熔池凝固的案例
焊接缺陷的小解析
焊接缺陷的小解析
一、表面氣孔
1、現(xiàn)象
焊接過程中，熔池中的氣體未完全溢出熔池（一部分溢出），而熔池已經(jīng)凝固，在焊縫表面形成孔洞。
2、原因分析
（1）焊接過程中由于防風(fēng)措施不嚴(yán)格，熔池混入氣體；
（2）焊接材料沒有經(jīng)過烘培或烘培不符合要求，焊絲清理不干凈，在焊接過程中自身產(chǎn)生氣體進(jìn)入熔池；
（3）熔池溫度低，凝固時(shí)間短；
（4）焊件清理不干凈，雜質(zhì)在焊接高溫時(shí)產(chǎn)生氣體進(jìn)入熔池；
（5）電弧過長(zhǎng)，氬弧焊時(shí)保護(hù)氣體流量過大或過小，保護(hù)效果不好等。
3、防治措施
（1）母材、焊絲按照要求清理干凈。
（2）焊條按照要求烘培。
（3）防風(fēng)措施嚴(yán)格，無穿堂風(fēng)等。
（4）選用合適的焊接線能量參數(shù)，焊接速度不能過快，電弧不能過長(zhǎng)，正確掌握起弧、運(yùn)條、息弧等操作要領(lǐng)。
（5）氬弧焊時(shí)保護(hù)氣流流量合適，氬氣純度符合要求。
4、治理措施
（1）焊接材料、母材打磨清理等嚴(yán)格按照規(guī)定執(zhí)行；
（2）加強(qiáng)焊工練習(xí)，提高操作水平和操作經(jīng)驗(yàn)；
（3）對(duì)有表面氣孔的焊縫，機(jī)械打磨清除缺陷，必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)焊。
二、內(nèi)部氣孔
1、現(xiàn)象
在焊縫中出現(xiàn)的單個(gè)、條狀或群體氣孔，是焊縫內(nèi)部最常見的缺陷。
2、原因分析
根本原因是焊接過程中，焊接本身產(chǎn)生的氣體或外部氣體進(jìn)入熔池，在熔池凝固前沒有來得及溢出熔池而殘留在焊縫中。
展開 壓鑄鎂合金焊接氣孔問題研究現(xiàn)狀及發(fā)展
采取一些冶金措施，如采用低含氣量的材料對(duì)熔池進(jìn)行稀釋、添加其它元素提高氫在鎂中的固溶度、引入能抑制或減少氫在熔池凝固過程中以氣泡形式大量析出（形成穩(wěn)定化合物）的元素，可能是防止壓鑄鎂合金焊接氣孔的有效方法。
來源：制造工藝前沿
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制造工藝前沿
技術(shù) | 壓鑄鎂合金焊接氣孔問題研究現(xiàn)狀及發(fā)展
采取一些冶金措施，如采用低含氣量的材料對(duì)熔池進(jìn)行稀釋、添加其它元素提高氫在鎂中的固溶度、引入能抑制或減少氫在熔池凝固過程中以氣泡形式大量析出（形成穩(wěn)定化合物）的元素，可能是防止壓鑄鎂合金焊接氣孔的有效方法。
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李應(yīng)紅院士|渦輪葉片高能束增材再制造修復(fù)技術(shù)：理論、工藝、熔池、組織、缺陷及性能
圖 7 單晶高能束修復(fù)基礎(chǔ)原理框架
Fig. 7 Fundamental framework of single-crystal repair by high energy beam
