第4章　焊接缺陷及其控制 焊接冶金与焊接性 教学课件

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1、20921-4A第4章　焊接缺陷及其控制4.1　焊缝中的偏析和夹杂4.2　焊缝中的气孔4.3　焊接裂纹20921-4A4.1　焊缝中的偏析和夹杂焊缝结晶过程是一个不平衡的过程，快速冷却造成了各合金元素的分布是不均匀的。焊缝及熔合区中出现的这种合金元素分布不均匀的现象称为偏析，它是焊接热裂纹形成的重要原因之一。20921-4A4.1.1　偏析的形成及控制1.偏析的种类及形成原因(1)显微偏析　根据金属学平衡结晶过程的理论可以知道，合金在结晶过程中，液、固两相的合金成分是在不断变化的。图4-1　马氏体不锈钢焊缝中的显微偏析a)焊缝晶粒的形态　b)

2、合金元素的分布20921-4A4.1.1　偏析的形成及控制(2)区域偏析　在焊缝结晶时，柱状晶的生长方向是从熔合线指向焊缝中心的，由于柱状晶体不断长大和推移，会把低熔点溶质“赶”向熔池的中心，致使最后结晶的部位低熔点溶质的浓度最高。(3)层状偏析　有时焊缝断面经浸蚀后，可以明显地看出有层状分布的轮廓。2.偏析的控制措施(1)细化焊缝晶粒　细晶粒的焊缝金属，由于晶界的增多，偏析分散，偏析的程度将会减弱。20921-4A4.1.1　偏析的形成及控制(2)适当降低焊接速度　高速焊接时，熔池呈泪滴形，柱状晶近乎垂直地向焊缝轴线方向生长，在会合面处形成

3、显著的区域偏析。20921-4A4.1.2　夹杂的形成及控制1.夹杂的形成(1)夹渣　由于焊接操作不良而在熔化金属内混入熔渣，使其残留下来，或者在多层焊时前一层焊道的焊渣清理不干净而残留到下层焊缝中，这种在焊缝中的渣的残留物称为夹渣。(2)反应生成新相　空气、弧柱气氛中的氧化性气体以及熔池中的硫可以和熔化金属中的铁、锰、硅、铝等反应生成微小的氧化物、氮化物和硫化物颗粒，它们一般弥散分布在焊缝金属内。1)氧化物。20921-4A4.1.2　夹杂的形成及控制2)氮化物。3)硫化物。(3)异种金属进入焊缝　TIG焊时，如果钨极浸入熔融金属或焊接电流

4、过大致使钨极熔化进入焊缝金属时就会产生夹钨。2.夹杂的危害1)对接头的力学性能来说，如果从断裂力学的角度考虑，可以将夹杂物作为一个裂纹源处理，确定出特定焊缝的临界缺陷尺寸。20921-4A4.1.2　夹杂的形成及控制2)以硅酸盐形式存在的氧化物数量的增加，将使焊缝总的含氧量增加，焊缝强度、塑性、韧性明显下降，尤其是低温冲击韧度急剧下降。3)当焊缝中存在氮化物时，由于Fe4N是一种脆硬的化合物，会使焊缝的硬度增高，塑性、韧性急剧下降。4)焊缝中的硫化物主要有两种，即MnS和FeS。5)较大尺寸的金属夹杂物对接头的性能也是有害的。3.夹杂的防止措

5、施1)合理选用焊接材料，充分脱氧、脱硫。2)选用合适的焊接参数，以利于熔渣的浮出。20921-4A4.1.2　夹杂的形成及控制3)多层焊时，注意清除前一层焊缝的焊渣。4)焊条要适当摆动，以利于熔渣的浮出。5)注意保护熔池，防止空气侵入。20921-4A4.2　焊缝中的气孔出现在焊缝中的气孔是一种典型的焊接缺陷。碳钢、合金钢和有色金属焊接时都存在出现气孔的可能。气孔的存在，不仅减小了焊缝的有效承载面积，而且会形成应力集中，使得焊缝的强度、韧性、疲劳强度下降，有时气孔还会成为裂纹源。因此，气孔的防止是焊接中一个十分重要的问题。20921-4A4.

6、2.1　气孔的分类及形成机理1.析出型气孔2.反应型气孔20921-4A4.2.2　气孔形成的影响因素1.气体的来源(1)焊接区周围的空气侵入熔池　如果焊接区没有受到很好的保护，周围的空气就会侵入熔池。(2)焊接材料吸潮　空气中的水分非常容易吸附在焊接材料上，特别是焊条和焊剂。(3)工件及焊丝表面物质的作用　工件及焊丝表面的氧化膜、铁锈及油污等，均可在焊接过程中向熔池提供氢和氧，是焊缝产生气孔的重要原因。2.母材对气孔的敏感性20921-4A4.2.2　气孔形成的影响因素(1)气泡的生核　气泡的生核需要两个方面的条件：首先液态金属中要有过饱和

7、气体，其次要能满足气泡生核的能量条件。(2)气泡的长大　气泡生核后，要想长大，必须克服外界压力。(3)气泡的上浮　生核、长大后的气泡是否会在焊缝中形成气孔，决定于气泡上浮逸出速度和熔池金属结晶速度的对比关系。3.焊接材料对气孔的影响20921-4A4.2.2　气孔形成的影响因素(1)熔渣氧化性的影响　熔渣氧化性的大小对焊缝的气孔敏感性具有很大的影响。(2)焊条药皮和焊剂的影响　一般碱性焊条药皮中均含有一定量的氟石(CaF2)，焊接时它直接与氢发生反应，产生大量的HF，这是一种稳定的气体化合物，即使高温也不易分解。(3)保护气体的影响　钢材焊接

8、时，可选用的保护气体包括CO2和CO2+Ar混合气。20921-4A4.2.2　气孔形成的影响因素(4)焊丝成分的影响　焊丝与焊剂或保护气体可以有各种各样的组合，因