焊接缺陷检测论文

提要 在焊接过程中，热源沿焊件移动时，焊件上某点温度随时间变化的过程称为焊接热循环，它是描述焊接过程中热源对母材金属的热作用。焊缝及近缝区金属组织的变化和应力的产生取决于母材金属的化学成分和焊接过程中的热循环特点。 表明焊接热循环的参数主要有加热速度、加热峰值温度、相变温度以上停留时间及冷却速度，这些因素都会影响焊后组织和性能。因此，焊接热循环的测试与分析计算具有重要的实际意义，是分析焊接接头组织性能变化及焊接缺陷生成机理的有效途径，并可通过改进焊接工艺，改善热循环过程，以达到提高焊接质量的目的。 如果焊接热循环能够实现计算机模拟仿真，我们就可以通过计算机系统来确定焊接各种结构和材料时的最佳设计、最佳工艺方法和焊接参数。本文从这一点出发，在总结前人的工作基础上，通过具体的试验并结合数值计算的方法，在对焊接过程产生的温度场进行了二维和三维模拟仿真研究的基础上，提出了基于ANSYS软件的焊接温度场、焊接热循环的模拟仿真分析方法，并针对Q235平板堆焊问题和16MnR钢焊接进行了实例计算，计算结果与试验值基本吻合。最后在模拟仿真基础上，结合焊接CCT图进行了组织预测分析。 关键词：焊接热循环 温度场 有限元 ANSYS 仿真 目录 提要I Abstract II 目录III 第一章 序 言 1 1.1 课题意义 1 1.2 本课题的国内外动态 3 1.2.1 数值模拟仿真技术在焊接中的应用 3 1.2.2 焊接热分析的研究进展 6 1.2.3 存在的一些问题 7 1.2.4 目前研究的焦点和方向 8 1.3 本论文的主要工作 10 第二章 有限元法与有限元软件 11 2. 1 有限元法 11 2.1.1 有限元法的发展历史 12 2.1.2 有限元方法介绍 12 2.1.3 典型分析步骤 13 2.2 通用有限元分析软件 15 2.3 有限元软件ANSYS介绍 18 2.3.1 ANSYS的功能 19 2.3.2 ANSYS的特点 19 2.3.3 软件的结构 20 第三章 焊接过程有限元理论 23 3.1 焊接过程有限元分析的特点 23 3.2 焊接有限元模型的简化 24 3.3 焊接温度场的分析理论 26 3.3.1 焊接传热的基本形式 26 转自：毕业论文网 记得采纳啊

摘 要：在近几年科学技术快速发展的背景下，焊接技术作为一项复杂、系统的工作，也得到了不断的发展。但在焊接实际操作情况中还是存在一些常见缺陷，必须选用恰当的防治措施进行预防消除。本文就焊接中常见缺陷及预防措施进行了探究和分析，以供参考。 下载论文网 关键词：焊接；常见缺陷；预防措施 一、常见焊接中的缺陷 1、焊接裂纹缺陷 裂纹是在焊接过程中出现的一种严重缺陷，焊接裂纹是指在焊接的过程中焊缝之间的原子结合效果遭到破坏，从而使得焊缝在形成新的界面所产生的缝隙。根据焊接过程中所出现的缝隙的大小可以将焊缝裂纹分为宏观、微观以及极细微裂纹，其中宏观是仅凭肉眼就可发现的裂纹，而微观裂纹则指的是在显微镜下才可看见的裂纹，而最后一种则是在超精密显微镜下才能看到的裂纹，根据裂纹形成温度的不同可以分为热裂纹和冷裂纹。同时根据裂纹形成机理的不同可以分为层状撕裂、应力腐蚀裂纹等多种裂纹形式。在焊接的过程中形成的裂纹尤其是冷裂纹其对焊缝性能的影响是灾难性的，这一问题在压力容器事故中表现最为明显，通过对压力容器事故统计后发现，在造成压力容器事故原因中，除了设计和选材不合理外，因焊接过程中焊缝所产生裂纹而导致的事故比重是最大的。 