從構(gòu)建的基礎(chǔ)原理框架可以看出，熔池溫度場(chǎng)對(duì)CET有著極為重要的影響，它同時(shí)決定熔池幾何形狀和凝固前沿溫度梯度，進(jìn)而影響Ghkl和Vhkl這2個(gè)關(guān)鍵凝固參數(shù)的大小和分布。在外部熱源和供給材料(基材、粉材)相互作用下，熔池內(nèi)部傳熱、傳質(zhì)和熔體流動(dòng)等行為最終決定了熔池的溫度分布，而這些熔池行為則與熱源和材料等修復(fù)工藝參數(shù)密切相關(guān)。為此，需要厘清“修復(fù)工藝-熔池特性-凝固組織”之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。通過“修復(fù)工藝-凝固組織”關(guān)聯(lián)，調(diào)控熔池溫度場(chǎng)分布，尋找適合單晶定向外延生長(zhǎng)的工藝窗口；通過“熔池特性-凝固組織”關(guān)聯(lián)，發(fā)展修復(fù)過程監(jiān)測(cè)和閉環(huán)調(diào)控系統(tǒng)，保證單晶連續(xù)穩(wěn)定生長(zhǎng)。
2 修復(fù)工藝-凝固組織關(guān)聯(lián)
美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室自1989年起開展了一系列單晶材料焊接修復(fù)研究[29-37]，初步證明在合適的焊接參數(shù)下熔池內(nèi)凝固組織可以實(shí)現(xiàn)單晶定向生長(zhǎng)，為后續(xù)發(fā)展單晶高能束增材修復(fù)提供大量借鑒和指導(dǎo)。
2.1 高能束增材修復(fù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
高能束增材修復(fù)技術(shù)是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的基于數(shù)字化離散堆積思想的新型材料成形技術(shù)，與焊接修復(fù)相比，增材修復(fù)具有熱影響區(qū)小、精度高、不受零件結(jié)構(gòu)和材料限制等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別適合于復(fù)雜型面部件的快速修復(fù)。
展開 
鎳基高溫合金IN738激光選區(qū)熔化中預(yù)熱溫度對(duì)熔池演化的影響 | FLOW-3D AM
五、研究結(jié)果 – 裂紋
凝固方式：邊緣由外向內(nèi)/中線沿著掃描方向
裂紋更易從中心線處擴(kuò)展產(chǎn)生
不同預(yù)熱下X/Y/Z矢量溫度梯度分布
六、研究結(jié)果 – 單道熔池凝固條件
隨著預(yù)熱溫度的增加，熔池邊緣的冷卻速率從200°C的2.2×10^6K/s減小到700°C下的5.3×10^5K/s，降低的冷卻速率導(dǎo)致更淺但更寬的熔池中較低的拉應(yīng)力和減少的液化開裂敏感性。
200°C預(yù)熱條件下的溫度梯度從頭部的8.8×10^6K/m減少到尾部附近約5.3×10^6K/m的“黃色水平”。相比之下，700°C預(yù)熱條件下，溫度梯度減少到約3×10^6K/m的“青色水平”。如圖所示觀察到高預(yù)熱溫度增加了長(zhǎng)度，形成了更均勻的熱場(chǎng)。
七、結(jié)論
FLOW-3D AM 軟件可以模擬預(yù)熱溫度對(duì)熔池演化的影響，并且可以提供非常詳細(xì)和可靠的熱/流信息。
展開 3D打印讓國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)更進(jìn)一步
