,熔池冷却速度快,来不及逸出,残存在内部,发生了氢的过饱和,使焊缝中形成具有喇叭口形的表面气孔。 14氮气保护TIG紫铜焊缝外观形貌 N2气孔氮气孔也多在焊缝表面,但多数情况下是成堆出现,与蜂窝相似。氮的来源,主要是由于保护不好,有较多的空气侵入熔池所致。152 2、COCO气孔气孔特征:特征:焊缝内部,条虫状,表面光滑。产生原因:产生原因:高温冶金反应。CO不溶于液态金属,在高温时,CO以气泡的形式猛烈地逸出,但熔池结晶时,CO不易逸出,此反应为吸热反应,促使结晶速度加快,CO
6、形成气泡不能逸出,沿结晶方向形成条虫形内气孔。 FeOCCOFe 1617二、气孔形成机理及影响因素二、气孔形成机理及影响因素1.气体的来源(1)空气侵入熔池 N2(2)焊材吸潮 H2(3)工件及焊丝表面的氧化膜、铁锈和油污 氧化膜H ; 铁锈H +O; 油污H 182 2、气孔形成机理、气孔形成机理 气孔的形成:生核-长大-逸出: 1)浮出:无气孔 2)浮不出:气孔(1 1) 气泡的生核气泡的生核具备条件:液态金属中有过饱和的气体 要满足气泡生核的能量提条件11 cosaphlAEPP VAA现成表面形核能量:Aa/A ,越易形核 相邻枝晶的凹陷处易产生气孔19(2)(2)气泡的长大气泡的长
7、大PhP0Ph=PH2+PN2+PCO+.P0=Pa+Pm+Ps+Pc21hacpppr Pa-大气压 Pc-界面张力构成的附加压力-金属与气体的表面张力 r-气泡半径长大条件:20气泡形成初期,r很小,附加压Pc则很大,气泡很难形成。焊接时,由于熔池内存在着很多现成表面,如柱状晶粒和液态金属相接触的地方形成,这些地方由于界面张力的作用,气泡不成园形,可以得到较大的曲率半径r使Pc减小。21(3)(3)气泡上浮气泡上浮 1)产生气孔的条件evR2)结晶速度 : R较小时,气泡有充分时间逸出,无气孔,气泡易上浮;R大时,气泡上浮时间短,可能残余在焊缝内部22 3)气泡上浮速度 :229LGegr
8、v当r,Ve易浮出液体金属密度越大,Ve不易形成气孔影响最大,T,易上浮Ve。T,Ve易形成气孔 233 3 影响生成气孔的因素及防止措施影响生成气孔的因素及防止措施 焊接材料、工艺因素二个方面讨论。(1) 焊接材料的影响 1) 熔渣的氧化性 COH2 2)焊条药皮和焊剂的影响 CaF SiO2 H2 3)保护气的影响 活性好于惰性4)焊丝成分的影响 充分脱氧24(2)焊接工艺对气孔的影响 1)焊接规范的影响 电流, 熔池存在时间,气体外逸;电压,N气孔;焊速,气孔增加.2)电流种类及极性 直流反接,气孔小(溶滴为正)直流正接,气孔多(溶滴为阴极收)交流焊接,气孔更多25三、气孔的防止措施三、
9、气孔的防止措施1.消除气体来源1)加强保护 2)烘干焊条 3)焊件去油、锈2.正确选用焊接材料1)调整氧化性 2)加CO2或O2 3)CO2焊时应脱氧3.控制焊接工艺条件1)电弧稳定 2)短弧,直流反接 3)铝合金TIG,小的热输入4)铝合金MIG,大的热输入26第一节概述第二节焊接热裂纹第三节焊接冷裂纹第四节再热裂纹第五节层状撕裂第六节应力腐蚀裂纹第七节焊接裂纹综合分析和判断第五章第五章 焊接裂纹焊接裂纹27重点内容1、裂纹的分类用一般特征2 2、结晶裂纹的形成机理、影响因素,及其防、结晶裂纹的形成机理、影响因素,及其防冶措施冶措施3 3、焊接冷裂纹的形成机理,、焊接冷裂纹的形成机理,4、应
10、力腐蚀裂纹形成机理、层状撕裂产生原因及防止、焊接裂纹综合分析及判断,各种裂纹断口形貌特征。285-15-1概述概述 一、危害性一、危害性 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。29二、种类二、种类各种不同类型的裂纹各种不同类型的裂纹焊缝中纵向裂纹焊缝上横向裂纹焊缝中纵向裂纹焊缝上横向裂纹热影响区纵向裂纹热影响区横向裂纹热影响区纵向裂纹热影响区横向裂纹火口(弧坑