2、气孔现象及成因 焊接进入熔化阶段时，熔池凝固之前，内生和外入气体未排除而形成的空隙即为气孔。其直接造成金属熔合面积变小，从而降低了焊缝处受荷载是的强度。在电弧焊中这种现象尤为明显。出现此种质量缺陷的原因多为熔池温度低、熔敷金属给送的过多、运条角度不适当、焊口清理不干净、焊接速度过快等。 3、夹渣现象及成因 夹渣是残留在焊缝中的熔渣或其他非金属夹杂物，其形状多数呈不规则状，易产生在坡口边缘、焊道形状突变等处。夹渣的成因主要有运条不当，熔池内各组分分不清；焊件上或坡口内油、污、锈等未清理干净，特别是在多层焊时；熔池温度低，焊速太快；电弧过长或极性不正确；埋弧焊封底时，焊丝位置偏离。 4、未焊透现象及成因 未焊透是焊接时接头的根部未完全熔透的现象，这类缺陷不仅降低了焊接接头的机械性能，而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点，承载后往往会引起裂纹，是一种危险性缺陷。其产生原因一般是：坡口钝边间隙太小；焊接电流太小或运条速度过快；坡口角度小；运条角度不对以及电弧偏吹等。 5、焊瘤现象及成因 焊瘤是指在焊接过程中金属流溢到加热不足的母材或焊缝上，未能和母材或前道焊缝熔合在一起而堆积的金属。这种缺陷使焊缝成型不美观，立焊时有焊瘤的部位往往有灰渣和未焊透。管子内部的焊瘤除降低强度外，还减少管内的有效截面。焊瘤产生原因主要熔池温度过高，凝固较慢，在铁水自重作用下下坠形成焊瘤；坡口立焊或搭接立焊中，如焊接电流过大，焊条角度不对或操作手势不当；焊丝和母材的化学成分不匹配等易产生这种缺陷。 二、焊接中缺陷的防治措施 1、冷、热裂纹的预防措施 防止热裂纹主要方法：在焊接过程中可以减少其应力，这要求焊接技术人员要严格遵守工艺流程的相关规定进行焊接。在焊接金属材料之前，要对焊接工艺进行严格分析，并选择出最适合的工艺。另外，焊接金属材料的技术人员要严格把控工艺参数，合理的控制焊接后冷却的速度。减少焊接中裂纹的产生还可以利用小电流的手法，对金属材料进行多层道焊；冷裂纹的控制方法：首先要合理的选择焊条，在选择过程中最好要选择低氢型的，以免氢大量扩散在焊缝中，还有一种减少氢含量的方法就是清理坡口，将坡口的油污、水分等清理干净。其次就是要避免焊接材料受潮，遵守焊接材料保管守则，要依照相关规定对焊接材料进行选取。最后合理的调整焊接接头的应力和韧性，其调整方法是降低焊缝氢含量使内应力减少、采取淬硬组织回火的方式、在焊接过程中要按照合理的程序进行、对金属材料采用分段退焊法等。 2、气孔的预防措施 焊条端头药皮熔化不好，保护差，易产生气孔，同时焊件表面如果存在油污，水分等，也容易产生气孔。因此要加强对焊件表面的清理工作。根据生产的实际情况，选用抗锈能力较强的焊条，如低氢型焊条的抗锈能力较差，氧化铁型焊条抗锈能力较好，若除锈工作量大，很难彻底清除干净，在不影响焊缝强度的前提下，可以选用抗锈能力好的焊条，则不易产生气孔。推荐采用直流反接法进行焊接，能有效防止气孔的产生。 3、夹渣的防治措施 防止夹渣应选择合理的焊接规范及坡口尺寸。适当增大焊接电流，必要时把电弧缩短，同时增加停留时间，对融化金属和熔渣加热充分。视情况调整焊条角度和运条方法。彻底清理坡口及焊层间的熔渣，将凹凸处铲平。正确选择母材和焊条，降低焊渣的熔点和粘度。 