北航王華明院士團(tuán)隊(duì)經(jīng)長(zhǎng)期研究發(fā)現(xiàn)，鈦合金激光增材制造過程中移動(dòng)熔池凝固存在池底外延生長(zhǎng)和熔池表面異質(zhì)形核兩種主導(dǎo)凝固方式，通過對(duì)熔池凝固兩種主要方式的主動(dòng)控制即可實(shí)現(xiàn)對(duì)增材制造金屬構(gòu)件凝固晶粒形態(tài)和力學(xué)性能的主動(dòng)控制。第一種熔池方式可使構(gòu)件獲得定向生長(zhǎng)全柱狀晶組織，其具有優(yōu)異的高溫持久蠕變性能，第二種方式可使構(gòu)件獲得各向同性力學(xué)性能優(yōu)異的等軸晶凝固組織。這兩種方式通過人為交替排列，可獲得“鋼筋混凝土狀”混合凝固晶粒組織。這種混合凝固晶粒組織迄今未見國(guó)內(nèi)外報(bào)道、傳統(tǒng)冶金鍛鑄技術(shù)也無法制備。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了整體葉盤葉片和盤體組織性能的精確控制，特別是整體葉盤的盤體到葉片的關(guān)鍵過渡區(qū)，實(shí)現(xiàn)了組織性能的平穩(wěn)漸進(jìn)過渡，達(dá)到了航空發(fā)動(dòng)機(jī)專家所希望的要求。
北航王華明院士團(tuán)隊(duì)還對(duì)激光增材制造雙性能整體葉盤技術(shù)后續(xù)熱處理技術(shù)進(jìn)行了深入研究，經(jīng)特殊熱處理后其塑性變形抗力尤其是抵抗裂紋擴(kuò)展能力極其優(yōu)異，與傳統(tǒng)鍛造鈦合金相比，其疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值提高了61%，而疲勞裂紋擴(kuò)展速率降低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。隨著激光增材制造雙性能整體風(fēng)扇和高壓壓氣機(jī)葉盤技術(shù)的逐漸成熟，高溫合金輪 盤增材制造技術(shù)有可能成為王華明院士團(tuán)隊(duì)下一個(gè)重點(diǎn)攻克的技術(shù)難點(diǎn)，有望為我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)趕超發(fā)達(dá)國(guó)家做出新的貢獻(xiàn)。
展開 熔焊焊接區(qū)氫的擴(kuò)散
3
熔焊過程中氫的擴(kuò)散行為
3.1 熔池階段氫的溶解和擴(kuò)散
熔焊中，氫主要來源于電弧高溫作用下焊接材料及母材中水分的分解，以原子態(tài)或質(zhì)子態(tài)向熔池液態(tài)金屬中溶解。溶解的氫使熔池液態(tài)金屬中氫濃度高于母材金屬中的氫濃度，形成了氫擴(kuò)散的濃度梯度。氫沿熔池底部的不完全熔化區(qū)熔化了晶界，很快地?cái)U(kuò)散到母材金屬中更深的部位。在不完全熔化區(qū)中的未熔化的晶粒內(nèi)部，在熔池階段其溫度幾乎接近母材金屬的熔點(diǎn)，其中的原子振動(dòng)劇烈，并形成大量的空位。原子的熱振動(dòng)和空位的遷移，成為氫遷移的驅(qū)動(dòng)力。與不完全熔化區(qū)相鄰的熱影響區(qū)，熔池階段該處的母材金屬中也產(chǎn)生了大量的空位和位錯(cuò)。這些點(diǎn)缺陷和線缺陷將自發(fā)地向晶界遷移，使熱影響區(qū)母材金屬晶界處的空位濃度進(jìn)一步升高。這將助長(zhǎng)氫沿?zé)嵊绊憛^(qū)母材金屬晶粒的晶界擴(kuò)散進(jìn)入該區(qū)中更深的部位。
對(duì)于多數(shù)鋼鐵材料，隨著溫度的升高，氫在其中的溶解度升高。對(duì)于低合金高強(qiáng)鋼，在熔池階段，熔池下方母材金屬為奧氏體組織，能溶解較多的氫。熔池階段母材金屬側(cè)的不完全熔化區(qū)和熱影響區(qū)能溶解較多的氫。
3.2 熔池凝固至焊縫金屬相變前氫的擴(kuò)散
