埋弧焊

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焊接中的不连续和缺陷

材料连接过程,如焊接、焊接和钎焊,取决于温度从室温到操作温度和回到室温的变化来完成连接过程。在这样的温度循环过程中,母材和结合区会发生很多变化,产生不利于接头性能的微观和宏观特征。这些特征有许多表现形式,包括气孔、裂纹、脆性相、沿晶界的相偏析、晶粒长大和填充金属错位。这些特征的存在可以中断焊缝的均匀性,无论是在材料属性,应力场,或物理边界;这样的中断称为不连续。不连续可能被认为是一个缺陷如果不允许适用的行业标准或指定零件图(请记住,焊缝要求零件图取代任何行业标准),尽管存在不连续可能不会立刻导致焊接不符合功能测试。例如,焊缝熔合区可能有不符合规范的裂纹,但不会导致泄漏测试失败。

当焊接工程师试图弄清楚它是否会对焊缝产生任何负面影响时,间断总是一个值得关注的问题。对于焊接工程师来说,不幸的是,焊缝/焊料/钎焊区被证明是一堆不连续的地方,你看得越多,就会发现越多。一个焊接部分将显示一系列的微观组织和相在接头和附近。远离接头的母材将具有原始的微观组织,因为它不受热的影响,不应该有任何与焊接过程有关的不连续。未参与焊接但受焊接热影响的焊缝附近材料受焊接热影响的微观组织明显不同;被称为热影响区或HAZ。在高温电弧焊过程中,热影响区(HAZ)的大小可以很大,但在低温焊接操作中可以忽略不计。热影响区可以有多种形式的不连续:冶金的和物理的。热影响区中的晶粒可能在尺寸上增长(以相邻晶粒为代价),并在原有的细晶粒组织中失去一些力学性能。在某些钢中,热影响区也可能发生相变,形成脆性相,如马氏体。 The welding heat may have also resulted in formation of low melting phases that can seep along the grain boundaries resulting in cracks if there is tensile stress across the boundaries. Presence of one or more of the above discontinuities can lead to properties of the HAZ that are significantly different than the parent metal either in terms of ductility, corrosion, conductivity, or propensity for crack growth. Such a discontinuity may lead to compromised performance of the assembly over an extended period of time if the particular attribute is of concern. For example, if the weld is not likely to be flexed, either intentionally as in application of cycling loading, or unintentionally as due to thermal expansion/contraction, then the presence of the brittle phase in HAZ may not be of concern. However, if the weld will be subject to fatigue loading in use, then any discontinuities like grain growth, brittle phases, or fine cracks can result fatigue crack growth leading to failure. Figure below shows a resistance weld section with cracks in the HAZ zone.

上图显示了在热影响区(HAZ)中有熔离裂纹的电阻焊接截面。这种裂纹可以保持休眠状态,可能不会影响焊接功能。

焊接区本身更让人兴奋和恼火,焊接工程师试图弄清楚是否有任何特征可以被归类为不连续性,这将在以后被证明是烧心的原因。由于焊缝区域的温度偏移更大,与热影响区相比,不连续点的尺寸和影响往往被夸大。冶金变化可以包括不同金属/合金的混合形成具有一些非常意想不到的性质的熔核的可能性。当不锈钢与碳钢焊接时,熔核可能比预期的要脆得多。与铜和镍焊接时一样,熔融混合物的电阻率也会高得多;尽管这两种金属各自都具有很强的导电性,但它们的熔合物却具有很强的电阻性。如果该焊缝的应用是形成一个非常导电的焊缝,工程师可能必须确保该焊缝是固态焊缝,从而避免两者混合。

焊缝熔合区还可以填充传统的不连续物,如气孔和冷却过程中形成的明显裂纹。气孔不像裂纹那样隐蔽,因为一旦焊缝冻结,气孔就不会增长。然而,在拉伸载荷下,气孔确实会在其周围产生应力场,如果足够多的气孔排列在一起,它们可能会失效,导致裂纹。大多数焊接标准,包括航空航天标准,将允许一定程度的气孔,但不允许任何裂纹。最终,设计者应充分理解接头的性能要求,并根据具体应用而不是通用标准来规定孔隙率公差。下图显示的是在焊缝深处有气孔且远离焊缝界面和潜在失效路径的焊缝。这样的孔隙度,即使有相当大的不连续,也不太可能导致失败。

上图显示的是激光焊接部分,其内部孔隙率很大,远离焊接界面(薄箔和外壳之间)和潜在的失效路径;这样的孔隙度不太可能导致失败。

而不连续像大裂缝是一个明显的红旗被归类为缺陷,还有许多其他不连续等焊缝晶粒生长过度,乍一看可能没有明显的提供一个风险形成的缺陷,但在日后可能会导致失败。一个工程师会完全理解申请联合并确保最有可能导致的不连续性缺陷正确识别,为非破坏性测试和相应的质量控制措施以及破坏性测试抽样的基础上。重要的是要意识到,一个人不需要做一个完美的无间断焊接,但一个人必须做一个焊接,完美地满足所有的期望,可能有一些无害的间断安全地困在里面。

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