金属熔焊原理 第六章 焊接缺陷及控制

熔焊原理
3、气泡的上浮 在熔池中形成具有宏观尺寸的气泡后，能 否滞留于焊缝中形成气孔，还取决于气 泡能否从液体熔池中浮出。气泡上浮与否， 则由气泡浮出的速度与溶池在液态停留的 时间两个因素而定。
4、气孔的形成条件 形成气孔的充要条件 是气泡上浮速度小于溶池结晶速度。
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第三节 焊缝中的夹杂物
多边化裂纹
焊缝或近缝区，在固相线稍下温度的 高温区，刚凝固的金属中存在晶格缺陷（形成多边化边 界），使强度和塑性很差，在很小的拉伸应力下开裂。
多发生在纯金属或单项奥氏体合金中。
熔焊原理 第一节 焊接缺陷的分类及危害
咬边：在沿着焊趾的母材部位烧熔形成的沟槽或凹陷，称为咬边。焊接电流 太大，以及运条速度不当所造成。
未焊透：焊接时，焊接接头根部未完全熔透的现象，称为未焊透。坡口角度
过小、间隙过小或钝边过大；焊接电流太小；焊接速度过快；电弧电压偏低； 焊（或焊丝）可焊性不好；清根不彻底。 未熔合：熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未完全熔化结合的部 分，称为未熔合。主要是焊接线能量太低，电弧偏吹，坡口侧壁有锈垢及污 物，层间清渣不彻底等。 烧穿：焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷，称为烧穿。
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热裂纹分类：
结晶裂纹
焊缝结晶过程中，在固相线附近温度，由 于凝固金属的收缩，残余液体金属不足而产生。
主要产生在含杂质较多的碳钢、低合金钢和单相奥氏体钢焊缝中。
液化裂纹
焊接热循环峰值温度作用下，在近缝区或 多层焊的层间部位低熔共晶被重新熔化，在拉伸应力作 用下开裂。
主要发生在铬镍高强钢、奥氏体钢种，母材和焊丝中S、P、Si、C 偏高时液化裂纹倾向严重。
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本章重点内容
1、裂纹的分类及一般特征 2、结晶裂纹的形成机理、影响因素、防冶措施 3、冷裂纹的形成机理、影响因素、防冶措施 4、再热裂纹、层状撕裂的形成机理
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焊接缺陷：
焊接过程中，在焊接接头中产生的金属 不连续、不均匀及其它不健全的现象。
焊接性：
金属是否具有适应焊接加工（结合性能）， 以及在焊接加工以后是否能在使用条件下安全 运行的能力（使用性能）。
焊缝隙中的夹杂是由于焊接冶金反应形成的
• 夹杂物的种类 氧化物夹杂 氮化物夹杂 硫化物夹杂
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防止形成夹杂物的措施
1 正确选择符合化学成分要求的母材和焊接 材料 2 正确地选择焊条、焊剂与药芯焊丝的渣系 3 采用正确的焊接工艺：
（1）选用合适的焊接工艺参数，保证熔渣上浮所需的时间。 （2）多层焊时，应注意清除前层焊缝的熔渣。 （3）手工电弧焊时，应注意焊条作适当的摆动，以利于熔 渣上浮。 （4）操作时应注意保护熔池，以防止空气侵入液态金属。
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越南桥梁坍塌造成大量人员伤亡
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1943年美国T-2油轮发生断裂
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一、焊接裂纹的分类
①焊缝中纵向裂纹 ②焊缝中横向裂纹 ③热影响区纵向裂纹 ④热影响区横向裂纹 ⑤火口(弧坑)裂纹 ⑥焊道下裂纹 ⑦焊缝内部晶间裂纹 ⑧焊趾裂纹 ⑨热影响区焊缝贯穿裂 ⑩焊缝根部裂纹
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分类:
1.按裂纹分布的走向分
①横向裂纹 ②纵向裂纹 ③星形（弧形裂纹）
2.按裂纹发生部位分
①焊缝金属中裂纹 ②热影响区中裂纹 ③焊缝热影响区贯穿裂纹
纵向裂纹
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3.按裂纹产生本质分 1）热裂纹
产生温度：高温下 存在部位：焊缝、热影响区 特征： 沿原奥氏体晶界开裂（均是沿晶开 裂），其裂口均有明显的氧化色彩。 分类：结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹
焊接电流过大，焊接速度太慢，装配间隙过大或钝边太薄等。
焊瘤：焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属 瘤，称为焊瘤。操作不熟练和运条不当，埋弧焊工艺参数选择不合适等。 气孔：焊接时，熔池中的气体在凝固时未能逸出而残留在焊缝中所形成的空 穴，称为气孔。
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几种缺陷示例
(A) 熔透不良
（D ） 咬边
（B） 正常焊缝 （C） 焊漏
(a)未焊透
（b）未熔合
（c）未熔合
（d）熔合不良
焊接电流H
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焊接缺陷危害
• 1 引起应力集中
• 2 造成脆性断裂
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第二节 焊缝中的气孔
一、气孔的类型与分布 按气孔形成的原因，可把气孔的分类型分为两大类： ① 表面气孔 ②内部气孔。 表面气孔主要是由于高温下液态金属溶解了过多的气体 （如氢和氮），熔池结晶 时由于气体溶解度突然下降，当气泡来不及逸出时便残留在 焊缝中形成气孔，主要表 现为氢气孔，在对焊接区保护不好时也可能出现氮气孔。内 部气孔是由于熔池中的冶 金反应产生了较多的不溶于液态金属的气体（如CO、H2O） 而形成的，多表现为CO 气孔。
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二、气孔形成的机理
1、气泡的形核 气泡的形核必须具备两个条件：一是液体 金属中有过饱和的气体；二是具有形核 所需要的能量。由热力学定律可知，过饱和 状态会引起系统自由能的升高，这是一种 不稳定的状态，过饱和度越大越不稳定，气 体就越容易析出形成气泡。
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2、气泡的长大
（1） 气泡长大的必要条件 气泡长大的必要条件是其内部压力 足以克服阻碍其长大 的外部压力，即： ph＞p0 式中 ph —气泡的内部压力（101kpa）； p0—租碍气泡长大的外部压力（ 101kpa）。 （2）气泡的长大速度 上式仅是气泡长大的理论条件，但在熔 池中能否形 成宏观的气体补充。若补充的气体主要来自于周围的液体，则气 泡长大的速 度可用下式计算： Vg=DΔCl/rCg 式中 Vg——气泡的长大速度； D——气体的扩散系数； ΔCl——气体在液体金属中的过饱和度； r——气泡半径； Cg——单位体积气泡中的气体量。
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第四节
焊接裂纹
一 焊接裂纹的分类及特征
二 焊接热裂纹
三 焊接冷裂纹
四 再热裂纹 五 层状撕裂 六 应力腐蚀裂纹
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焊接裂纹的危害
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。