熔焊原理第六单元-焊接冶金缺陷课件.ppt

1、第六单元 焊接冶金缺陷模块一 焊缝中的气孔模块二 焊缝中的夹杂物模块三 焊接裂纹模块一 焊缝中的气孔一、气孔的类型及分布特征二、焊缝中气孔的形成三、影响气孔生成的因素及防止措施一、气孔的类型及分布特征1.析出型气孔（1）氢气孔（2）氮气孔2.反应型气孔（1）CO气孔（2）H2O气孔返回 气孔的类型1.析出型气孔：高温时能大量溶于液体金属，而在凝固过程中溶解度突然下降的气体，如H2，N2。2.反应型气孔：在溶池进行化学冶金反应中形成而又不溶解于液体金属中的气体，如CO，H2O。FeO+C=CO +Fe Cu2O+2H=H2O +2Cu返回氢气孔产生的原因及其特征 氢气孔产生的原因：由于氢在液态金

2、属（如Fe,Al）中溶解度很高，在高温时熔池和熔滴就有可能吸收大量的氢。而在温度下降时，溶解度随之下降，熔池开始凝固后，氢的溶解度急剧下降，熔池中的氢将以过饱和的状态存在，因此就会形成气泡向外逸出，如果气泡未能在溶池完全凝固前逸出，则在焊缝中就形成了气孔。返回 氢气孔的特点：多分布于表面，断面呈螺钉状，上大下小的喇叭口形。氮气孔形成的过程与氢气孔相似，氮气孔一般产生于保护不良的情况下。一氧化碳气孔产生的原因及特征 在冶金反应后期形成的CO 气体，由于此时温度下降，溶池开始凝固，液体金属粘度增加并且由于冷却过快等原因，使CO 难于从溶池中溢出，从而形成气孔。CO气孔多在焊缝内部，沿结晶方向分布，

3、呈条虫状，内壁有氧化颜色。返回在熔池中发生此反应：FeO+C=CO +Fe 二、焊缝中气孔的形成1.气泡的生核2.气泡的长大3.气泡的逸出返回（1）液态金属中有过饱和的气体（2）满足气泡生核的能量消耗（1）气泡的内压足以克服所受的外压（2）长大要有足够的速度气泡浮出速度可按下式估算返回 2（1-2）gr泡气泡上浮速度（cm/s）；1，2溶池液体金属与气体密度；g重力加速度（cm/s）；r气泡半径（cm）；液体金属粘度Pas；结论：结论：减小、减小、r增加，密度差增大，增加，密度差增大，泡泡迅速提高迅速提高。9 泡=三、影响气孔生成的因素和控制措施（一）影响因素（1）冶金因素对气孔的影响（2）工

4、艺因素对气孔的影响（二）防止气孔产生的措施返回（1）熔渣氧化性:（2）焊条药皮与焊剂组成物的影响（3）铁锈及水分等的影响返回1.冶金因素对气孔的影响氧化性过强会出现CO气孔，还原性过强则出现氢气孔。碱性焊条对CO气孔与氢气孔都更为敏感。碱性焊条药皮中加入CaF2，与H生成HF,可有效的防止氢气孔。但CaF2的含量增加时会影响电弧稳定性为了稳定电弧而需加入K和Na等低电离电位物质。酸性焊条一般加入一定的强氧化性物质，如FeO，MnO，MgQ等，生成OH可防止氢气孔。酸性焊条与碱性焊条相比，哪个对铁锈更为敏感？氧化皮的主要成分是Fe3O4mH2O铁锈成分的为Fe2O3nH2O。铁锈及水分的影响高价

