焊缝中的气孔和夹杂PPT课件
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《常见焊缺陷》课件
机械加工
对焊缝进行机械加工，以去除不合格部分。
补焊
对存在的缺陷进行补充焊接，以消除缺陷。
热处理
对焊缝进行热处理，以改善其力学性能和消 除焊接残余应力。
05
案例分析
案例一：某机械零件的焊接缺陷分析
总结词：机械零件焊接缺陷 总结词：预防措施 总结词：修复方法
详细描述：该案例介绍了某机械零件在焊接过程中出现 的缺陷，如气孔、夹渣、未熔合等，并对其产生的原因 进行了深入分析，如焊接参数不当、操作不规范等。
详细描述
通过建立完善的焊接质量管理体系，制定合理的焊接工艺规范和质量控制标准，加强焊 接过程的监督和检测，可以有效地减少焊接缺陷的产生。同时，采用先进的无损检测技
术，如X射线检测、超声波检测等，可以及时发现和消除焊接缺陷，提高焊接质量。
04
焊接缺陷的检测与修复方法
焊接缺陷的检测方法
外观检测
通过肉眼或使用放大镜观察焊 缝表面，检查是否存在裂纹、
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总结词：加固措施
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总结词：修复技术
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详细描述：对于无法修复的缺陷，该案例采取了各种加固 措施，如增加支撑结构、粘贴钢板等，以提高结构的稳定 性和安全性。
THANKS
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气孔与夹渣
气孔和夹渣是焊接过程中常见的缺陷，它们会影响焊接接头的质量。
气孔是由于焊接过程中熔池内的气体在金属冷却过程中未能及时逸出，残留在焊缝内部形成的孔洞。夹渣则是由于焊接过程 中熔池内存在杂质，在金属冷却过程中未能完全熔化或排除，残留在焊缝中的杂质颗粒。气孔和夹渣的存在会降低焊接接头 的致密度和强度。
咬边与烧穿
咬边和烧穿是焊接过程中常见的缺陷 ，它们会导致焊接接头的强度降低。
对焊缝进行机械加工，以去除不合格部分。
补焊
对存在的缺陷进行补充焊接，以消除缺陷。
热处理
对焊缝进行热处理，以改善其力学性能和消 除焊接残余应力。
05
案例分析
案例一：某机械零件的焊接缺陷分析
总结词：机械零件焊接缺陷 总结词：预防措施 总结词：修复方法
详细描述：该案例介绍了某机械零件在焊接过程中出现 的缺陷，如气孔、夹渣、未熔合等，并对其产生的原因 进行了深入分析，如焊接参数不当、操作不规范等。
详细描述
通过建立完善的焊接质量管理体系，制定合理的焊接工艺规范和质量控制标准，加强焊 接过程的监督和检测，可以有效地减少焊接缺陷的产生。同时，采用先进的无损检测技
术，如X射线检测、超声波检测等，可以及时发现和消除焊接缺陷，提高焊接质量。
04
焊接缺陷的检测与修复方法
焊接缺陷的检测方法
外观检测
通过肉眼或使用放大镜观察焊 缝表面，检查是否存在裂纹、
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总结词：加固措施
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总结词：修复技术
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详细描述：对于无法修复的缺陷，该案例采取了各种加固 措施，如增加支撑结构、粘贴钢板等，以提高结构的稳定 性和安全性。
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气孔与夹渣
气孔和夹渣是焊接过程中常见的缺陷，它们会影响焊接接头的质量。
气孔是由于焊接过程中熔池内的气体在金属冷却过程中未能及时逸出，残留在焊缝内部形成的孔洞。夹渣则是由于焊接过程 中熔池内存在杂质，在金属冷却过程中未能完全熔化或排除，残留在焊缝中的杂质颗粒。气孔和夹渣的存在会降低焊接接头 的致密度和强度。
咬边与烧穿
咬边和烧穿是焊接过程中常见的缺陷 ，它们会导致焊接接头的强度降低。
熔焊原理第五章