當(dāng)焊接熱源離開后，熔池液態(tài)金屬便首先從熔池底部開始凝固，以熔池底部未熔化母材金屬晶粒的表面為核心，以聯(lián)生方式向熔池中心成長(zhǎng)。當(dāng)熔池由液態(tài)凝固成固態(tài)時(shí)，氫的溶解度急劇下降。已凝固的焊縫金屬中的輕就處于過飽和狀態(tài)，多余的氫就向焊縫下面的母材金屬中和焊縫上面的液態(tài)金屬中擴(kuò)散和析出。而凝固后的焊縫金屬在其相變前，其中的氫擴(kuò)散和聚集規(guī)律，與焊縫金屬和母材金屬的組織相關(guān)。
如果液態(tài)金屬凝固后的初生相為γ奧氏體時(shí)，由于氫在奧氏體中的溶解度大而擴(kuò)散系數(shù)小，此處的γ奧氏體將固溶較多的氫。由于此時(shí)溫度還比較高，仍將有少量的氫可向不均勻混合區(qū)中擴(kuò)散或向焊縫外逸出，但該區(qū)的總氫量仍較高。
展開 焊接講座之電弧擺動(dòng)(弧)寬度
如圖1所示，焊條（焊絲）從左邊向右邊移動(dòng)再回到左邊時(shí)，左邊熔池尚在熔融狀態(tài)未凝固的狀況下，進(jìn)行運(yùn)條移至右邊再回到左邊的方法。在熔池未凝固而欲加大擺弧寬度，則必須提高電流加大熔池。加大熔池時(shí)，因提高電流故熱輸入量變大，此情況則會(huì)降低其保護(hù)熔池的效果，空氣中的氫等氣體會(huì)跑進(jìn)焊縫金屬里面，其結(jié)果會(huì)造成沖擊值降低、容易發(fā)生氣孔等內(nèi)部缺陷。
在 此 情 況
若不提高電流而擺弧又寬時(shí)，則造成(好像)兩邊的熔池已經(jīng)凝固再焊接的情形。在這種情形，是無法把熔池的兩邊作充分的熔融，會(huì)導(dǎo)致造成夾渣或未熔合之缺陷。因此，須配合擺弧寬度來選擇適合的焊接電流范圍。針對(duì)擺弧寬度，除特別情況外，并無特別的限制，但為防止焊縫金屬機(jī)械性質(zhì)的劣化或防止內(nèi)部缺陷的發(fā)生，采取不作大幅度的擺弧寬度對(duì)于獲得良好的焊縫金屬機(jī)械性質(zhì)是比較有利的。
欲獲得較適當(dāng)且維持良好的焊縫金屬機(jī)械性質(zhì)其全焊接的擺弧寬度，在手焊的情形，如圖2所示的為焊條直徑之3倍左右，在CO2（GMAW）焊接，如圖3所示約與噴嘴直徑相等。圖4所示「移動(dòng)寬度」慢慢變大的堆焊。
在直行焊接中，對(duì)于焊渣是無法直接除去的，故焊接時(shí)采用半重迭法的連續(xù)焊接來改變此情況，而截至目前其擺弧寬度是其考慮的使用方式。
本文轉(zhuǎn)載自：京雷焊材G京群科技
展開 保護(hù)氣體對(duì)碳化鎢耐磨焊絲性能的影響
不同保護(hù)氣體堆焊過程中，熔池凝固、WC顆粒溶解擴(kuò)散、熔敷金屬顯微組織、硬度及耐磨性等均存在差異。因此，有必要對(duì)碳化鎢耐磨藥芯焊絲堆焊WC/鐵基焊層時(shí)所選用的保護(hù)氣體種類進(jìn)行研究。
(1)當(dāng)采用純氬氣保護(hù)堆焊時(shí)，WC顆粒的溶解擴(kuò)散層寬度約為3μm，邊緣以須狀共晶組織為主;含CO2氣體保護(hù)堆焊時(shí)，擴(kuò)散層約為5μm，共晶組織形態(tài)變?yōu)榫栈睢Ⅳ~骨狀或類團(tuán)絮狀。
(2)純氬氣保護(hù)堆焊時(shí)，焊層顯微硬度為790HV±20HV，熔合區(qū)硬度梯度最大，陡升明顯;純CO2氣體保護(hù)時(shí)，焊層顯微硬度為590HV±15HV，過渡梯度相對(duì)較低，界面結(jié)合較好，韌性較強(qiáng)。
(3)保護(hù)氣體為純CO2時(shí)，WC/鐵基堆焊層的表面晶粒尺寸均勻，硬質(zhì)相彌散分布，碳化鎢耐磨焊絲的焊層磨損均勻，剝落坑較少，磨損量為4。2mg，較純氬氣保護(hù)時(shí)降低了63%倍，耐磨性相對(duì)較好。
展開 老司機(jī)告訴你，‘挑弧焊’到底是神馬
當(dāng)?shù)谝粋€(gè)熔池形成后 ，將焊條向上挑 ，但不熄弧，待熔池凝固后再將焊條引向第一個(gè)熔池上方點(diǎn)焊第二個(gè)熔池， 然后再將焊條向上挑，依次類推。挑弧焊一般用于焊材較薄或焊縫較寬的立焊縫。
