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常見焊接缺陷的成因及其防止方法
作者: ‖ 時間:2010-5-7 ‖ 來源: ‖ 點擊:2816
 

形狀缺陷──外觀質量粗糙,魚鱗波高低、寬窄發生突變;焊縫與母材非圓滑過渡。

  主要原因是操作不當,返修造成。
  危害是應力集中,削弱承載能力。

  焊縫尺寸缺陷——尺寸不符合施工圖樣或技術要求。

  主要原因是施工者操作不當
  危害:尺寸小了,承載截面??;
  尺寸大了,削弱了某些承受動載荷結構的疲勞強度。

  咬邊

  原因:焊接參數選擇不對,U、I太大,焊速太慢。
     電弧拉得太長。熔化的金屬不能及時填補熔化的缺口。
  危害:母材金屬的工作截面減小,咬邊處應力集中。

  弧坑——由于收弧和斷弧不當在焊道末端形成的低洼部分。

  原因:焊絲或者焊條停留時間短,填充金屬不夠。
  危害:減少焊縫的截面積;
     弧坑處反應不充分容易產生偏析或雜質集聚,因此在弧坑處往往有氣孔、灰渣、裂紋等。

  燒穿

  原因:焊接電流過大;
     對焊件加熱過甚;
     坡口對接間隙太大;
     焊接速度慢,電弧停留時間長等。
  危害:表面質量差
     燒穿的下面常有氣孔、夾渣、凹坑等缺陷。

  焊瘤——熔化金屬流淌到焊縫以外未熔化的母材上所形成的局部未熔合。

  原因:焊接參數選擇不當
     坡口清理不干凈,電弧熱損失在氧化皮上,使母材未熔化。
  危害:表面是焊瘤下面往往是未熔合,未焊透;
     焊縫幾何尺寸變化,應力集中,管內焊瘤減小管中介質的流通界面計。

  氣孔

  原因:電弧?;げ緩?,弧太長;
     焊條或焊劑受潮,氣體?;そ櫓什淮?;
     坡口清理不干凈。
  危害:從表面上看是減少了焊縫的工作截面;更危險的是和其他缺陷疊加造成貫穿性缺陷,破壞焊縫的致密性。連續氣孔則是結構破壞的原因之一。

  夾渣

  焊接熔渣殘留在焊縫中。易產生在坡口邊緣和每層焊道之間非圓滑過渡的部位,焊道形狀突變,存在深溝的部位也易產生夾渣。

  原因:熔池溫度低(電流?。?,液態金屬黏度大,焊接速度大,凝固時熔渣來不及浮出;
     運條不當,熔渣和鐵水分不清;
     坡口形狀不規則,坡口太窄,不利于熔渣上??;
     多層焊時熔渣清理不干凈。

  危害:較氣孔嚴重,因其幾何形狀不規則尖角、棱角對機體有割裂作用,應力集中是裂紋的起源。

  未焊透 當焊縫的熔透深度小于板厚時形成。

  單面焊時,焊縫熔透達不到鋼板底部;雙面焊時,兩道焊縫熔深之和小于鋼板厚度時形成。
  原因:坡口角度小,間隙小,鈍邊太大;
     電流小,速度快來不及熔化;
     焊條偏離焊道中心。
  危害:工作面積減小,尖角易產生應力集中,引起裂紋。

  未熔合——熔焊時焊道與母材之間或焊道與焊道之間未能完全熔化結合的部分。

  原因:電流小、速度快、熱量不足;
     坡口或焊道有氧化皮、熔渣等,一部分熱量損失在熔化雜物上,剩余熱量不足以熔化坡口或焊道金屬。
     焊條或焊絲的擺動角度偏離正常位置,熔化金屬流動而覆蓋到電弧作用較弱的未熔化部分,容易產生未熔合。
  危害:因為間隙很小,可視為片狀缺陷,類似于裂紋。易造成應力集中,是危險性較大的缺陷。

  最后一種也是危害最大的一種焊接缺陷──焊接裂紋

  在焊接應力及其它致脆因素共同作用下,材料的原子結合遭到破壞,形成新界面而產生的縫隙稱為裂紋。它具有尖銳的缺口和長寬比大的特征,易引起較高的應力集中,而且有延伸和擴展的趨勢,所以是最危險的缺陷。