4、未焊透的预防措施 使用较大电流来焊接是防止未焊透的基本方法。另外，焊角焊缝时用交流代替直流以防止磁偏吹，合理设计坡口并加强清理，用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的产生。 5、焊瘤的防治措施 焊瘤不但影?成形美观，而且容易引起应力集中，焊瘤处易夹渣、未溶合，导致裂纹的产生。一般熔池下部出现“小鼓肚”时，可利用焊条左右摆动和跳弧动作加以控制；在搭接或帮条接头立焊时，焊接电流应比平焊适当减少，焊条左右摆动时在中间部位走快些，两边稍慢些。焊接坡口立焊接头加强焊缝时，可选用小直径的焊条，并应适当减小焊接电流。 三、提高焊接质量的措施 1、全面落实焊接规定，强化每位焊工的焊接规范意识 通过车间人员考评办法的实施，使每位检验员、焊工端正工作态度。特别是焊工的管理，因为焊工的工作态度、心理状态决定每条焊缝的外观质量。同时，要求检验员学习焊接管理规定，让其熟知焊接知识常识和现场焊接要求。 2、焊接材料和焊接工件的准备 保证在焊前一定要按焊接工艺要求、焊接工件的材料性质，正确匹配焊接材料，同时严格按照焊条说明烘干，保证随取随用，条件允许情况下，选择品牌较好的焊条。工作前按标准准备焊接坡口，严格清理焊口，合理进行装配以便利于焊接。 3、提高焊工的业务技术水平 每位焊工都应熟知焊接规范，正确了解和熟练掌握各种焊接位置的焊接每一种运条方式。加强理论培训，熟悉焊接理论，了解焊接缺陷知识。在生产实际中对于无法避免的困难位置焊接前，应进行模拟练习，保证实际工作中的焊接质量。 结束语 焊接技术在发展工程结构中起的作用越来越重要，而影响焊接质量的不利因素也较多，在焊接质量控制上存在一定的难度。但是焊接质量的好坏直接关系到设备生产的安全运行和使用寿命，因此，焊接工作者对于常见焊接缺陷的成因一定要十分清楚，并且及时采取措施进行预防。

1、不锈钢焊接工艺特点奥氏体型不锈钢以18%Cr-8%Ni钢为代表。原则上不须进行焊前预热和焊后热处理。一般具有良好的焊接性能。但其中镍、钼的含量高的高合金不锈钢进行焊接时易产生高温裂纹。另外还易发生б相脆化，在铁素体生成元素的作用下生成的铁素体引起低温脆化，以及耐蚀性下降和应力腐蚀裂纹等缺陷。经焊接后，焊接接头的力学性能一般良好，但当在热影响区中的晶界上有铬的碳化物时会极易生成贫铬层，而贫铬层和出现将在使用过程中易产生晶间腐蚀。为避免问题的发生，应采用低碳（C≤0.03%）的牌号或添加钛、铌的牌号。为防止焊接金属的高温裂纹，通常认为控制奥氏体中的δ铁素体肯定是有效的。一般提倡在室温下含5%以上的δ铁素体。对于以耐蚀性为主要用途的钢，应选用低碳和稳定的钢种，并进行适当的焊后热处理；而以结构强度为主要用途的钢，不应进行焊后热处理，以防止变形和由于析出碳化物和发生δ相脆化。 双相不锈钢的焊接裂纹敏感性较低。但在热影响区内铁素体含量的增加会使晶间腐蚀敏感性提高，因此可造成耐蚀性降低及低温韧性恶化等问题。 对于沉淀硬化型不锈钢有焊接热影响区发生软化等问题。 奥氏体不锈钢的焊条选用要点: 不锈钢主要用于耐腐蚀,但也用作耐热钢和低温钢。因此,在焊接不锈钢时,焊条的性能必须与不锈钢的用途相符。不锈钢焊条必须根据母材和工作条件(包括工作温度和接触介质等)来选用。 1、一般来说,焊条的选用可参照母材的材质,选用与母材成分相同或相近的焊条。