5、氧化铁与铁作用还生成FeO，即 Fe3O4+Fe=4 FeO Fe2O3+Fe=3 FeO因此易生成CO气孔。高温会分解，生成H,因此会形成H2气孔。下一页 酸性焊条与碱性焊条相比，哪个对铁锈更为敏感？酸性焊条，少量的铁锈或氧化皮的影响不大。因为酸性熔渣中FeO容易形成复化物，活度较低，不易向熔池中过渡。此外，酸性渣的氧化性较强，所以对氢气孔也不敏感。碱性焊条对铁锈及氧化皮比较敏感。因为碱性熔渣中FeO活度较大，熔渣中稍有增加，焊缝中的就明显增多。因此用碱性焊条焊接时，为了防止气孔，要求对工件表面进行严格的清理。此外，碱性焊条对水分也很敏感，因这类焊条熔池脱氧比较完全，不具有CO气泡沸腾而排除

6、氢气的能力，熔池中一旦溶解了氢就很难排出。返回1 焊接参数2 电流的种类和极性：3 工艺操作上的因素 返回2.工艺因素对气孔的影响产生气孔最少交流：直流产生气孔最多直流正接：直流反接：主要影响H2气孔产生气孔少（1）焊前清理（2）焊前烘干（3）采用低氢型焊条、短弧焊（4）采用直流时，防止磁偏吹的产生（5）定位焊（二）防止气孔的措施1.控制气体的来源：（1）表面清理（2）焊接材料的防潮与烘干（3）加强保护2.正确选用焊接材料：低氢型焊条、活性气体保护焊等3.控制焊接工艺条件：创造气体析出的条件返回模块二 焊缝中的夹杂一、夹杂的种类和危害二、防止焊缝中形成夹杂物的措施返回 主要以Fe4N的形式存在

7、，金属的强度，硬度上升，塑性，韧性明显下降。只有保护不良时才会出现。一、夹杂物的种类及危害 焊缝中的常见的夹杂物主要有以下三种类型。1.氧化物夹杂：2.硫化物夹杂：3.氮化物夹杂：返回 主要组成是SiO2，其次是MnO，TiO2，Al2O3等。是造成热裂纹的主要原因。熔池脱氧完全，氧化物夹渣就少。主要以MnS和FeS形式存在，其中FeS危害更大。二、防止焊缝中形成夹杂物的措施1.控制其来源2.正确选用焊接材料3.采用合理的焊接工艺（1）选用合适的热输入（2）彻底清除焊缝表面的焊渣（3）焊条电弧焊时，焊条作适当摆动以利于 夹杂物的浮出（4）施焊时注意保护溶池，包括控制电弧长度返回模块三 焊接裂纹

8、一、焊接裂纹的危害、分类及特征二、焊接热裂纹三、消除应力裂纹四、焊接冷裂纹五、层状撕裂返回一、焊接裂纹的危害、分类及特征1.焊接裂纹的危害1）降低结构的承载能力；2）降低疲劳强度及导致脆性破坏；3）造成泄漏；4）造成或加速结构的腐蚀；5）留下隐患，使结构结构不可靠。2.焊接裂纹的分类3.焊接裂纹的特征返回2.焊接裂纹的分类二、焊接热裂纹（一）焊缝中的结晶裂纹1.结晶裂纹的产生机理2.结晶裂纹的影响因素3.防止结晶裂纹的措施（二）液化裂纹1.热影响区液化裂纹的形成机理2.热影响区液化裂纹产生的原因3.防止热影响区液化裂纹的办法1.形成的温度：固相线附近2.形成的部位：焊缝中3.形成的材料：主要产

9、生于含S、P、C、Si偏高的钢中4.裂纹沿着晶界扩展5.裂纹具有氧化的颜色返回 在固-液阶段，在晶界处形成“液态薄膜”，再在拉应力的作用下，产生裂纹1.结晶裂纹产生机理结晶裂纹产生的原因1.冶金因素：2.力的因素：3.裂纹形成的条件 由于材料中含有较多的C、S、P等易形成低熔点物质的杂质，在结晶末期，在晶界处形成“液态薄膜”。在结晶末期在焊缝中产生拉应力。当液态薄膜与拉应力共同存在时，开裂与否取决于焊缝金属的变形能力min与其产生的实际应变之间的关系。只有当 min时，才会开裂。返回2.结晶裂纹的影响因素 （4）力的因素的影响：1）S、P：易形成低熔点的物质，而在结晶末期在晶界处形成液态薄膜，