11、)裂纹焊道下裂纹火口(弧坑)裂纹焊道下裂纹焊缝内部晶间裂纹焊趾裂纹焊缝内部晶间裂纹焊趾裂纹热影响区焊缝贯穿裂纹焊缝根部裂纹热影响区焊缝贯穿裂纹焊缝根部裂纹3031 分类分类: : 1 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323 3 、按产生本质分类、按产生本质分类1 1)、)、热裂纹热裂纹 (高温裂纹)(高温裂纹)产生:产生:热裂纹(高温裂纹)高温下产生存在部位存在部位:焊缝为主,热影响区特征:特征:宏观看, 沿焊缝的轴向成纵向分布(连续或继续)也可
12、看到缝横向裂纹,裂口均有较明显的氧化色彩,表面无光泽,微观看,沿晶粒边界(包括亚晶界)分布,属于沿晶断裂性质331) 1)、热裂纹分类、热裂纹分类a. a. 结晶裂纹结晶裂纹:在凝固的过程-结晶过程中产生b. b. 高温液化裂纹高温液化裂纹:在高温下产生,钢材或多层焊的层间金属含有低熔点化合物经重新溶化,在收缩应力作用下,沿奥氏体晶间发生开裂c. c. 多边化裂纹多边化裂纹:产生温度低于固相线温度,存在晶格缺陷(位错和空位),物理化学的不均匀性,在应力作用下,缺陷聚集形成多边化边界,使强度塑性下降,沿多边化边界开裂,多发生纯金属或单相奥氏体合金焊缝。34HAZ液化裂纹晶间裂纹多边化裂纹3536
13、2 2)、再热裂纹)、再热裂纹(消除应力处理裂纹)(消除应力处理裂纹) 由于重新加热(热处理)过程中产生称再热裂纹消除应力处理裂纹。37383 3)、冷裂纹)、冷裂纹产生产生温度温度:温度区间在+100-75之间 存在存在部位部位: :多在热影响区,但也有发生在焊缝。特征(断口):特征(断口):宏观断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征。微观看:微观看:晶间断裂,但也可穿晶(晶内)断裂,也可晶间和穿晶混合断裂。39冷裂纹分类:冷裂纹分类:a. a. 延迟裂纹延迟裂纹:特点不在焊后立即出现,有一段孕育期产生迟滞现象称延迟裂纹。b. b.淬硬脆化裂纹淬硬脆化裂纹(淬火裂纹)(淬火裂纹):淬硬倾向大的
14、组织易产生这种裂纹(与氢含量关系不大)。 c. c.低塑性脆化裂纹低塑性脆化裂纹:在比较低的温度下,由于收缩应变超过了材料本身的塑性储备产生的裂纹称低塑性脆化裂纹。40延迟裂纹41 4 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。 42 5 5)、应力腐蚀裂纹:)、应力腐蚀裂纹: 金属材料在某些特定介质和拉应力共同作用下所产生的延迟破裂现象,称应力腐蚀裂纹。 43三三、热裂纹与冷裂纹的基本特点、热裂纹与冷裂纹的基本特点 裂纹裂纹 热裂纹热裂纹 冷裂纹冷裂纹 产生
15、温度 高温下产生 低温下产生 宏观特征沿焊缝的轴向成纵向分布,也有横向分布,裂口均有氧化色彩表面无光泽 断口具有发亮的金属光泽微观特征沿晶粒边界分布,属于沿晶断裂性质 晶间断裂,也有穿晶内断裂,也有晶间和穿晶混合断裂 产生部位 焊缝、热影响区 热影响区、焊缝本节结束445-2 5-2 焊接热裂纹焊接热裂纹 一、结晶裂纹一、结晶裂纹 1 1、 产生机理产生机理 1 1)产生部位)产生部位:结晶裂纹大部分都沿焊缝树枝状结晶的交界处发生和发展的,常见沿焊缝中心长度方向开裂即纵向裂纹,有时焊缝内部两个树枝状晶体之间。对于低碳钢、奥氏体不锈钢、铝合金、结晶裂纹主要发生在焊缝上某些高强钢,含杂质较多的钢种
