第15讲 焊接气孔和夹杂第15讲 焊接气孔和夹杂.pptVIP

30 第四章 焊接气孔和裂纹 第15讲 4.1 焊接气孔 气孔和夹杂是焊缝中经常遇到的两种缺陷，他们都是在熔池金属结晶过程中产生的。 气孔和夹杂不仅削弱焊缝的有效工作断面，而且也带来应力集中，显著降低焊缝金属的强度和韧性，对动载强度和疲劳强度更为不利，有时会引起裂纹或影响焊缝气密性。 4.1.1 气孔的类型及其分布特征 从碳钢到低合金钢、有色金属几乎都有可能产生气孔。 一些可能产生气孔的原因： 焊条、焊剂烘干不足 被焊金属和焊丝表面有锈、油污或其他杂质 焊接工艺不稳定（电弧电压偏高、焊速太大和电流太小等） 焊接区保护不良等 电渣焊焊低碳钢时，由于脱氧不足，在焊缝中出现气孔 手弧焊时如有锈，则可能在焊缝表面出现气孔 1、气孔的类型 ⑴按其所在位置分： ①表面气孔 ②内部气孔（需通过无损探伤发现） ⑵按其分布分： ①单个存在 ②密集成堆 ③贯穿整个焊缝 ④弥散于焊缝内部 ⑶按形成气孔的气体分： ①H气孔 ②N气孔 ③CO气孔 2、气孔的来源 ⑴高温时某些气体溶解于熔池金属中，当凝固和相变时，气体的溶解度降低而来不及逸出，残留在焊缝内部的气体，如H和N； ⑵由于冶金反应产生的不溶于金属的气体，如CO和H2O。 形成气孔的各种气体的来源各不相同，但都是在焊缝凝固过程中来不及逸出而形成的。 3、气孔的形态和特征 ⑴H气孔 对于低碳钢和低合金钢，H气孔大多数出现在焊缝表面，气孔断面呈螺旋状，内壁光滑，在焊缝表面呈喇叭状开口。 个别情况下，H气孔也会出现在焊缝内部，如：焊条药皮中含有较多的结晶水，使焊缝中的含氢量过高，焊缝凝固时来不及上浮而残留在焊缝内部。Al、Mg合金焊接时，H气孔常出现在焊缝内部。 H气孔是在结晶过程中形成的，在相邻树枝晶的凹陷最深处产生，浮出困难。但氢又具有较大的扩散能力，极力挣脱现成表面，上浮逸出，两者综合作用的结果是形成了喇叭口型的表面气孔。 ⑵N气孔 一般认为其机理与H气孔相似，多在焊缝表面，多数情况下成堆出现。焊接生产中由N引起的气孔较少。 ⑶CO气孔 各种结构钢中均含有碳，焊接时将引起如下冶金反应而产生大量CO： [C]+[O]=CO [FeO]+[C]=CO+Fe [MnO]+[C]=CO+Mn [SiO2]+[C]=2CO+Si CO气体不溶于钢，在熔池处于高温时，可以以气泡形式从熔池中逸出，不会形成气孔。但在熔池凝固阶段一方面由于成分偏析使液相中局部区域[FeO]和[C]含量提高，促使CO生成。另一方面，温度降低，金属熔池粘度加大，在快速结晶下CO来不及逸出变成气孔。 CO气孔沿结晶方向分布，象条虫状卧伏在焊缝内部。 注意：上述气孔特征只是在正常情况下形成的。在某些特殊情况下，也会出现反常情况。例如：CO2气体保护焊时，当焊丝的脱氧能力不足的情况下，CO气孔可能有内部转至焊缝表面。 因此，在判断气孔的类型时，不应只看气孔的存在形式（一般特征），还应考虑形成气孔的具体条件。 4.12 焊缝中形成气孔的机理 研究表明，气孔的形成大致经历形核、长大和上浮三个阶段。 1、气泡的生核 气泡形核必须具备两个条件： ①液态金属中由过饱和气体； ②形核时需有能量（有现成表面存在时，可降低能量消耗）。 焊接时熔池金属可以获得大量的气体（H、N、CO），所以这①条件较易满足。 在焊接熔池中有现成表面存在的条件下，形成气泡核所需的能量如下式： Ep=-（ph-pL）V+σA[1-Aa/A(1-cosθ）] 式中， Ep——形成气泡核所需的能量； ph——气泡内的气体压力； pL——液体压力； V——气泡核的体积； σ——相间张力； A——气泡核的表面积； Aa——吸附力的作用面积； θ——气泡核和现成表面的沁润角。 由上式可看出，气泡依附在现成表面时，由于降低σ和提高Aa/A比值，使能量减少。 可以认为，Aa/A的比值最大的地方就是最有可能产生气泡的地方，树枝晶相邻的凹陷处和母材金属尚未熔化晶粒的界面上Aa/A的比值最大，因此，在这些部位最易产生气泡核。 此外，当Aa/A比值一定时，θ角越大，形成气泡核所需的能量越小。 2、气泡长大