3.2--气孔与夹杂解析

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,五、焊接热循环：,在焊接热源作用下，焊件上某点温度随时间的变化过程。,六、焊接接头组织和性能,焊接接头示意图,1-焊缝；2-熔合区；3-HAZ；4-母材,1 焊缝的组织和性能,焊缝是晶粒较粗大的铸态组织，成分不均匀，组织不致密，故塑性较差，易产生热裂纹。但由于焊条药皮和焊丝等在焊接过程中的疼惜和合金化作用，使焊缝金属的力学性能一般不低于母材。,加热温度：14901530，液相线和固相线之间，只有局部金属熔化，故又称半熔化区。,宽度：0.10.4,组织：由局部铸态组织和晶粒粗大的过热组织组成。,性能：化学成分、组织和物理性能不均匀，塑性、韧性很差，是焊接接头的薄弱部位，很简洁成为裂纹及局部脆断的发源地。,2熔合区的组织与性能,3 热影响区的组织和性能低碳钢,1过热区,温度：固相线至1100,宽度：13。,组织：由于加热温度高，奥氏体晶粒显著长大，冷却后得到晶粒粗大的过热组织,性能：塑性、韧性明显下降。焊接刚度大的构造时，易在此区产生裂纹，是焊接接头的薄弱部位。,2正火区,温度：在1100至Ac3之间，,宽度：约1.24.0。,组织：由于母材金属被加热到AC3以上的部位，铁素体和珠光体全部转化为奥氏体，发生重结晶，随后在空气中冷却得到均匀细小的珠光体和铁素体，相当于热处理时的正火组织。,性能：塑性韧性都比较好，力学性能优于母材。,温度：在Ac3至Ac1之间，,组织：只有局部组织发生了相变重结晶，冷却下来成为晶粒细小的铁素体和珠光体，而另一局部始终没能溶入奥氏体的铁素体就成为粗大的铁素体，因此晶粒大小不均匀。,性能：组织不均匀导致机械性能不均匀。,3局部相变区不完全重结晶区,七、几个根本概念,1母材金属、2填充金属、3熔敷金属、4疼惜套筒,5熔滴、6熔池、7溶渣、8渣壳、9焊缝,一、氢对金属的作用及把握,一氢的来源,1焊材中的水分,2药皮中的有机物,3焊丝和母材坡口外表上的铁锈、油污,4电弧四周空气中的水分,对于大多数金属，氢是有害的，它是造成低合金高强钢焊接构造消逝氢脆、冷裂纹、氢气孔等缺陷的最主要缘由。,3.2 焊缝金属中的气体杂质H、N、O,二氢对焊接质量的影响,氢的有害作用可分为两种：,暂态现象氢脆、白点，经时效、热处理可消退,永久现象气孔、冷裂纹，不行消退,1氢脆氢致塑性损失,1定义：氢在室温四周使钢的塑性指标如延长率和断面收缩率严峻下降的现象。,2产生气理：由溶解在金属晶格中的氢引起,拉伸位错运动、积存空腔H集中聚拢空腔H+HH2压力变脆,3影响因素：含氢量、试验温度和变形速度、焊缝金属组织,氢脆只有在处于室温下、静载拉伸或静载弯曲条件下含氢量较高的焊缝中才会消逝。,焊缝金属经过去氢处理，其塑性可以恢复,2白点鱼眼,1定义：室温下的氢脆现象，在拉伸或弯曲试件断面上消逝的银白色圆形斑点中心处有气孔或小的夹渣，也称“鱼眼”。,2产生缘由：白点是在塑性变形阶段产生的。,“诱捕理论”解释：焊缝中的气孔及非金属夹杂物边缘的空隙,好象“陷阱”一样捕获氢原子，并在其中结合成氢分子，引起金属脆化。,3影响因素：含氢量、金属的组织和变形速度。,3氢气孔：金属结晶时氢的溶解度突降所致。,4裂纹,三把握措施,1限制氢的来源,1合理选择药皮原材料；,2严格烘干焊接材料；,3气疼惜焊时，限制疼惜气中的含水量，必要时实行去水、枯燥等措施；,4去除焊丝和焊件外表上的油、锈、吸附水等杂质；,在药皮和焊剂中参与氟化物HF夺氢,把握焊接材料的氧化复原势OH夺氢,HF和OH不溶于液态钢中，比H2和H2O稳定，不易分解出H,2 冶金处理,1提高气相的氧化性OH夺H,CO2+H=CO+OH O+H=OH,O2+H2=2OH,2氟化物除氢HF夺H,CaF2SiO2联合去氢针对酸性熔炼焊剂,2CaF2+3SiO2=SiF4气+2CaSiO3 