（1）冶金因素 ①合金元素的影响 ◎硫、磷：在结晶过程中很容易形成液态共晶薄膜，使脆性
温度区间的塑性大大降低，硫和磷又极易偏析，从而增加了 脆性温度区间范围 ◎碳：增加碳，使S、P在晶界析出，结晶裂纹倾向增大。对 含碳量较高的钢，要严格控制其硫、磷的含量 ◎锰：具有脱硫的作用，能臵换FeS为MnS，提高了焊缝的抗 裂性 ◎硅：少量硅，有利于消除结晶裂纹，含量≥0.4%，易形成 硅酸盐，增加结晶裂纹倾向
焊接冷裂纹
三、冷裂纹的形成机理及影响因素
1、氢的作用
溶解在焊缝中的氢在结晶过程中向热影响区扩散， 当焊缝的冷却速度快，这些氢不能逸出时，就聚集 在离熔合线不远的热影响区中。 当热影响区存在氢便会在这些缺陷处聚集，并由 原子状态转变为分子状态，造成很大的局部应力， 再加上焊接应力和组织应力的共同作用，促使显微 缺陷扩大，从而形成裂纹。 氢的扩撒、聚集、产生应力和裂纹需要一定的时 间，所以裂纹具有延迟的特征。
③调整冷却速度 预热，降低冷却速度，减小结晶裂纹倾向 ④降低接头的刚度和拘束度 在接头设计和调整装焊顺序，减小接头的刚性和 拘束度，使焊缝பைடு நூலகம்自由收缩，减小焊接应力。
焊接热裂纹
（二）液化裂纹 焊接过程中，在焊接热循环峰值温度作用下， 在母材近缝区与多层焊的层间金属中，由于 低熔点共晶被加热熔化，在一定收缩应力作 用下沿奥氏体晶界产生的开裂，即为液化裂 纹。 1、形成机理 2、影响因素 3、防止液化裂纹的措施
焊接冷裂纹
五、防止冷裂纹的措施 1、控制母材的化学成分 从设计上应选用抗冷裂性能好的材料进行焊接 一般可用碳当量CE或冷裂纹敏感系数PCM来评价 2、合理选择和使用焊接材料 目的：减少氢和改善焊缝金属的塑性和韧性。 1)焊接淬硬倾向大的钢材，选用碱性焊条 2)防潮、按要求烘干、清理 3)选用低匹配的焊条，选用强度级别略低的焊条 4)选用奥氏体焊条 5)添加提高焊缝金属韧性的合金元素。
温度区间的塑性大大降低，硫和磷又极易偏析，从而增加了 脆性温度区间范围 ◎碳：增加碳，使S、P在晶界析出，结晶裂纹倾向增大。对 含碳量较高的钢，要严格控制其硫、磷的含量 ◎锰：具有脱硫的作用，能臵换FeS为MnS，提高了焊缝的抗 裂性 ◎硅：少量硅，有利于消除结晶裂纹，含量≥0.4%，易形成 硅酸盐，增加结晶裂纹倾向
焊接冷裂纹
三、冷裂纹的形成机理及影响因素
1、氢的作用
溶解在焊缝中的氢在结晶过程中向热影响区扩散， 当焊缝的冷却速度快，这些氢不能逸出时，就聚集 在离熔合线不远的热影响区中。 当热影响区存在氢便会在这些缺陷处聚集，并由 原子状态转变为分子状态，造成很大的局部应力， 再加上焊接应力和组织应力的共同作用，促使显微 缺陷扩大，从而形成裂纹。 氢的扩撒、聚集、产生应力和裂纹需要一定的时 间，所以裂纹具有延迟的特征。
③调整冷却速度 预热，降低冷却速度，减小结晶裂纹倾向 ④降低接头的刚度和拘束度 在接头设计和调整装焊顺序，减小接头的刚性和 拘束度，使焊缝பைடு நூலகம்自由收缩，减小焊接应力。
焊接热裂纹
（二）液化裂纹 焊接过程中，在焊接热循环峰值温度作用下， 在母材近缝区与多层焊的层间金属中，由于 低熔点共晶被加热熔化，在一定收缩应力作 用下沿奥氏体晶界产生的开裂，即为液化裂 纹。 1、形成机理 2、影响因素 3、防止液化裂纹的措施
焊接冷裂纹
五、防止冷裂纹的措施 1、控制母材的化学成分 从设计上应选用抗冷裂性能好的材料进行焊接 一般可用碳当量CE或冷裂纹敏感系数PCM来评价 2、合理选择和使用焊接材料 目的：减少氢和改善焊缝金属的塑性和韧性。 1)焊接淬硬倾向大的钢材，选用碱性焊条 2)防潮、按要求烘干、清理 3)选用低匹配的焊条，选用强度级别略低的焊条 4)选用奥氏体焊条 5)添加提高焊缝金属韧性的合金元素。
焊接缺陷与检验ppt课件
(2)高温液化裂纹 (3)多边化裂纹
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2.焊接冷裂纹
(1)延迟裂纹
(2)淬硬脆化裂纹
(3)低塑性脆化裂纹
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3.其他裂纹
(1)再热裂纹
(2)层状裂纹
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(3)应力腐蚀裂纹
