第五章焊接缺欠及控制案例.ppt

5 焊接缺欠及控制;液 态 金 属;5.1 焊缝中的化学成分不均匀性 ;什么叫偏析 为什么会出现偏析 偏析的危害 偏析的分类;一、显微偏析;一、显微偏析; 区域偏析和层状偏析 1、区域偏析 区域偏析——熔池结晶时，由于柱状晶体的不断长大和推移把杂质推向熔池中心，使熔池中心的杂质比其他部位多，这种现象称为区域偏析。;2、层状偏析 层状偏析——焊缝金属截面经浸蚀，可看到颜色深浅不同的分层结构。这些颜色不同的分层是由化学成份不均匀引起的，因此称为层状偏析。;二、宏观偏析;层状偏析产生原因： 这种偏析是由于晶粒成长速度发生周期性变化而引起的 结晶潜热和熔滴过渡时热输入周期性变化引起冷却速度的周期性变化 熔池结晶时，结晶前沿液态金属中溶质浓度高，当冷速慢时，溶质通过扩散均匀化以减少偏析 当冷速快时，含溶质高的液态来不及“均匀化”就已凝固，从而形成含溶质或杂质高的结晶层;三、熔合区偏析; 2、熔化区宽度 熔合区的宽度决定于母材液-固相线之间的温度区间、被焊材料的热物理性能和组织状态，可按下式估算：;3、熔合区的成分分布 熔合区中存在强烈的元素扩散转移现象的原因： 1）熔池液态金属的成分与母材不一致 2）溶质在固相金属中的溶解度低于在液相金属中的溶解度 由于这两方面的原因，在熔合区中，既发生母材中元素向焊缝中的扩散、溶解过程，也发生液态金属中的元素向母材晶粒中的扩散过程。 凝固后，元素将发生相反的扩散，若来不及均匀化，就会形成了一个化学成分很不均匀的过渡区。 在碳钢焊接时，S、P、C、B、O、N等强偏析元素的不均匀分布尤其明显。;三、熔合区偏析;5.2 焊缝中的气孔和夹杂;一 、气孔的类型;2、氢气孔 原因：氢在高温熔池和熔滴的溶解度很高，若在液体金属中吸收了大量氢气。冷却时氢在金属中的溶解度急剧下降（如铁中，溶解度从32ml/100g到10ml/100g ），因熔池冷却快，氢来不及逸出，就在焊缝中生成气孔。;3、氮气孔 原因： 形成机理同氢气孔相似。在焊接生产中引起的氮气孔较少，主要原因是保护不好，较多空气侵入熔池所致。 位置： 对低碳钢和低合金钢焊接而言，气孔也多在焊缝表面。 形状： 多数情况下成堆出现，与蜂窝相似。 ;4、CO气孔 原因： 在焊接碳钢时，当液态金属中的碳含量较高而脱氧不足时会通过冶金反应生成CO。 如： [C] + [O] = CO [FeO] + [C] = CO + Fe [MnO] + [C] = CO + Mn CO不溶于金属，高温时生成的CO会以气泡的形式从液态金属中高速逸出形成飞溅，而不形成气孔。但在熔池结晶时，由于浓度偏析，可使熔池中某些地方 FeO、C浓度偏高，有利于以下反应： [FeO] + [C] → CO + Fe 结晶时熔池粘度不断增大，上述反应又为吸热反应，促使凝固加快，CO气泡来不及逸出形成气孔。;形状： 由于CO形成的气泡是在结晶面上产生的，因此形成了沿结晶方向条虫状的内气孔。;二、气孔形成机理;二、气孔形成机理;2、气泡长大 气泡长大的条件： 式中：PG—气泡内部压力， PG=PN2+PH2+PCO+PCO2+… 各气体分压总和； P0—阻碍气泡长大的外界压力， P0≈ Pa + Pc Pa—大气压力； Pc—由表面张力构成的附加压力， Pc=2σ/r; σ—金属与气体间的表面张力（J/cm2）； r—气泡半径（cm）。 如：当r＝10-4cm时，Pc≈20大气压。 自发生核的气泡，体积小、r小， Pc大，很难长大。 熔池现成表面上生核的气泡，气泡不成圆形，r较大，使Pc大大减小。 同时形核的现成表面对气体有吸附作用，使局部的气体浓度大大提高，缩短了气泡长大所需的时间，所以比较容易长大。;3、气泡上浮 1）脱离表面 气泡脱离现成表面的能力与θ有关： 式中：σ1.g— 固、气间的表面张力 σ1.2 — 固、液间的表面张力 σ2.g —液、固间的表面张力 当θ90°时，气泡尚未长大到很大尺寸，便完全脱离现成表面 当θ90°时，气泡上升中有缩颈，脱离后有残余。;2）气泡上浮 气泡浮出速度估算公式： 式中： v ——气泡浮出速度； ρ1——液态金属的密度； ρ2——气体的密度； g ——重力加速度； r ——气泡的半径； η ——液态金属的粘度； 3）影响气孔生成的因素 θ↓→有利于气泡逸出→越不易形成气孔。 v（上浮速度）↑，越不易形成气孔。 结晶