SiF4+2H2O气=SiO2气+4HF,SiF4+3H=SiF气+3HF,3药芯或药皮中参与微量稀土元素：与氢亲和力大,CaF2直接去氢,CaF,2,+H,2,O,气,=CaO,气,+2HF CaF,2,+2H=Ca,气,+2HF,氟化钙、CO2共存，水玻璃参与反响针对碱性焊条,Na2O.nSiO2+H2O=2NaOH+nSiO2 2NaOH+CaF2=Ca(OH)2+2NaF 2NaF+H2O+CO2=Na2CO3+2HF,3工艺措施,电流的种类和极性,见图2-7，直流反接试件接负极，焊把接正极氢量最少，沟通最多。,电流,一般，由于I电弧温度高，氢分解度大；熔滴温度高，氢溶解度大，所以H,气疼惜焊时，假设II临，熔滴实现射流过渡，由于熔滴与H作用时间变短，所以H下降。,电压,电压U弧长熔滴与H作用时间H应短弧操作,4焊后脱氢处理：焊后加热焊件，促使氢集中外逸,焊后脱氢处理对焊缝含氢量的影响,对氢的把握总原则：,首先限制氢和水份的来源；,其次防止氢溶入金属；,最终对含氢金属进展脱氢处理。,一氮对焊接质量的影响,1形成氮气孔,液态金属在高温时可以溶解大量的氮，而在其凝固时氮的溶解度突然下降。这时过饱和的氮以气泡的形式从熔池中向外逸出，当焊缝金属的结晶速度大于外逸速度时，就形成气孔。,2降低机械性能强度、硬度，塑性和韧性，低温韧性,以针状氮化物Fe4N的形式析出于晶界或晶内，Fe4N本身硬而脆,3产生时效脆化随时间延长，强度增高而塑韧性下降的现象,焊缝金属中过饱和的氮处于不稳定状态，随时间延长过饱和的氮渐渐析出，形成稳定针状氮化物Fe4N，从而强度上升而塑韧性下降。,二氮对金属的作用及把握,二把握措施,1加强疼惜，防止空气与液态金属接触 主要措施,2工艺措施,承受短弧焊电弧越短，熔滴在落入熔池过程中与氮的接触时间越短。,增大焊接电流电流增大，熔滴过渡频率增加，熔滴与氮的接触时间变短。,承受直流反接直流反接时，焊接区温度较低，氮的溶解度小。,3冶金措施,增加焊丝或药皮中的碳含量,降低氮在钢中的溶解度,碳氧化生成CO、CO2可加强疼惜作用,碳氧化所引起的熔池沸腾有利于氮的逸出,参与钛、铝、锆和稀土等与氮亲和力大的合金元素,形成稳定的氮化物，而且它们不溶于液态钢而进入熔渣,对氧的亲和力大，可削减气相中NO的含量,一 氧的来源,1弧气中的氧化性气体O2、CO2和水蒸气,2氧化性熔渣含FeO、MnO、SiO2；,3焊丝、工件外表的氧化铁Fe3O4和铁锈Fe2O3；,三氧对金属的作用及把握,硅酸盐夹杂对碳钢焊缝冲击韧性的影响,含夹杂物：10.028-0.030%;20.034-0.053%;30.104-0.110%;40.196%,氧（以FeO形式存在）对低碳钢焊缝常温力学性能的影响,二氧对焊接质量的影响,1降低焊缝的力学性能,O强度、塑性、韧性，尤其低温冲击韧性,2使焊缝中有益的合金元素烧损，造成飞溅和CO气孔,3降低焊缝导电性、导磁性、耐蚀性等物化性能,三氧的把握措施,1严格限制氧的来源纯化焊接材料，加强疼惜，清洁母材,2选择正确的焊接标准短弧焊,3冶金脱氧在焊接材料中参与脱氧剂,1 锰脱氧：Mn+FeO=(MnO)+Fe 酸性焊条可用锰铁作脱氧剂；碱性焊条不能单独使用,2 硅脱氧：Si+2FeO=(SiO2)+2Fe 一般不单独使用,3硅锰联合脱氧：广泛承受，产物MnOSiO2，熔点低、密度小、简洁聚合长大进入渣中。,3.3 硫、磷对焊缝金属的作用和把握,2降低焊缝的韧性，促使冷脆、热脆和层状撕裂，对低合金高强钢还可能是造成冷裂的起源。,Fe+FeS(熔点为985)；FeS+FeO(熔点为940),NiS+Ni(熔点644),一硫的危害与把握,1存在形式：主要以FeS和MnS的形式存在,2危害：,1促使金属热裂；,缘由：低熔共晶物呈液态薄膜形式分布于晶界，割裂了晶粒间的联系。