如:A102对应0Cr19Ni9;A137对应1Cr18Ni9Ti。 2、由于碳含量对不锈钢的抗腐蚀性能有很大的影响,因此,一般选用熔敷金属含碳量不高于母材的不锈钢焊条。如316L必须选用A022焊条。 3、奥氏体不锈钢的焊缝金属应保证力学性能。可通过焊接工艺评定进行验证。 4、对于在高温工作的耐热不锈钢(奥氏体耐热钢),所选用的焊条主要应能满足焊缝金属的抗热裂性能和焊接接头的高温性能。 (1)对Cr/Ni≥1的奥氏体耐热钢,如1Cr18Ni9Ti等,一般均采用奥氏体-铁素体不锈钢焊条,以焊缝金属中含2-5%铁素体为宜。铁素体含量过低时,焊缝金属抗裂性差;若过高,则在高温长期使用或热处理时易形成σ脆化相,造成裂纹。如A002、A102、A137。 在某些特殊的应用场合,可能要求采用全奥氏体的焊缝金属时,可采用比如A402、A407焊条等。 (2)对Cr/Ni<1的稳定型奥氏体耐热钢,如Cr16Ni25Mo6等,一般应在保证焊缝金属具有与母材化学成分大致相近的同时,增加焊缝金属中Mo、W、Mn等元素的含量,使得在保证焊缝金属热强性的同时,提高焊缝的抗裂性。如采用A502、A507。 5、对于在各种腐蚀介质中工作的耐蚀不锈钢,则应按介质和工作温度来选择焊条,并保证其耐腐蚀性能(做焊接接头的腐蚀性能试验)。 (1)对于工作温度在300℃以上、有较强腐蚀性的介质,须采用含有Ti或Nb稳定化元素或超低碳不锈钢焊条。如A137或A002等。 (2)对于含有稀硫酸或盐酸的介质,常选用含Mo或含Mo和Cu的不锈钢焊条如:A032、A052等。 (3)工作,腐蚀性弱或仅为避免锈蚀污染的设备,方可采用不含Ti或Nb的不锈钢焊条。 为保证焊缝金属的耐应力腐蚀能力,采用超合金化的焊材,即焊缝金属中的耐蚀合金元素(Cr、Mo、Ni等)含量高于母材。如采用00Cr18Ni12Mo2类型的焊接材料(如A022)焊接00Cr19Ni10焊件。 6、对于在低温条件下工作的奥氏体不锈钢,应保证焊接接头在使用温度的低温冲击韧性,故采用纯奥氏体焊条。如A402、A407。 7、也可选用镍基合金焊条。如采用Mo达9%的镍基焊材焊接Mo6型超级奥氏体不锈钢。 8、焊条药皮类型的选择: (1)由于双相奥氏体钢焊缝金属本身含有一定量的铁素体,具有良好的塑性和韧性,从焊缝金属抗裂性角度进行比较,碱性药皮与钛钙型药皮焊条的差别不像碳钢焊条那样显著。因此在实际应用中,从焊接工艺性能方面着眼较多,大都采用药皮类型代号为17或16的焊条(如A102A、A102、A132等)。 (2)只有在结构刚性很大或焊缝金属抗裂性较差(如某些马氏体铬不锈钢、纯奥氏体组织的铬镍不锈钢等)时,才 考虑选用药皮代号为15的碱性药皮不锈钢焊条(如A107、A407等)。 综上所述,奥氏体不锈钢的焊接是有其独特特点的,奥氏体不锈钢的焊接时焊条选用尤其值得注意,只有这样才能达到针对不同材料实施不同的焊接方法和不同材料的焊条,不锈钢焊条必须根据母材和工作条件(包括工作温度和接触介质等)来选用。这样才有可能能达到所预期的焊接质量.。 奥氏体不锈钢的缺陷分析及防治措施（一）容易出现热裂纹奥氏体不锈钢在焊接时热裂纹是比较容易产生的缺陷，包括焊缝的纵向和横向裂纹、火口裂纹、打底焊的根部裂纹和多层焊的层间裂纹等，特别是含镍量较高的奥氏体不锈钢更容易产生。 1. 产生原因（1）奥氏体不锈钢的液、固相线的区间较大，结晶时间较长，且单相奥氏体结晶方向性强，所以杂质偏析比较严重。