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4.3.2 结晶裂纹的形成与控制
1.结晶裂纹的形成机理
熔池结晶三阶段：
纹敏感性的判据，即产生了裂纹的条件是：
R > Rcr
R反映了不同焊接条件下焊接接头所承受的拘束应力σ。开始 出现裂纹时的应力称为临界拘束应力σcr 。σcr可作为冷裂纹敏感
性的判据，即产生了裂纹的条件是：
σ > σcr
2.延迟裂纹的防止措施
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(1)冶金措施
1)改进母材的化学成分，采用低碳多种微量元素的强化方式;精炼降低杂质； 2)严格控制氢的来源，工件表面清理；焊条、焊剂烘干；
（4）焊丝成分的影响
希望形成充分脱氧的条件，以抑制反应性气体的生成。
4.焊接工艺对气孔的影响
(1)焊接工艺 工艺正常，则电弧稳定，保护效果好；
(2)电源的种类 直流反接，降低电压；
(3)熔池存在时间 时间增加，则对反应性气体排出有利；对析出性气体，
既要考虑溶入，又要考虑逸出。
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4.2.3 气孔的防止措施
3. 夹杂的防止措施
1)合理选用焊接材料,充分脱氧、脱硫;
2)选用合适的焊接参数，以利熔渣浮出；
3)多层焊时，注意清除前一层焊渣；
4)焊条适当摆动，以利于熔渣的浮出；
5)保护熔池，防止空气侵入精。品课件
熔焊原理-焊缝中的气孔和夹杂
3.3 焊缝中的气孔和夹杂
氢气孔
主要特征： • 多出现在焊缝表面，个别以小圆球状存在焊缝内部 • 断面形状多为螺钉状，从焊缝表面看呈圆喇叭口形 • 气孔的四周有光滑内壁
3.3 焊缝中的气孔和夹杂
氢气孔
产生原因： 焊接过程中，熔池金属吸收大量的氢气，在冷却和 结晶过程中，氢的溶解度发生了急剧下降，熔池冷 却速度快，来不及逸出，残存在内部，发生了氢的 过饱和，使焊缝中形成具有喇叭口形的表面气孔。
3.3 焊缝中的气孔和夹杂
工艺因素：
焊接工艺参数：→电流↑,熔池存在时间↑,气体外逸; 熔滴尺寸↓，比表面积↑，气孔倾向↑； 熔深↓,不易使气体逸出； 焊条电阻热↑，药皮提前分解，气孔倾向↑. →电压↑,N气孔↑； →焊速↑,结晶速度↑，气孔↑.
电流种类ห้องสมุดไป่ตู้极性：气孔倾向：直流反接<直流正接<交流焊接 工艺操作：焊件去油、锈，烘干焊条，焊接规范稳定
3.3 焊缝中的气孔和夹杂
长大
气泡长大需具备的条件： ph>po----------ph>pa+pc=1+2σ/r
ph:气泡内部的压力，po:阻碍气泡长大的外界压力 pa:大气压，pc:气泡表面张力所构成的附加压力 σ:金属与气泡间的表面张力，r:气泡半径
气泡形成初期，r很小，附加压pc则很大，气泡很难长大。 焊接时，在熔池内有很多现成表面，由于界面张力的作用，促使 气泡不成圆形而是椭圆形，可以得到较大的曲率半径r，使pc降低。
3.3 焊缝中的气孔和夹杂
上浮
气泡核脱离现成表面： 主要取决于气泡--液态金属--现成表面之间的界面张力及接触角
当θ < 90º时，有利于 气泡的逸出； θ<90º 当θ > 90º时，由于形 成细颈需要时间，当 结晶速度较大的情况 下，气泡来不及逸出 θ>90º 而形成气孔。
焊接气孔与夹杂形成机理与防止措施PPT课件
2、铸件中的夹杂物
初生夹杂物 二次氧化夹杂物 次生夹杂物
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
初生夹杂物
在金属熔炼过程中及炉前处理时形成，经历
偏晶析出和聚合长大两个阶段。
（（12））夹夹杂杂物物的的偏聚晶合析长出大
夹在杂对物从金液属相进中行析脱出氧时尺、寸脱很硫小和（孕仅育有几处个理微时米，）从，数液量态 却金很属多中（数偏量晶级析可出达，10使8个金/c属m3中）。杂由质于元对素流含或量密度降差低上：浮
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
按夹杂物化学成分
夹 杂 物 按夹杂物形成时间 的 分 类
按夹杂物形状
氧化物 硫化物 硅酸盐
初生夹杂物 次生夹杂物 二次氧化夹杂物
球形 多面体 不规则多角形 条状