16、,除发生在焊缝之处,还出现在近缝区上。45结结晶晶裂裂纹纹4647484950512 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 在焊缝金属凝固结晶的后期,低熔点共晶物被排挤在晶界,形成一种所谓的“液态薄膜”,在焊接拉应力作用下,就可能在这薄弱地带开裂,产生结晶裂纹。 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52固液阶段:固液阶段:这一区也称为“脆性温度区”即图上a、b之间的温度范围固相阶段:固相阶段:也叫完全凝固阶段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:(1 1区)区) Tb称为脆性温度区,在比区间易产生结
17、晶裂纹,杂质较少的金属, Tb小产生裂纹的可能性也小,杂质多的金属Tb大,产生裂纹的倾向也大 53543 3)产生结晶裂纹的条件)产生结晶裂纹的条件 在在焊缝的塑性用焊缝的塑性用P表示表示, 当在某一瞬时温度时有一当在某一瞬时温度时有一个最小的塑性值(个最小的塑性值(Pmin)(出现液态薄膜时)(出现液态薄膜时)受拉伸应力所产生的变形受拉伸应力所产生的变形用用e表示,也是温度的函表示,也是温度的函数数 .)(TP55 在脆性温度区焊缝所承受的拉伸应力所产生的变形大于焊缝金属所具有的塑性时产生裂纹即 高温阶段晶间塑性变形能力不足以承受当时所发生塑性应变量。产生裂纹的条件产生裂纹的条件0se56脆
18、性温度区(TB)内金属的塑性,TB内金属的塑性越小,越易产生结晶裂纹。结论: 脆性温度区间大小, TB大,拉应力作用时间长,产生裂纹可能性大,决定于焊缝化学成分,杂质性质与分布,晶粒大小。TB内随温度降低变形的增长率(拉伸应力的增长率),临应变率CST越大,则表示材料的热裂纹敏感性越小,越不易产生裂纹。572 2、焊接结晶裂纹的影响因素、焊接结晶裂纹的影响因素1 1)、冶金因素)、冶金因素结晶温度区间:结晶温度区间:合金状态图脆性温度合金状态图脆性温度区的大小随着该合金区的大小随着该合金的整个结晶温度区间的整个结晶温度区间的增加而增加的增加而增加 58合金元素合金元素 a)、S、Pi)S、P增
19、加结晶温度区间,脆性温度区间TB裂纹 ii)S、P产生低温共晶,使结晶过程中极易形成 液态薄膜,因而显著增大裂纹倾向iii)P、S引起成分偏析.P、S偏析系数K越大,偏析的程度越严重.偏析可能在钢的局部地方形成低熔点共晶产生裂纹。 59b)、C i)、C0.16% Mn/S无效,加剧P有害作用 裂 iii)、C0.51% 初生相初生相 S、P在小相中溶解度低,析出S、P集富在晶界上,裂纹 Mn具有脱S作用 其中Mn熔点高,早期结晶星球状分布,抗裂 MnSFeSMn 含碳量C0.016% P对形成结晶裂纹的作用超 过了S,Mn无意义 c)、Mn注意:60d) d)、SiSi 硅是 相形成元素,利
20、于消除结晶裂纹 ,相中S、P溶解度大缘故,Si0.4% 易形成低熔点的硅酸盐夹杂使裂对硫的亲合力大,形成高熔点的硫化物,消除结晶裂纹有良好的作用。e)、Ti 、锆(Z)和稀土元素61焊缝成分CSnSiCrNiAo0.100.0370.017 0.940.540.200.87A0.090.0150.014 1.250.440.190.83注:A 焊缝中加入轻稀土焊缝成分分析例如:强度为600MPa焊条研究62图2 焊缝冲击断口扫描形貌焊缝冲击断口SEM形貌(a)、(b)、(c) 未加入稀土 (d)、(e)、(f) 加入2%稀土63 焊缝金属金相组织a、未加入稀土 b、加入2%稀土64f)、O O