技術(shù)特點(diǎn)
挑弧法動(dòng)作比較單一，主要是加強(qiáng)焊件定位焊時(shí)根部間隙的控制，在打底焊過程中焊條不做擺動(dòng)，只是做上下運(yùn)動(dòng)，動(dòng)作較簡(jiǎn)單。
注意事項(xiàng)
（1）在焊接試板定位點(diǎn)焊過程中要嚴(yán)格控制好對(duì)口間隙，間隙的大小直接影響到挑弧法打底焊接反面成形質(zhì)量。
（2）在焊接試板兩端20mm內(nèi)進(jìn)行定位點(diǎn)焊, 間隙開始一側(cè)按打底焊條外徑（帶藥皮的外徑）, 另一端比開始端的間隙加1mm。以打底焊接用2.5mm焊條為例，焊接試板對(duì)口間隙一側(cè)要留出3.5mm（2.5mm焊條帶藥皮直徑為3.5mm），另一側(cè)間隙要留出4.5mm。
（3）焊接試板兩側(cè)定位焊點(diǎn)焊接完成后，要將焊接試板兩端20mm內(nèi)進(jìn)行焊接加固，防止打底過程中因?yàn)槎ㄎ缓更c(diǎn)不牢而收縮造成間隙減小影響到打底焊接質(zhì)量。
（4）打底時(shí)注意要在定位焊點(diǎn)處引弧，引弧后在定位焊點(diǎn)處預(yù)熱后拉電弧到定位焊點(diǎn)邊緣處進(jìn)行焊接，壓低電弧使焊接試板坡口兩側(cè)形成較均勻的“熔孔”，當(dāng)“熔孔”形成后立即上挑電弧，將電弧挑斷，然后按照此手法有節(jié)奏地起弧、挑斷電弧，從而控制熔池溫度，獲得良好的反面焊縫成形。
（5）焊條運(yùn)條手法：不進(jìn)行擺動(dòng)，只有下壓上挑動(dòng)作，第一點(diǎn)挑弧時(shí)焊條角度與試板為15°~20°，以后挑弧的焊條角度為焊條與試板30°~40°，注意電弧是用手腕挑斷的，挑弧法打底焊條與焊接試板角度如圖1所示。
（6）焊接過程中，要準(zhǔn)確掌握好熔孔的成形及尺寸，熔孔兩側(cè)要保持一致，電弧應(yīng)將坡口兩側(cè)鈍邊完全熔化，并準(zhǔn)確地深入每側(cè)母材0.5~1.0mm。
展開 熱裂紋的主要產(chǎn)生原因及預(yù)防措施
一、什么是熱裂紋
熱裂紋是在高溫和熔池凝固過程中產(chǎn)生的裂紋，是焊接過程中最常見的裂紋類型，從低碳鋼、低合金高強(qiáng)度鋼，到奧氏體不銹鋼、鋁合金和鎳基合金等都有產(chǎn)生焊接熱裂紋的可能。熱裂紋最常見于焊縫中心，屬于結(jié)晶裂紋，其形成過程主要與低熔點(diǎn)共晶物和拉應(yīng)力有關(guān)。
二、影響熱裂紋的主要因素
1、焊縫金屬的化學(xué)成分
焊縫金屬中C、S、P、Cu、Zn等低熔點(diǎn)元素及其化合物較多時(shí)，會(huì)促使形成熱裂紋。在焊縫凝固過程期間，這些低熔點(diǎn)物質(zhì)容易在焊縫中央聚集偏析，當(dāng)焊縫邊緣結(jié)晶凝固時(shí)，焊縫中心晶粒間雜質(zhì)仍處于液態(tài)膜狀態(tài)，在焊縫收縮產(chǎn)生的應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋。
2、焊縫橫截面形狀
當(dāng)焊縫深度比寬度大時(shí)，會(huì)使凝固顆粒增長(zhǎng)垂直于焊接中心，容易產(chǎn)生熱裂紋，特別是高熔深的埋弧焊和藥芯焊絲氣保焊用于厚板窄間隙焊接時(shí)更容易發(fā)生。建議焊道寬深比（焊縫寬度/焊縫深度）在1~1.4之間有利于提高抗裂性。
此外，凹形焊縫比凸形焊縫更容易產(chǎn)生裂紋，而高電壓、焊接速度過快是凹形焊縫的主要成因，應(yīng)盡量避免。
3、焊接應(yīng)力