10、使结晶裂纹倾向大大增加。2）C：也是提高结晶裂纹敏感性的主要元素。3）Mn：锰可脱S，可防止结晶裂纹的形成4）Si：含 量较少时，可防止结晶裂纹；但当Si0.40%时，会使裂纹倾向增加（1）常用合金元素的影响：（2）易熔相的影响（3）结晶裂纹倾向与相图的关系 是结晶裂纹形成的必要条件。在结晶末期必须存在拉应力才能产生裂纹。返回 当低熔点共晶的数量较少时，随低熔点共晶数量的增加，裂纹倾向增大；当低熔点共晶的数量超过一定值后，对裂纹反而起到“愈合”的作用。在铝合金焊接时常常利用这一原理。返回 脆性温度区间的宽度，随固液相线间的垂直距离的增加而加宽，裂纹倾向也随之增大防止结晶裂纹的措施1.冶金措施2

11、.工艺措施（1）控制焊缝中S、P、C等杂质的含量（2）对熔池进行变质处理（3）增加熔渣的碱度（1）调整参数以获得抗裂能力较强的焊缝成形系数（2）降低冷却速度：采用预热的方式不可取（3）调整焊接顺序，降低接头的拘束应力返回焊缝成形系数=B/H1.当焊缝成形系数较小时，焊缝深而窄，易形成裂纹2.当焊缝成形系数较大时，焊缝宽而浅，不易形成裂纹当焊接易形成裂纹的材料时，应采用成形系数较大的焊缝，当焊接易形成裂纹的材料时，应采用成形系数较大的焊缝，怎样选择参数？怎样选择参数？返回（二）液化裂纹1.形成的温度：稍低于固相线2.形成的部位：热影响区3.形成的材料：主要产生于高镍低锰的低合金钢中4.沿晶开裂5

12、.裂纹尺寸小液化裂纹产生的原因1.冶金因素：由于低熔点的物质存在晶界，高温时在热影响区处，低熔点的物质熔化，抗力能力下降。2.力的因素：产生拉应力返回防止液化裂纹的措施1.选用对液化裂纹敏感性较低的母材2.减小焊缝的凹度3.采用较小的焊接热输入三、消除应力裂纹1.消除应力裂纹的特征2.消除应力裂纹产生的原因3.防止消除应力裂纹的措施返回1.消除应力裂纹的特点1）产生的条件：产生于焊后再次加热的条件下。3）产生的部位：多产生于熔合区附近的粗晶区，有时也产生于焊缝4）形成的材料：易形成于具有沉淀强化元素的钢中5）具有沿原奥氏体晶界扩展的特点2）形成的温度：多数发生于再次加热温度在500 700 时

13、。返回2.消除应力裂纹形成机理及影响因素1）晶内二次强化作用2）晶界杂质析集弱化作用3）在消除应力过程中，由于焊接应力松弛时的附加变形集中于晶界，而导致沿晶开裂。因此，这种裂纹具有晶间开裂的特征，并且都发生在有严重应力集中的热影响区的粗晶区内。3.防止消除应力裂纹的措施（1）选用对消除应力裂纹敏感性低的母材（2）选用低强高塑性的焊接材料（3）控制结构刚性与焊接残余应力（4）工艺方面的措施1）预热2）焊后及时进行后热3）控制焊接热输入四、焊接冷裂纹（一）冷裂纹的特征（二）冷裂纹的类型（三）冷裂纹的形成机理和影响因素（四）防止冷裂纹的措施（一）冷裂纹的特征1.形成的温度：在Ms点以下，多形成于10