（2）导热系数小，线膨胀系数大，焊接时会产生较大的焊接内应力（一般是焊缝和热影响区受拉应力）。（3）奥氏体不锈钢中的成分如C、S、P、Ni等，会在熔池中形成低熔点共晶。例如， S与Ni形成的Ni3S2熔点为645℃,而Ni- Ni3S2共晶体的熔点只有625℃。2. 防止措施（1）采用双相组织的焊缝 尽量使焊缝金属呈奥氏体和铁素体双相组织,铁素体的含量控制在3～5%以下，可扰乱奥氏体柱状晶的方向，细化晶粒。并且铁素体可以比奥氏体溶解更多的杂质，从而减少了低熔点共晶物在奥氏体晶界的偏析。（2）焊接工艺措施 在焊接工艺上尽量选用碱性药皮的优质焊条、采用小线能量，小电流、快速不摆动焊,收尾时尽量填满弧坑及采用氩弧焊打底等，可减小焊接应力和弧坑裂。（3）控制化学成分 严格限制焊缝中 S、P等杂质含量，以减少低熔点共晶。（二）晶间腐蚀产生在晶粒之间的腐蚀，其导致晶粒间的结合力丧失，强度几乎完全消失，当受到应力作用时，即会沿晶界断裂。1．产生原因根据贫铬理论,焊缝和热影响区在加热到450～850℃敏化温度（危险温度区）时，由于 Cr原子半径较大，扩散速度较小，过饱和的碳向奥氏体晶粒边界扩散，并与晶界的铬化合物在晶界形成Cr23C6,造成贫铬的晶界,不足以抵抗腐蚀的程度。 2. 防止措施（1）控制含碳量 采用低碳或超低碳（W(C)≤0.03%）不锈钢焊接焊材。如A002等。（2）添加稳定剂 在钢材和焊接材料中加入Ti、Nb等与C亲和力比Cr强的元素，能够与C结合成稳定碳化物，从而避免在奥氏体晶界造成贫铬。常用的不锈钢材和焊接材料都含有Ti、Nb，如1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12MO2Ti钢材、E347-15焊条、H0Cr19Ni9Ti焊丝等。（3） 采用双向组织 由焊丝或焊条向焊缝中熔入一定量的铁素体形成元素,如 Cr、Si、AL、 MO等，以使焊缝形成为奥氏体+铁素体的双相组织，因为Cr在铁素体内扩散速度比在奥氏体中快，因此Cr在铁素体内较快的向晶界扩散，减轻了奥氏体晶界的贫铬现象。一般控制焊缝金属中铁素体含量为5%～10%，如铁素体过多，会使焊缝变脆。（4）快速冷却 因为奥氏体不锈钢不会产生淬硬现象，所以在焊接过程中，可以设法增加焊接接头的冷却速度，如焊件下面用铜垫板或直接浇水冷却。在焊接工艺上，可以采用小电流、大焊速、短弧、多道焊等措施，缩短焊接接头在危险温度区停留的时间，以免形成贫铬区。（5）进行固溶处理或均匀化热处理 焊后把焊接接头加热到1050～1100℃，使碳化物又重新溶解到奥氏体中，然后迅速冷却，形成稳定的单相奥氏体组织。另外，也可以进行850～900℃保温2h的均匀化热处理，此时奥氏体晶粒内部的Cr扩散到晶界，晶界处Cr量又重新达到了大于12%，这样就不会产生晶间腐蚀了。（三）应力腐蚀开裂金属在应力和腐蚀性介质共同作用下，发生的腐蚀破坏。根据不锈钢设备与制件的应力腐蚀断裂事例和试验研究，可以认为：在一定静拉伸应力和在一定温度条件下的特定电化学介质共同作用下，现有的不锈钢均有产生应力腐蚀的可能。应力腐蚀最大特点之一是腐蚀介质与材料的组合上有选择性。容易引起奥氏体不锈钢应力腐蚀主要是盐酸和氯化物含有氯离子的介质，还有硫酸、硝酸、氢氧化物（碱）、海水、水蒸气、H2S水溶液、浓NaHCO3+NH3+NaCl水溶液等介质等。