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
夹杂物对金属性能的影响
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
一、气孔的分类及形成机理 二、夹杂物的形成及防止措施
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
一、气孔的分类及形成机理
析出性气孔
侵入性气孔
反应性气孔
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
1、析出性气孔
液态金属在冷却凝固过程中，因气体溶解度下降， 析出的气体来不及逸出而产生的气孔称为析出性气 孔。这类气孔主要是氢气孔和氮气孔。
溶解在液态金属中的气体元素在凝固时也会出现 偏析。一般最后凝固部位的枝晶间气体浓度远高于 平均浓度，且由于此时液态金属中杂质元素的浓度 也很高，便为析出性气体的形核创造了有利条件。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
初生夹杂物 二次氧化夹杂物 次生夹杂物
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
初生夹杂物
在金属熔炼过程中及炉前处理时形成，经历
偏晶析出和聚合长大两个阶段。
（（12））夹夹杂杂物物的的偏聚晶合析长出大
夹在杂对物从金液属相进中行析脱出氧时尺、寸脱很硫小和（孕仅育有几处个理微时米，）从，数液量态 却金很属多中（数偏量晶级析可出达，10使8个金/c属m3中）。杂由质于元对素流含或量密度降差低上：浮
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
按夹杂物化学成分
夹 杂 物 按夹杂物形成时间 的 分 类
按夹杂物形状
氧化物 硫化物 硅酸盐
初生夹杂物 次生夹杂物 二次氧化夹杂物
球形 多面体 不规则多角形 条状
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
夹杂物对金属性能的影响
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
一、气孔的分类及形成机理 二、夹杂物的形成及防止措施
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
一、气孔的分类及形成机理
析出性气孔
侵入性气孔
反应性气孔
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
1、析出性气孔
液态金属在冷却凝固过程中，因气体溶解度下降， 析出的气体来不及逸出而产生的气孔称为析出性气 孔。这类气孔主要是氢气孔和氮气孔。
溶解在液态金属中的气体元素在凝固时也会出现 偏析。一般最后凝固部位的枝晶间气体浓度远高于 平均浓度，且由于此时液态金属中杂质元素的浓度 也很高，便为析出性气体的形核创造了有利条件。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
焊缝中的气孔和夹杂课件
和夹杂物的产生。 加强焊接过程控制
加强焊接过程控制，确保焊接操作符 合工艺要求，避免因操作不当导致气
孔和夹杂物的产生。
优化焊接工艺
优化焊接工艺，控制焊接参数，如焊 接电流、电弧电压、焊接速度等，减 少气孔和夹杂物的产生。
焊后处理
焊后对焊缝进行清理、打磨、探伤等 处理，去除焊缝中的气孔和夹杂物， 提高焊接结构的强度。
焊缝气孔的定义
焊缝中的气孔是指在焊接过程中，熔融的金属在冷却凝固过程中未能及时逸出，从而在焊缝中形成的空穴或孔洞。
焊缝气孔的分类
根据气孔的形成原因和特征，焊缝气孔可分为两类：氢气孔和氮气孔。氢气孔是由于焊接过程中熔融金属吸收了 过量的氢，在冷却过程中由于氢的逸出速度较慢，形成的气孔；而氮气孔则是由于焊接保护不良，空气中的氮气 进入熔融金属中，在冷却过程中形成的气孔。
03
焊缝夹杂的形成原因及防 治措施
氧化物夹杂的形成原因及防治措施
形成原因
焊接过程中，熔池中的金属与空气中的氧发生化学反应，生成氧化物，这些氧化 物在焊缝凝固过程中未能完全逸出，从而形成氧化物夹杂。
