成型缺陷的产生机理和防止措施

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1、第九章成型缺陷的产生机理和防止措施2021/9/171形成材料成形(铸造、焊接时)的温度改变，导致“热胀冷缩”，而且非均匀的温度变化（如局部的加热、冷却）导致金属内部不均匀的“热胀冷缩”从而产生应力。称为内应力（internalstress)。工件冷却后仍保留在工件内部的应力称为残余应力（residualstress）。加热冷却或受力过程中存在的应力称为瞬时应力（instantaneousstress)。亦即动态应力。另外，固态相变也有膨胀或收缩现象，局部的相变因此也能造成内应力。2021/9/1723-1

2、内应力1、内应力的形成（1）热应力（thermalstress）不均匀加热冷却过程产生的应力称为热应力。（因材料的弹-塑性）杆中心加热，产生内应力（瞬时应力）当加热变形在弹性范围内，冷却后，残余应力=0当加热变形超过弹性范围外（塑性），冷却后，残余应变，残余应力加热时2021/9/173焊件内应力在不均匀温度场的作用下，被加热到较高温度的区域的金属受到压缩应力，当此应力达到材料在该温度下的屈服限时，局部区域内受到压缩塑性变形，由于塑性变形不可逆，此区域的材料在冷却之后即产生收缩，而周围未受热的金属会限制它的

3、收缩，于是在压缩塑性变形的区域内产生拉应力，而周围区域产生压应力。这种内部应力在温度均匀后残存在物体内部，固称为残余应力。残余应力是在没有外力的条件下，平衡于内部的应力。由焊接引起的残余应力称为焊接残余应力。2021/9/174板中心堆焊焊接残余应力形成2021/9/1752021/9/176相变应力（transformationstress）固态相变金属因各区域发生相变的类型不同、时间不同或程度不同，由于不同相组织的比容不同而导致的内应力。低碳钢合金钢2021/9/1772.焊接残余应力的分布纵向残余应力

4、分布2021/9/178板边堆焊焊接残余应力形成2021/9/1793.减少焊接残余应力的措施工艺措施、结构设计2021/9/17103.2残余应力的消除热处理、机械振动法、机械加载机械拉伸法2021/9/17113-2.焊接变形残余应力的存在必然导致原工件形状的少量改变，也称为残余变形（工件冷却下来后遗留一下来的变形）。整体变形局部变形2021/9/1712纵向横向收缩变形2021/9/1713挠曲变形2021/9/1714角变形2021/9/1715波浪变形（失稳变形）2021/9/1716影响因素及防

5、止措施影响因素：材料热物理性能：膨胀系数、导热性工艺因素：焊接热输入、焊接顺序防止方法：结构设计；工艺：反变形、刚性固定、预留收缩量、等2021/9/1717焊接变形的矫正（straightening）机械矫正火焰矫正2021/9/17183-3裂纹裂纹是一种可能造成制造产品或结构失效的突发性破坏的材料缺陷，往往是一种最危险而又常见的缺陷。种类：按形成机理分。主要有热、冷、再热（reheat）、应力腐蚀（stress-corrosion）裂纹和层状撕裂（lamellartearing）2021/9/1719

6、3.3.1焊接热裂纹（hotcracking）主要指凝固裂纹(solidificationcracking)焊接热裂纹的形成原因：焊接热裂纹是一种高温沿晶断裂而形成的裂纹。焊缝凝固过程中，在枝晶间存在低熔共晶的薄层，此时材料的塑性变形能力很低，在冷却过程中不可避免的产生收缩应变，当收缩应变大于材料此时的塑性应变的能力时，即产生焊接热裂纹。焊缝在凝固过程中所出现的晶间塑性应变能力的应变区间叫做脆性温度区，不同材料有不同的脆性温度区，温度区越大，产生热裂纹的危险性越大。2021/9/1720（1）特征1）仅发生

7、于WM或铸件中2）一次结晶（原奥氏体）晶界分布的晶间裂纹3）断口形貌（fractureappearance）a.高温特征：液膜（liquidfilm）表面，液态分离时自由凝固表面特征，有时有氧化b.偏析特征微区元素分析表明有S、P等富集2021/9/1721(2)形成机理2021/9/1722(3)焊接热裂纹的影响因素a.硫的偏析b.焊缝的组织c.焊缝冷却的速度（层间温度、热输入量）d.焊缝的形状（成形系数）e.拘束度2021/9/17233.3.2焊接冷裂纹coldcracking材料焊接冷却到室温附近产

8、生的一种裂纹，它是焊接缺陷中最普遍而又极危险的一种。主要讨论其中主要的一种：延迟裂纹（delayedcracking）或称之为氢致裂纹（hydrogen-inducedcracking,HIC）2021/9/1724（1）冷裂纹的基本特征1）产生冷裂纹的材料：中、高碳钢及合金钢、钛及钛合金，BCC材料有淬硬M相变材料。其它FCC金属材料如Al、Ni、Cu、奥氏体钢一般没有。2）产生部位：多数在HAZ粗晶区；也有少