焊件剛性大，裝配和焊接時(shí)產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，會(huì)促使形成熱裂紋。
三、預(yù)防熱裂紋的主要措施
1、冶金控制方面
⑴控制焊縫中有害雜質(zhì)含量
嚴(yán)格限制母材和焊接材料中的C、P、S等有害雜質(zhì)含量。
⑵改善焊縫結(jié)晶組織
碳鋼和低合金鋼主要通過向焊縫添加某些合金元素,如Mo、V、Ti等，以改變結(jié)晶組織形態(tài)，細(xì)化晶粒從而提高抗裂性。不銹鋼則通過加入Cr、Mo等鐵素體形成元素，使焊縫中形成適量鐵素體，以減少P、S等有害元素在晶界上的分布，同時(shí)細(xì)化晶粒，從而有效防止裂紋產(chǎn)生。
展開 
鎳基合金復(fù)合管道脈沖鎢極 氬弧焊打底怎么焊？
但鎳基合金導(dǎo)熱性差、線膨脹系數(shù)大、冷卻速度較快、熔合性能較差，焊接過程中保護(hù)不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生熔池氧化等，增加了焊接難度，因此應(yīng)該選擇操作技能水平較高、有豐富經(jīng)驗(yàn)的焊工進(jìn)行施焊。材料的化學(xué)成分如表1所示，常溫下力學(xué)性能如表2所示。
2. 直流脈沖鎢極氬弧焊原理及特點(diǎn)
脈沖鎢極氬弧焊的原理是用可控的脈沖電流加熱熔化工件，每一個(gè)脈沖會(huì)形成一個(gè)點(diǎn)狀熔池。脈沖頻率間歇時(shí)，僅有維弧電流繼續(xù)工作，熔池凝固而形成一個(gè)有效焊接接頭。當(dāng)下一個(gè)脈沖電流作用時(shí)，在已凝固焊接接頭的局部和母材上產(chǎn)生第二個(gè)點(diǎn)狀熔池，當(dāng)出現(xiàn)第二個(gè)脈沖頻率間歇時(shí)，熔池又凝固成第二個(gè)有效焊接接頭并與前一個(gè)相連接。依此周而復(fù)始地進(jìn)行，便形成一條完整的焊接接頭。
脈沖鎢極氬弧焊的特點(diǎn)是：①可以精確控制對(duì)工件的熱輸入和熔池尺寸，提高焊縫抗燒穿和熔池的保護(hù)能力，易獲得均勻的熔深，特別適用薄板、全位置焊接和單面焊雙面成形。②由于每個(gè)焊點(diǎn)加熱和冷卻迅速，所以也適用于焊接導(dǎo)熱性能差和厚度較大的工件。③脈沖電弧熱輸入較低且熔深較大，因此在同樣條件下，能減小焊接熱影響區(qū)和焊接變形，這對(duì)薄板、超薄板焊接有更顯著地效果，能夠改善鎳基合金熔合性較差現(xiàn)象。④焊接過程中熔池金屬冷凝快，高溫停留時(shí)間短，可減小對(duì)熱量特別敏感材料焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋的傾向。
綜合上述材料特性與工藝特性的比較，可以發(fā)現(xiàn)直流脈沖鎢極氬弧焊，能夠滿足焊接鎳基合金的要求，并能夠減少鎳基合金焊接過程中易出現(xiàn)熔合性能不好、過熱組織、晶粒長(zhǎng)大、裂紋等傾向。
3. 焊接材料選擇
根據(jù)SH/T3523《石油化工鉻鎳不銹鋼、鐵鎳合金和鎳基合金焊接工藝規(guī)程》規(guī)定，鎳基合金鋼氬弧焊接時(shí)應(yīng)按與材料等成分的原則選擇焊接材料，根據(jù)以上材料所含化學(xué)成分含量篩選，可發(fā)現(xiàn)ERNiCrMo—3的化學(xué)成分，能夠滿足母材焊接的需求，所選焊接材料為實(shí)芯氬弧焊絲，根焊打底時(shí)需要進(jìn)行背面充氬氣保護(hù)。
展開 焊接工藝參數(shù)對(duì)超窄間隙焊接熱裂紋的影響
在相同焊接工藝參數(shù)下，在較小的坡口間隙里會(huì)形成窄而深的焊縫截面形貌，得到的焊縫成形系數(shù)較小，熔池所受拘束度較大.