14、0 -100 之间2.形成的部位：整个焊接接头，多形成于热影响区中3.形成的材料：具有淬硬倾向的材料5.断口特征：表面具有金属光泽4.穿晶开裂6.具有延迟开裂的特点返回（二）冷裂纹的分类1.淬硬脆化裂纹2.低塑性脆化裂纹3.延迟裂纹返回（三）冷裂纹的形成机理和影响因素1.形成冷裂纹的三个基本因素2.三个因素的作用及其关系（1）H的影响：扩散氢的含量越多，越易形成冷裂纹。如延迟裂纹（2）钢种的淬硬倾向：越易形成淬硬组织，越易形成冷裂纹。如淬硬脆化裂纹（3）焊接接头的拉应力：拉应力越大，越易形成冷裂纹。如低塑性脆化裂纹（1）H在开裂过程中的作用（2）H与力的共同作用-产生延时开裂的现象（3）钢材淬

15、硬倾向的作用返回H在开裂过程中的作用1.氢在金属中的溶解与扩散2.焊缝金属结晶过程中氢的溶解与扩散（1）H在相中的溶解度大，而扩散系数小（2）H在相中的溶解度小，而扩散系数大返回 在熔合区附近的HAZ中H的含量高，因此冷裂纹易形成于此返回氢与力的共同作用产生延时现象潜伏期的长短取决于：（1）氢的含量：扩散氢的含量越高，潜伏期越短（2）应力：应力越大，潜伏期也越短冷裂纹为什么易形成于100 -100之间？返回钢的淬硬倾向的作用钢材的淬硬倾向越大，对冷裂纹越敏感铁素体或珠光体 贝氏体 条状马氏体 马氏体+贝氏体 针状马氏体返回（四）防止冷裂纹的措施1.选用对冷裂纹敏感性低的母材冷裂纹敏感系数：Pc

16、=Pcm+H/60+/600冷裂纹敏感性判据：Pw=Pcm+H/60+RF/400000拘束度：RF=E/l2.严格控制氢的来源：（1）选用优质的焊接材料和低氢的焊接方法（2）严格按规定对焊接材料进行焙烘及进行焊前清理工作3.提高焊缝金属的塑性和韧性（1）细化晶粒（2）采用奥氏体焊条焊接淬硬 倾向较大的材料4.焊接预热：（1）钢的强度等级越高，预热温度相应提高（2）焊条类型：奥氏体焊条不用预热；碱性焊条预热度 可适当降低；（3）坡口形式：坡口根部易形成应力集中，应提高预热 温度；（4）环境温度：环境温度越低，应提高预热温度5.控制焊接热输入：增加E，降低冷速6.焊后热处理返回五、层状撕裂1.层

17、状撕裂的特征2.层状撕裂产生的原因3.防止层状撕裂的措施1.层状撕裂的特征1）多发生于轧制的厚板中2）多发生于角接接头、T形接头、十字接接的热影响区中，有时也出现在母材中3）裂纹沿轧制方向扩展4）多产生于钢板内部，不易被发现2.层状撕裂产生的原因（1）层状撕裂产生的根本原因是钢中存在片状夹杂物。（2）存在Z向应力返回3.防止层状撕裂的措施（1）选用具有抗层状撕裂的钢材（2）改善接头设计（3）采取正确的焊接工艺返回（1）尽量采用双侧焊缝，避免单侧焊缝（2）尽量采用焊接量小的对称角焊缝来代替焊接量大的全焊透焊缝（3）坡口应开在承受Z向应力的一侧（4）可预堆一层低强度的金属返回六、应力腐蚀开裂1.应力腐蚀开裂的特征2.应力腐蚀开裂产生的原因3.防止应力腐蚀开裂的措施1.应力腐蚀开裂的特征（1）应力腐蚀开裂的形态（2）合金与介质组匹配（3）产生应力腐蚀开裂的应力应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂2.应力腐蚀开裂产生的原因 在不锈钢中，奥氏体不锈钢由于导热性差，线膨胀系数大，屈服强度低，焊接时很容易变形，当焊接变形受到限制时焊接接头中必然会残留较大的焊接残余应力加速腐蚀介质的作用。（1）正确选用材料（2）合理设计焊接接头（3）消除或降低焊接接头的残余应力（4）对材料进行防蚀处理2.防止应力腐蚀开裂的措施