防治措施
采用氩弧焊、埋弧焊等焊接方法，减少焊接过程中与空气的接触；采用低氧焊接 材料，降低熔池中氧的含量；采用气体保护焊，防止熔池受到氧化。
感谢您的观看
THANKS
设置探伤参数包括调整超声波的频率、脉冲宽度、发射 功率等，以达到最佳的检测效果。
分析缺陷需要对记录的信号进行识别、标注、测量等处 理，并结合缺陷的性质和等级做出判断。
磁粉探伤检测方法及技术要求
磁粉探伤是一种利用磁粉在材料表面吸附特性检测缺陷的无 损检测方法。
选择合适的磁粉需要考虑被检材料的特性、表面状态等因素， 以及所需检测的缺陷类型和大小。
加强焊接过程控制，确保焊接操作符 合工艺要求，避免因操作不当导致气
孔和夹杂物的产生。
优化焊接工艺
优化焊接工艺，控制焊接参数，如焊 接电流、电弧电压、焊接速度等，减 少气孔和夹杂物的产生。
焊后处理
焊后对焊缝进行清理、打磨、探伤等 处理，去除焊缝中的气孔和夹杂物， 提高焊接结构的强度。
焊缝气孔的定义
焊缝中的气孔是指在焊接过程中，熔融的金属在冷却凝固过程中未能及时逸出，从而在焊缝中形成的空穴或孔洞。
焊缝气孔的分类
根据气孔的形成原因和特征，焊缝气孔可分为两类：氢气孔和氮气孔。氢气孔是由于焊接过程中熔融金属吸收了 过量的氢，在冷却过程中由于氢的逸出速度较慢，形成的气孔；而氮气孔则是由于焊接保护不良，空气中的氮气 进入熔融金属中，在冷却过程中形成的气孔。
03
焊缝夹杂的形成原因及防 治措施
氧化物夹杂的形成原因及防治措施
形成原因
焊接过程中，熔池中的金属与空气中的氧发生化学反应，生成氧化物，这些氧化 物在焊缝凝固过程中未能完全逸出，从而形成氧化物夹杂。
防治措施
采用氩弧焊、埋弧焊等焊接方法，减少焊接过程中与空气的接触；采用低氧焊接 材料，降低熔池中氧的含量；采用气体保护焊，防止熔池受到氧化。
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设置探伤参数包括调整超声波的频率、脉冲宽度、发射 功率等，以达到最佳的检测效果。
分析缺陷需要对记录的信号进行识别、标注、测量等处 理，并结合缺陷的性质和等级做出判断。
磁粉探伤检测方法及技术要求
磁粉探伤是一种利用磁粉在材料表面吸附特性检测缺陷的无 损检测方法。
选择合适的磁粉需要考虑被检材料的特性、表面状态等因素， 以及所需检测的缺陷类型和大小。
焊接气孔和夹杂
在结晶过程中，如果气泡逸出速度比结晶速度更 大，焊缝不会产生气孔。
气泡的半径越大，熔池中液态金属的密度越大， 粘度越小时，气泡的上浮速度就越大，焊缝就不 易产生气孔。
综上所述，气孔形成过程与结晶过程有些类似，
也是由生核、核长大组成，当气泡长大到一定程
度便开始上浮，在不利条件下（当气泡的浮出速
度小于结晶速度时）就有可能残留在焊缝中形成
ph＞po
式中，ph——气泡内部压力；
ph =pH2+pN2+pCO+pH2O+… po——阻碍气泡长大的外部压力。 在具体条件下，只有一种气体起主要作用，而其它 气体起辅助作用。
外部压力包括：大气压力、液态金属、熔渣的压力 和表面张力引起的附加压力。
若气泡核附着在液固相表面时，表面张力引起的附
加压力将减小，气泡便易30于长大。
[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。
和提高Aa/A比值，使能量30 减少。
9
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。
30
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气泡的半径越大，熔池中液态金属的密度越大， 粘度越小时，气泡的上浮速度就越大，焊缝就不 易产生气孔。
综上所述，气孔形成过程与结晶过程有些类似，
也是由生核、核长大组成，当气泡长大到一定程
度便开始上浮，在不利条件下（当气泡的浮出速
度小于结晶速度时）就有可能残留在焊缝中形成
ph＞po
式中，ph——气泡内部压力；
ph =pH2+pN2+pCO+pH2O+… po——阻碍气泡长大的外部压力。 在具体条件下，只有一种气体起主要作用，而其它 气体起辅助作用。
外部压力包括：大气压力、液态金属、熔渣的压力 和表面张力引起的附加压力。
若气泡核附着在液固相表面时，表面张力引起的附