,3把握措施以“限”为主,1限制硫的来源母材、焊丝、药皮或焊剂,2冶金脱硫,元素脱硫：FeS+Mn=(MnS)+Fe，放热反响，脱硫效果差,熔渣脱硫：,FeS+(MnO)=(MnS)+(FeO),FeS+(CaO)=(CaS)+(FeO),FeS+(MgO)=(MgS)+(FeO),吸热反响，效果比元素脱硫好的多，但照旧有限,稀土脱硫：,1脱硫；,2转变硫化物夹杂的尺寸、形态和分布，尺寸大、呈片状层状分布细小均匀的点状分布,1存在形式：以Fe2P和Fe3P为主,2危害,促使金属热裂：磷化铁与铁和镍形成低熔点共晶,Fe3P+Fe1050 Ni3P+Fe880,碳的存在将促使磷的偏析，使热裂趋向加剧。,促使金属冷脆：磷化铁本身硬而脆冷脆,二磷的危害与把握,3把握措施以“限”为主,焊接时的冶金脱磷措施根本无效，根本措施是严格限制原材料中的含磷量。,1严格限制母材、填充金属、药皮和焊剂中的含磷量。,2冶金脱磷,2Fe3P+5(FeO)+3(CaO)(CaO)3P2O5)+11Fe,放热反响,3.4 焊缝中的气孔,一、气孔的类型及危害,1气孔的类型,1按气孔的分布特点：外气孔和内气孔,2按气孔生成的气体来源：氢气孔、氮气孔、CO气孔和金属蒸气孔,2危害,1影响焊缝的致密性,2减小焊缝的有效截面,3产生应力集中导致裂纹,4气孔数量多，会显著降低焊缝的塑韧性和疲乏强度,二、气孔的形貌与形成缘由,1氢气孔,1形貌特征：多消逝在焊缝外表，气孔断面如螺钉，外表呈喇叭口形，内壁光滑；个别残存在内部，以小圆球状存在,2缘由：冷却和结晶过程中，氢的溶解度发生了急剧下降，来不及逸出而形成,2氮气孔,1形貌特征：多消逝在焊缝外表，多数成堆消逝，和蜂窝相像,2缘由：疼惜不好，有较多的空气侵入熔池造成,3CO气孔,1形貌特征：沿结晶方向分布，象条虫子卧在焊缝内部，内壁有氧化颜色,2缘由：冶金反响产生大量的CO，在结晶过程中来不及逸出,焊缝中的气孔,氢气孔特征,CO气孔特征,四、影响气孔产生的因素及防止措施,一影响因素,1冶金因素的影响,1熔渣氧化性的影响,熔渣氧化性CO气孔；熔渣氧化性H2气孔,2焊条药皮和焊剂的影响,碱性焊条：CaF2去氢；酸性焊条：活性氧化物去氢,焊剂：可同时存在CaF2和活性氧化物,3焊丝成分,气体疼惜焊时，焊丝必需含确定量的脱氧剂，且脱氧剂与氧的亲和力还必需大于氢与氧的亲和力，以免形成H2O气孔,4疼惜气成分,焊接铝、镁及其合金时，加氧化性气体防氢气孔,5铁锈和水分对产生气孔的影响,mFe2O3nH2O CO、氢两类气孔敏感性,2工艺因素的影响,1焊接标准的影响,电流：电流小，熔池存在的时间短，不利气体外逸；电流大，熔滴变细，比外表积大，吸取的气体多。过大过小均不利。,电压：电压高，弧长大，空气中的氮气简洁侵入熔池，消逝氮气孔,焊速：焊接速度太大，熔池的结晶速度增大，气体不简洁逸出，气孔产生的倾向也增大。,2电流种类和极性,沟通焊直流正接直流反接,3工艺操作方面的影响,焊前严格去除焊件、焊丝上的铁锈、油污；,焊条、焊剂严格烘干；,焊接时标准要稳定，尽量承受短弧焊，协作摇摆有利于气体析出。,3.5 焊缝中的夹杂,一、夹杂物的种类和危害,1氧化物,1形式：SiO2、MnO、TiO2、Al2O3等，一般多以硅酸盐的形式存在,2危害：以块状或片状连续存在于晶界时，焊缝中会引起热裂纹,2氮化物,1形式：主要是Fe4N，硬而脆,2危害：使焊缝的硬度增大，塑韧性严峻下降,3硫化物,1形式：MnS和FeS,2危害：形成低熔点共晶物，引起热裂纹,二、防止焊缝中夹杂物的措施,1冶金方面：,正确选择焊条、焊剂的渣系，使它更好的脱氧、脱硫,2工艺操作,1选用适宜的焊接标准，并加上摇摆焊条，以便于熔渣的浮出；,2多层焊时，应留意去除前层焊缝的残渣；,3施焊时尽量承受短弧焊，以疼惜熔池,