  裂紋形成的原因及防止措施

  熱裂紋形成及防止

  常見的熱裂紋有兩種:結晶裂紋、液化裂紋

  結晶裂紋是焊接熔池初次結晶過程中形成的裂紋,是焊縫金屬沿初次結晶晶界的開裂。
而液化裂紋是緊靠熔合線的母材晶界被局部重熔,在收縮力的作用下而產生的裂紋。

  焊接時,熔池在電弧熱的作用下,被加熱到相當高的溫度,而受熱膨脹,而母材卻不能自由收縮,于是高溫的熔池受到一定的壓力。當熔池開始冷卻時,就以半融化的母材為晶核開始處結晶。最先結晶的是純度較高的的合金。最后凝固的是低熔點共晶體。低熔點共晶物的多少取決于焊縫金屬中C、S、L等元素的含量。當含量較少時,不足以在初生晶粒間形成連續的液態膜。焊接熔池的冷卻速度極快,低熔點共晶物幾乎與初析相同時完成結晶。因此連續冷卻的金屬熔池雖然受到收縮應力的作用也不至于產生晶間裂紋。當低熔點共晶體量較多時,情況就不同了,初次結晶的偏析程度較大,并在初次結晶的晶體之間形成晶間液膜,當熔池冷卻收縮時,被液膜分割的晶體邊界就會被拉開就形成了裂紋,這是主要原因,另有兩個其它原因:一是焊縫金屬所經受的應變增加速度大于低熔點共晶物凝固的速度;另外,初生晶體的張大方向和殘留低熔共晶體的相對位置的影響。

  如果焊接熔池如圖方式結晶,則低熔點共晶物會夾在正在長大的柱狀晶體之間,或者在從兩面相對增長的晶面之間。在這種情況下,使得正在結晶的焊縫金屬很容易被收縮應力拉開而形成裂紋。

  如按左圖所示方式結晶,則低熔共晶體被長大的晶體推向熔池表面,不可能嵌在柱狀晶體之間,這種形狀的焊縫就不易裂紋。

  可見,關鍵的措施就是:

  a應嚴格控制焊縫金屬中C、S、P和其它易形成低熔點共晶體的合金成分的含量,這些元素和雜質的含量越低,焊縫金屬的抗裂紋能力越大。

  當焊縫中C>0.15%,S>0.04%就可能有裂紋出現,如果母材中含碳量很高,就要控制焊接材料的成分,以使混合后的碳含量降下來。

  B改變焊縫橫截面的形狀也就改變了焊接熔池的結晶方向,使之有利于將低熔點共晶體推向不易產生裂紋的位置。

  液化裂紋產生的原因:焊接時緊靠熔合線的母材區域被加熱到接近鋼熔點的高溫,此時母材晶體本身未發生熔化,而晶界的低熔點共晶物則已完全熔化。當焊接熔池冷卻時,焊縫應變速度較高。如果這些低熔點共晶物未完全重新凝固之前,接合區就已受到較大應變,則在這些晶界上就會出現裂紋。晶間液層的熔點越低,凝固時間越長,則液化裂紋的傾向越大。

  液化裂紋的成因歸于母材晶粒邊界的低熔點共晶物,因此液化裂紋多產生于C、S、P雜質較高的母材與焊縫的熔合邊界。

  可采取的措施:

  a對需用大規范埋弧焊的鋼板進行篩選,采用S、P含量較低的鋼板。

  B對于直邊不開坡口的對接接頭,加大接縫間隙至4_5mm,這樣可在較小的焊接電流下完成全焊頭的焊縫。

  C將對接焊縫開成V形坡口,采用低規范多道埋弧自動焊。

  以上工藝方法會降低焊接生產率,只是在無法更換材料時才用。根本辦法還是選用含C、S、P較低的材料。含C0.2%以下,S,P0.03%以下就不會再出現近縫區的液化裂紋。

  冷裂紋形成及防止

  焊接接頭的冷裂紋主要在屈服極限大于300MPa的低合金鋼中產生。鋼材的強度越高,焊接產生冷裂紋的可能性越大,在低碳鋼的焊接接頭中一般不出現冷裂紋。

  關于這種裂紋的形成機理可以如下解釋:

  在不利的條件下焊接時,焊接熔池中溶解了較多的氫,焊縫金屬快速冷卻后,大部分氫快速過飽和溶劑與焊縫金屬中。在焊接殘余應力作用下,氫逐漸向產生應力與應變集中的熱影響區擴散,并在某些微區聚集。而低合金鋼熱影響區又往往存在馬氏體淬硬組織,他的塑性變形能力很低。當氫的濃度達到某一臨界值時,變脆的金屬即使是微小的應變也經受不起,而在殘余應力的作用下就會開裂。危險的是這些開裂面會進一步擴展,而且在裂紋的端部會有氫凝聚導致新的開裂,最終發展成宏觀裂紋。

  防止的措施

  a控制近縫區的冷卻速度,使之不易形成淬硬組織;

  b將工件預熱(降低冷卻速度);

  c建立低氫的焊接條件。

  冷裂紋是一種最危險的缺陷,具有延遲性。有的甚至在焊縫無損探傷后才形成,而造成不可彌補的漏檢。

  在熱裂紋

  最常見的再熱裂紋是焊后熱處理過程中形成的裂紋,所以又叫消除應力處
理裂紋。產生于具有沉淀硬化傾向的低合高強鋼和奧氏體不銹鋼中。其中Cr-Mo-V,Cr-Mo-V-B,Mn-Ni-Mo-V型等低合金鋼對再熱裂紋由最高的敏感性。

  措施

  選用對這種裂紋不敏感的材料制造壓力容器。Mn鋼、Mn-Mo鋼、Mn-Ni-Mo鋼一般無再熱裂紋傾向。

  其次可適當的改變工藝條件。

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