加压力将减小，气泡便易30于长大。
[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。
和提高Aa/A比值，使能量30 减少。
9
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。
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10.2-气孔与夹杂解析
材料工程基础
2
10.2气孔与夹杂物
1、气孔 ※气孔的分类及特征
②浸入性气孔 •在高温液态金属作用下铸型和型芯等产生的气体，浸入 金属内部所形成的气孔。 •常消逝在铸件表层或近表层； •一般是水蒸气、CO、CO2、H2、CnHn。
③反响性气孔
•金属液与铸型之间，金属液与熔渣之间或金属液内部某些元素 化合物之间发生化学反响所产生的气孔。 •金属液与铸型反响产生的气孔常分布在铸件皮下1～3mm处， 皮下气孔，经加工或清理后露出来；
4、影响缩孔与缩松的因素及防止措施 ※措施
〔3〕防止应力和变形的方法
•铸造热应力是由于铸件壁厚有大小，冷却有先后，致使铸 件收缩不全都而形成。防止热应力和变形的方法是承受同时 凝固原则。
•铸件构造各局部之间没有温差或温差尽量小，使各局部 同时凝固。
材料工程基础
21
4、影响缩孔与缩松的因素及防止措施 ※措施 〔4〕两种凝固原则应承受的工艺措施
体收缩率/％ c）
c〕恒温凝固的合金 10
10.3 缩孔与缩松
1、金属收缩的根本概念
※液态收缩(T浇-TL)
• 缘由：气体排出；空穴削减；原子间间距减小。
εV 液 v液＝ ＝αV v液液 （ (TT 浇浇 -－ TL)T ×L 1) 0 0％1％ 00
液态体收 缩率〔%〕
金属的液态体 收缩系数
材料工程基础
10.3 缩孔与缩松
1、金属收缩的根本概念 定义：铸件合金在液态、凝固态和固态的
冷却过程中，所发生的体积缩小的现象称
为收缩温；
m
温
n
温
度
度
度 /℃
T浇
/℃
/℃
液态收缩
凝固收缩
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氮气孔形成与氢气孔相似。
.
4
- CO气孔
由于冶金反应产生大量CO， 结晶过程中来不及逸出而 残留在焊缝内部形成气孔。 气孔沿结晶方向分布，有 些像条虫状卧在焊缝内部。
.
5
冶金反应产生CO [C] [O] CO [FeO] [C] CO Fe [MnO] [C] CO Mn [SiO2] 2[C] 2CO Si
萤石（CaF2），冶金反应 生成较稳定的HF，可有效降 低氢气孔倾向。
.
14
药皮和焊剂中， 适当增加氧化性 组成物，对消除 氢气孔有效，氧 化物在高温下与 氢化合生成OH， 减少氢气孔产生。
.
15
③ 铁锈及水分的影响 铁锈是钢铁腐蚀，成分为mFe3O2·nH2O （Fe3O2≈83.28%,FeO≈5.7%,H2O≈10.70%）
.
2
气孔产生的原因是高温是 金属吸收溶解了大量的氢， 冷却时溶解度急剧下降， 特别是从液态转为固体时， 溶解度可从 32ml/100g降至 10ml/100g。
.
3
氢气孔是在结晶过程中形成的，在相邻树枝晶的凹陷最 深处形成氢气泡的胚胎，浮出困难；但氢具有较大的扩 散能力，气泡极力争脱现成表面，上浮逸出，两者综合 作用的结果，形成了具有喇叭口形的表面情况。
3Fe2O32Fe3O4O 2Fe3O4H2O3Fe2O3H2 FeH2OFeOH2
.
16
- 工艺因素的影响
包括焊接工艺参数、电流种类及操作技巧等。 ① 焊接工艺参数
包括焊接电流、电压、焊接速度 过大电流，熔池存在时间增加，有利于气体逸出；
同时，熔滴细化，比表面增加，增加气孔倾向。 电压增加，会使氮侵入熔池，出现氮气孔。 焊接速度太大，结晶速度增加，气体残留于焊
结晶前沿，金属粘度大，树枝根部CO更不易逸出； 上述反应是吸热反应，促使结晶。CO气泡来不及逸出 而形成气孔。
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6
焊缝中形成气孔的机理
产生气孔的过程由三个相互联系而又彼此不同的 三个阶段所组成——气泡生核、长大和上浮。
- 气泡的生核
条件：① 液态金属中又过饱和的气体 ② 生核所需能量
.