1.产生原因 应力腐蚀开裂是焊接接头在特定腐蚀环境下受拉伸应力作用时所产生的延迟开裂现象。奥氏体不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式,表现为无塑性变形的脆性破坏。 2.防止措施（1）合理制定成形加工和组装工艺 尽可能减小冷作变形度,避免强制组装,防止组装过程中造成各种伤痕(各种组装伤痕及电弧灼痕都会成为SCC的裂源,易造成腐蚀坑。 （2）合理选择焊材 焊缝与母材应有良好的匹配,不产生任何不良组织,如晶粒粗化及硬脆马氏体。（3）采取合适的焊接工艺 保证焊缝成形良好,不产生任何应力集中或点蚀的缺陷,如咬边等采取合理的焊接顺序,降低焊接残余应力水平。例如，避免十字交叉焊缝，Y形坡口改为X形坡口、适当减小坡口角度、采用短焊焊道、采用小线能量。(4)消除应力处理 焊后热处理,如焊后完全退火或退火;在难以实施热处理时采用焊后锤击或喷丸等。(5)生产管理措施 介质中杂质的控制,如液氨介质中的O2、N2、H2O等、液化石油气中的H2S、氯化物溶液中的O2、Fe3+、Cr6+等、防蚀处理:如涂层、衬里或阴极保护等、添加缓蚀剂。 （四）焊接接头的脆化 奥氏体不锈钢的焊缝在高温加热一段时间后，就会出现冲击韧度下降的现象，称为脆化。1.焊缝金属的低温脆化（475℃脆化）（1） 产生原因含有较多铁素体的相（超过15%～20%）的双相焊缝组织，经过350～500℃加热后，塑性和韧性会显著下降，由于475℃时脆化速度最快，故称为475℃脆化。对于奥氏体不锈钢焊接接头，耐蚀性或抗氧化性并不总是最为关键的性能，在低温使用时，焊缝金属的塑韧性就成为关键性能。为了满足低温韧性的要求，焊缝组织通常希望获得单一的奥氏体组织，避免δ铁素体的存在。δ铁素体的存在，总是恶化低温韧性，而且含量越多，这种脆化越严重。（2） 防治措施① 在保证焊缝金属抗裂性能和抗腐蚀性能的前提下，应将铁素体相控制在较低的水平，约5%左右。② 已产生475℃脆化的焊缝，可经900℃淬火消除。2.焊接接头的σ相脆化（1）产生原因奥氏体不锈钢焊接接头在375～875℃温度范围内长期使用，会产生一种FeCr间化合物，称为σ相。σ相硬而脆（HRC>68）。由于σ相析出的结果，使焊缝冲击韧度急剧下降，这种现象称为σ相脆化。σ相一般仅在双相组织焊缝内出现；当使用温度超过800～850℃时，在单相奥氏体焊缝中也会析出σ相。（2）防止措施①限制焊缝金属中的铁素体含量(小于15%);采用超合金化焊接材料,即高镍焊材,并严格控制Cr、Mo、Ti、Nb等元素的含量。②采用小规范,以减小焊缝金属在高温下的停留时间。③对已析出的σ相在条件允许时进行固溶处理,使σ相溶入奥氏体。④把焊接接头加热到1000～1050℃，然后快速冷却。σ相一般在1Cr18Ni9Ti钢中一般不产生。 3.熔合线脆断 （1）产生原因奥氏体不锈钢在高温下长期使用，在沿熔合线外几个晶粒的地方，会发生脆断现象。（2）防治措施在钢中加入 Mo能提高钢材抗高温脆断的能力。通过以上的分析，只有合理选择以上的焊接工艺措施或焊接材料都可以避免以上焊接缺陷的产生。奥氏体不锈钢具有优良的焊接性，几乎所有的焊接方法都可用于奥氏体不锈钢的焊接。在各种焊接方法中焊条电弧焊具有适应各种位置与不同板厚的优点、应用非常广泛。你可以根据以上的文章进行一下修改就可以了。