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1、20921-4A第4章 焊接缺陷及其控制4.1 焊縫中的偏析和夾雜4.2 焊縫中的氣孔4.3 焊接裂紋20921-4A4.1 焊縫中的偏析和夾雜焊縫結晶過程是一個不平衡的過程，快速冷卻造成了各合金元素的分布是不均勻的。焊縫及熔合區(qū)中出現(xiàn)的這種合金元素分布不均勻的現(xiàn)象稱為偏析，它是焊接熱裂紋形成的重要原因之一。20921-4A4.1.1 偏析的形成及控制1.偏析的種類及形成原因(1)顯微偏析 根據(jù)金屬學平衡結晶過程的理論可以知道，合金在結晶過程中，液、固兩相的合金成分是在不斷變化的。圖4-1 馬氏體不銹鋼焊縫中的顯微偏析a)焊縫晶粒的形態(tài) b)合金元素的分布20921-4A4.1.1
2、 偏析的形成及控制(2)區(qū)域偏析 在焊縫結晶時，柱狀晶的生長方向是從熔合線指向焊縫中心的，由于柱狀晶體不斷長大和推移，會把低熔點溶質“趕”向熔池的中心，致使最后結晶的部位低熔點溶質的濃度最高。(3)層狀偏析 有時焊縫斷面經(jīng)浸蝕后，可以明顯地看出有層狀分布的輪廓。2.偏析的控制措施(1)細化焊縫晶粒 細晶粒的焊縫金屬，由于晶界的增多，偏析分散，偏析的程度將會減弱。20921-4A4.1.1 偏析的形成及控制(2)適當降低焊接速度 高速焊接時，熔池呈淚滴形，柱狀晶近乎垂直地向焊縫軸線方向生長，在會合面處形成顯著的區(qū)域偏析。20921-4A4.1.2 夾雜的形成及控制1.夾雜的形成(1)
3、夾渣 由于焊接操作不良而在熔化金屬內混入熔渣，使其殘留下來，或者在多層焊時前一層焊道的焊渣清理不干凈而殘留到下層焊縫中，這種在焊縫中的渣的殘留物稱為夾渣。(2)反應生成新相 空氣、弧柱氣氛中的氧化性氣體以及熔池中的硫可以和熔化金屬中的鐵、錳、硅、鋁等反應生成微小的氧化物、氮化物和硫化物顆粒，它們一般彌散分布在焊縫金屬內。1)氧化物。20921-4A4.1.2 夾雜的形成及控制2)氮化物。3)硫化物。(3)異種金屬進入焊縫 TIG焊時，如果鎢極浸入熔融金屬或焊接電流過大致使鎢極熔化進入焊縫金屬時就會產(chǎn)生夾鎢。2.夾雜的危害1)對接頭的力學性能來說，如果從斷裂力學的角度考慮，可以將夾雜
4、物作為一個裂紋源處理，確定出特定焊縫的臨界缺陷尺寸。20921-4A4.1.2 夾雜的形成及控制2)以硅酸鹽形式存在的氧化物數(shù)量的增加，將使焊縫總的含氧量增加，焊縫強度、塑性、韌性明顯下降，尤其是低溫沖擊韌度急劇下降。3)當焊縫中存在氮化物時，由于Fe4N是一種脆硬的化合物，會使焊縫的硬度增高，塑性、韌性急劇下降。4)焊縫中的硫化物主要有兩種，即MnS和FeS。5)較大尺寸的金屬夾雜物對接頭的性能也是有害的。3.夾雜的防止措施1)合理選用焊接材料，充分脫氧、脫硫。2)選用合適的焊接參數(shù)，以利于熔渣的浮出。20921-4A4.1.2 夾雜的形成及控制3)多層焊時，注意清除前一層焊縫的
5、焊渣。4)焊條要適當擺動，以利于熔渣的浮出。5)注意保護熔池，防止空氣侵入。20921-4A4.2 焊縫中的氣孔出現(xiàn)在焊縫中的氣孔是一種典型的焊接缺陷。碳鋼、合金鋼和有色金屬焊接時都存在出現(xiàn)氣孔的可能。氣孔的存在，不僅減小了焊縫的有效承載面積，而且會形成應力集中，使得焊縫的強度、韌性、疲勞強度下降，有時氣孔還會成為裂紋源。因此，氣孔的防止是焊接中一個十分重要的問題。20921-4A4.2.1 氣孔的分類及形成機理1.析出型氣孔2.反應型氣孔20921-4A4.2.2 氣孔形成的影響因素1.氣體的來源(1)焊接區(qū)周圍的空氣侵入熔池 如果焊接區(qū)沒有受到很好的保護，周圍的空氣就會侵入熔池
6、。(2)焊接材料吸潮 空氣中的水分非常容易吸附在焊接材料上，特別是焊條和焊劑。(3)工件及焊絲表面物質的作用 工件及焊絲表面的氧化膜、鐵銹及油污等，均可在焊接過程中向熔池提供氫和氧，是焊縫產(chǎn)生氣孔的重要原因。2.母材對氣孔的敏感性20921-4A4.2.2 氣孔形成的影響因素(1)氣泡的生核 氣泡的生核需要兩個方面的條件：首先液態(tài)金屬中要有過飽和氣體，其次要能滿足氣泡生核的能量條件。(2)氣泡的長大 氣泡生核后，要想長大，必須克服外界壓力。(3)氣泡的上浮 生核、長大后的氣泡是否會在焊縫中形成氣孔，決定于氣泡上浮逸出速度和熔池金屬結晶速度的對比關系。3.焊接材料對氣孔的影響2092
7、1-4A4.2.2 氣孔形成的影響因素(1)熔渣氧化性的影響 熔渣氧化性的大小對焊縫的氣孔敏感性具有很大的影響。(2)焊條藥皮和焊劑的影響 一般堿性焊條藥皮中均含有一定量的氟石(CaF2)，焊接時它直接與氫發(fā)生反應，產(chǎn)生大量的HF，這是一種穩(wěn)定的氣體化合物，即使高溫也不易分解。(3)保護氣體的影響 鋼材焊接時，可選用的保護氣體包括CO2和CO2+Ar混合氣。20921-4A4.2.2 氣孔形成的影響因素(4)焊絲成分的影響 焊絲與焊劑或保護氣體可以有各種各樣的組合，因