7
形成气泡的形核数目：
3.1.3 焊缝中的气孔和夹杂
气孔和夹杂削弱焊缝的有效工件断面；引起应力集 中，显著降低焊缝金属的强度和韧性，对动载强度和疲 劳强度更不利；个别情况还会引起裂纹。
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1
焊缝中的气孔
焊缝中出现气孔是比较普遍的。
气孔的类型及其分布特征
- 氢气孔 对于钢的焊接，氢气孔出现在焊缝的表面上，气孔
的断面形状如同螺钉状，载焊缝表面上看呈喇叭口形； 气孔内壁光滑。个别情况也会出现在焊缝的内部。
phpH 2pN 2pC OpH 2OpS2 O p0papM pspc
忽略次要因素，气泡长大的条件可简化为：
phpapc12r
.
9
- 气泡上浮
气泡脱离现成表面主要取决于液态金属、气相和现成 表面的张力： cos 1.g 1.2
2.g
.
另外应考虑熔池结晶 速度，当结晶速度 较小时，气泡可有 充分时间逸出。
缝出现气孔。
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17
② 电流种类和极性的影响 交流焊比直流焊时气孔倾向大；直流正接比反接气孔倾 向大。 初步认为与氢向金属中的溶解形态有关，氢是以质子 形式向焊缝金属中溶解：
H[H]e
.
18
③ 操作技巧的影响 ➢ 清除焊件、焊丝表面的污锈 ➢ 焊条、焊剂要严格烘干 ➢ 保持规范稳定，对低氢焊条采用短弧、适当摆动
气泡上浮速度对产生 气孔有很大影响
v 2 (12)gr2 9
.
11
影响生成气孔的因素及防治措施
- 冶金因素的影响
冶金因素包括：熔渣氧化性、药皮或焊剂的冶金反应、 保护气体的气氛、水分和铁锈等。
① 熔渣的氧化性 当熔渣氧化性↑ CO气孔倾向↑；相反，氢气孔倾向↑。
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12
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13
② 焊条药皮和焊剂的影响 焊条药皮和焊剂中含有
4r 2
n Ce 3kT
正常条件下纯金属的n值非常小： n1016.21022
有现成表面条件下，形核所需能量
E p(phpL )VA [1A A a(1co )s]
降低σ和增大Aa/A降低形核功，相邻树枝晶凹陷处 和母材未熔化的晶粒界面的Aa/A较大，有利于气泡核 形成。
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8
- 气泡长大
长大条件：ph（气泡内压）>p0（气泡外压）
.
19
焊缝中的夹杂
焊缝或母材夹杂降低金属韧性，增加低温脆性， 同时增加热裂纹和层状撕裂倾向。
焊缝中夹杂物的种类及其危害
- 氧化物 主要是SiO2，其次是MnO、 TiO2、Al2O3，多以硅酸 盐形式存在。
.
20
- 氮化物
主要是Fe4N，从过饱 和固溶体中析出，以针状分 布在晶粒上或贯穿晶界。
- 硫化物 主要以MnS和FeS，
FeS沿晶界析出，与Fe或FeO 形成低熔共晶，引起热裂纹。
.
21
防止焊缝中夹杂的措施
- 正确选择焊条、焊剂 有良好的脱氧、脱硫能力
- 注意工艺操作 ➢ 选用合适的焊接规范 ➢ 多层焊时，应注意清楚前层焊缝的熔渣 ➢ 焊条要适当摆动 ➢ 注意保护熔池
.
22
.