21、降低S的有害作用,氧、硫、铁能形成Fe-FeS-FeO三元共晶,使FeS由薄膜变成球状,裂日本JWS临界应变增长率CSTCST=(-19.2C-97.2S-0.8Cu-1.0Ni+ 3.9Mn+65.7Nb-618.5B+7.0)*10-4当时,可以防止裂纹4105 . 6CST热裂敏感系数HCS公式3103)100/25/(VMoCrMnNiSiPSCHCS当HCS 时, 发生断裂晶间断裂100T01T =称金属的等强温度0T0T10 若焊缝所受拉伸应力为 随温度变化始终不超过 ,则不会产生结晶裂纹 产生结晶裂纹2001120产生结晶裂纹的条件是冶金因素和力共同作 用,二者缺一不可703 3
22、、防止结晶裂纹的措施、防止结晶裂纹的措施 1 1)、冶金方面)、冶金方面 控制焊缝中有害杂质的含量,限制S、P、C含量S、P0.03-0.04焊丝C0.12% (低碳钢)焊接高合金钢,焊丝超低碳焊丝改善焊缝的一次结晶细化晶粒,加入Mo、V、Ti、Nb、Zr、Al712)、工艺方面(减少拉应力)、工艺方面(减少拉应力)应变率 , E 、 应变率 接头预热型式 适当增加线能量(q/v)接头型式合理妥善安排焊接次序焊次序 te0Tte72四、近缝区液化裂纹四、近缝区液化裂纹 1 1、 产生部位及材料产生部位及材料 通常产生在母材的热影响区的粗晶区,也可产生在多层焊缝的焊层之间液化裂纹属于晶间开裂性质
23、,裂纹断口呈典型的晶间开裂特征。 2 2、 产生原因产生原因 1)、近缝区晶界处存在低熔点杂质 2)、近缝区存在晶间液膜(低熔点共晶体) 73液化裂纹液化裂纹743 3、影响因素、影响因素 1)、化学成分2)、工艺因素 4 4、防止措施、防止措施 1)、控制S、P等杂质含量如采用电渣精炼的方法,去除合金中的杂质。2)、焊接工艺上,采用小线能量,避免近缝区晶粒粗化75五、多边化裂纹五、多边化裂纹 1 1、形成条件(形成机理)、形成条件(形成机理) 多边化现象,焊缝金属中存在很多高密度的位错在高温和应力的共同作用下,位错极易运动,在不同平面上运动的刃型位错遇到障碍时可能发生攀移,由原来的水平组合变
24、成后来的垂直组合,即形成“位错壁”就是多边化现象。 762 2、特点、特点 1)、发生部位与材料 发生在焊缝中,常见于单相奥氏钢或纯金属的焊缝金属 裂纹走向:以任意方向贯穿树枝状结晶2)、常常伴随有再结晶晶粒出现在裂纹附近,多边化裂纹总是迟于再结晶3)、裂纹多发生在重复受热金属中(多层焊)4)、断口呈现出高温低塑性断裂773、影响因素、影响因素 形成多边化过程所需时间: t完成多边化过程所需时间常数u多边化过程的激活能,决定于合金成分和应力状态R气体常数(8.4J/molk)T温度(K)从公式中可以看出,完成多边化过程所需时间与H、T有关 kTvett00t781 1)合金成分的影响)合金成分
25、的影响 在焊缝中加入一些提高多边化过程激活能的元素,可有效阻止多边化过程2 2)应力状态的影响)应力状态的影响 有应力存在,使多边化过程加速 3 3)温度的影响)温度的影响 在形成多边化过程的温度越高时间越短本节结束795-3 5-3 焊接冷裂纹焊接冷裂纹 1. 1.产生温度产生温度: :Ms点附近或200300以下温度区间 2. 2.产生的钢种和部位产生的钢种和部位: :发生在高碳钢、中碳钢、低合金、中合金高强钢,热影响区合金元素多的超高强钢、Ti合金发生在焊缝 3.3.裂纹的走向:裂纹的走向:沿晶、穿晶 4.4.产生时间产生时间: :可焊后立即出现,也有的几小时,几天或更长时间一、冷裂纹的
展开阅读全文