4
- CO气孔
由于冶金反应产生大量CO， 结晶过程中来不及逸出而 残留在焊缝内部形成气孔。 气孔沿结晶方向分布，有 些像条虫状卧在焊缝内部。
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5
冶金反应产生CO [C] [O] CO [FeO] [C] CO Fe [MnO] [C] CO Mn [SiO2] 2[C] 2CO Si
萤石（CaF2），冶金反应 生成较稳定的HF，可有效降 低氢气孔倾向。
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14
药皮和焊剂中， 适当增加氧化性 组成物，对消除 氢气孔有效，氧 化物在高温下与 氢化合生成OH， 减少氢气孔产生。
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15
③ 铁锈及水分的影响 铁锈是钢铁腐蚀，成分为mFe3O2·nH2O （Fe3O2≈83.28%,FeO≈5.7%,H2O≈10.70%）
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2
气孔产生的原因是高温是 金属吸收溶解了大量的氢， 冷却时溶解度急剧下降， 特别是从液态转为固体时， 溶解度可从 32ml/100g降至 10ml/100g。
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3
氢气孔是在结晶过程中形成的，在相邻树枝晶的凹陷最 深处形成氢气泡的胚胎，浮出困难；但氢具有较大的扩 散能力，气泡极力争脱现成表面，上浮逸出，两者综合 作用的结果，形成了具有喇叭口形的表面情况。
3Fe2O32Fe3O4O 2Fe3O4H2O3Fe2O3H2 FeH2OFeOH2
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- 工艺因素的影响
包括焊接工艺参数、电流种类及操作技巧等。 ① 焊接工艺参数
包括焊接电流、电压、焊接速度 过大电流，熔池存在时间增加，有利于气体逸出；
同时，熔滴细化，比表面增加，增加气孔倾向。 电压增加，会使氮侵入熔池，出现氮气孔。 焊接速度太大，结晶速度增加，气体残留于焊
结晶前沿，金属粘度大，树枝根部CO更不易逸出； 上述反应是吸热反应，促使结晶。CO气泡来不及逸出 而形成气孔。
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焊缝中形成气孔的机理
产生气孔的过程由三个相互联系而又彼此不同的 三个阶段所组成——气泡生核、长大和上浮。
- 气泡的生核
条件：① 液态金属中又过饱和的气体 ② 生核所需能量
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形成气泡的形核数目：
3.1.3 焊缝中的气孔和夹杂
气孔和夹杂削弱焊缝的有效工件断面；引起应力集 中，显著降低焊缝金属的强度和韧性，对动载强度和疲 劳强度更不利；个别情况还会引起裂纹。
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焊缝中的气孔
焊缝中出现气孔是比较普遍的。
气孔的类型及其分布特征
- 氢气孔 对于钢的焊接，氢气孔出现在焊缝的表面上，气孔
的断面形状如同螺钉状，载焊缝表面上看呈喇叭口形； 气孔内壁光滑。个别情况也会出现在焊缝的内部。
phpH 2pN 2pC OpH 2OpS2 O p0papM pspc
忽略次要因素，气泡长大的条件可简化为：
phpapc12r
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- 气泡上浮
气泡脱离现成表面主要取决于液态金属、气相和现成 表面的张力： cos 1.g 1.2
2.g
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另外应考虑熔池结晶 速度，当结晶速度 较小时，气泡可有 充分时间逸出。
缝出现气孔。
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② 电流种类和极性的影响 交流焊比直流焊时气孔倾向大；直流正接比反接气孔倾 向大。 初步认为与氢向金属中的溶解形态有关，氢是以质子 形式向焊缝金属中溶解：
H[H]e
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③ 操作技巧的影响 ➢ 清除焊件、焊丝表面的污锈 ➢ 焊条、焊剂要严格烘干 ➢ 保持规范稳定，对低氢焊条采用短弧、适当摆动
气泡上浮速度对产生 气孔有很大影响
v 2 (12)gr2 9
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影响生成气孔的因素及防治措施
- 冶金因素的影响
冶金因素包括：熔渣氧化性、药皮或焊剂的冶金反应、 保护气体的气氛、水分和铁锈等。
① 熔渣的氧化性 当熔渣氧化性↑ CO气孔倾向↑；相反，氢气孔倾向↑。
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② 焊条药皮和焊剂的影响 焊条药皮和焊剂中含有
4r 2
n Ce 3kT
正常条件下纯金属的n值非常小： n1016.21022
有现成表面条件下，形核所需能量
E p(phpL )VA [1A A a(1co )s]
降低σ和增大Aa/A降低形核功，相邻树枝晶凹陷处 和母材未熔化的晶粒界面的Aa/A较大，有利于气泡核 形成。
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8
- 气泡长大
长大条件：ph（气泡内压）>p0（气泡外压）
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焊缝中的夹杂
焊缝或母材夹杂降低金属韧性，增加低温脆性， 同时增加热裂纹和层状撕裂倾向。
焊缝中夹杂物的种类及其危害
- 氧化物 主要是SiO2，其次是MnO、 TiO2、Al2O3，多以硅酸 盐形式存在。
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- 氮化物
主要是Fe4N，从过饱 和固溶体中析出，以针状分 布在晶粒上或贯穿晶界。
- 硫化物 主要以MnS和FeS，
FeS沿晶界析出，与Fe或FeO 形成低熔共晶，引起热裂纹。
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防止焊缝中夹杂的措施
- 正确选择焊条、焊剂 有良好的脱氧、脱硫能力
- 注意工艺操作 ➢ 选用合适的焊接规范 ➢ 多层焊时，应注意清楚前层焊缝的熔渣 ➢ 焊条要适当摆动 ➢ 注意保护熔池
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