窄而深的熔池金屬凝固時(shí)，頂部的金屬冷卻速度相當(dāng)快，沒有熔融金屬填補(bǔ)中心形成的縮孔，這樣在收縮應(yīng)力和較大的拘束度作用下很容易在最后結(jié)晶處起裂，形成熱裂紋.
相反在比較大的坡口間隙里會(huì)形成寬而淺的焊縫截面形貌，焊縫成形系數(shù)較大，寬而淺的熔池在金屬凝固時(shí)從四周以及底部開始，而頂部稍稍滯后，隨著冷卻過程的進(jìn)展，金屬的結(jié)晶方向從熔池四周和底部向著熔池中心，而收縮應(yīng)力隨著上升，然而由于頂部溫度較高而尚未凝固的熔融金屬填補(bǔ)著中心外形成的縮孔，所以此時(shí)焊縫中心就不會(huì)產(chǎn)生熱裂紋.
圖4 間隙寬度對(duì)臨界焊縫成形系數(shù)的影響
Fig.4 Influence of gap width on formation of critical B/H
分析熱輸入對(duì)臨界焊縫成形系數(shù)的影響還可以發(fā)現(xiàn)，隨著熱輸入的增加，不產(chǎn)生熱裂紋的臨界焊縫成形系數(shù)也增大.
其原因可做如下分析，當(dāng)焊接熱輸入增大時(shí)，熔池金屬冷卻速度減慢，焊縫結(jié)晶過程中形成的晶粒粗大，區(qū)域偏析傾向增大.
較大的熱輸入還會(huì)造成焊縫截面面積增大，使焊接過程中塑性變形區(qū)的面積變大，熔池冷卻時(shí)體積收縮造成的應(yīng)變量增加，熔池凝固形成焊接接頭過程中所受內(nèi)應(yīng)力增加.
所以二者造成焊縫熱裂紋傾向大大增加.
4 結(jié) 論
(1) 超窄間隙焊縫中隨著間隙寬度減小接頭熱裂紋傾向明顯增加. 尤其當(dāng)間隙寬度減小到3.5 mm以下時(shí)，焊縫中熱裂紋很容易出現(xiàn)并且很難控制，熱裂紋形貌呈人字形.
(2) 超窄間隙焊接中隨著焊接熱輸入的增大焊縫中熱裂紋傾向增加.
(3)
焊縫成形系數(shù)是影響超窄間隙焊接接頭熱裂紋的主要因素.
當(dāng)焊縫成形系數(shù)較小時(shí),熱裂紋傾向較大，但當(dāng)焊縫成形系數(shù)增大到臨界值時(shí),焊縫中不再產(chǎn)生熱裂紋.
展開 手弧仰焊操作技巧要點(diǎn)總結(jié)
氣孔產(chǎn)生的原因：焊接過程中產(chǎn)生的氣體及熔池周圍的氣體被液態(tài)金屬吸收后，在凝固過程中溶解度急劇下降，氣體將會(huì)板出形成氣泡，上浮過程中如來不及逸出而殘留在焊縫金屬中就形成氣孔。
防止產(chǎn)生氣孔的途徑：一是采用短弧施焊，防止有害氣體侵入熔池，以有效地保護(hù)熔池，另外可以縮短熔滴過渡的路程，減小其吸收氣體的可能性；二是選擇合理的工藝參數(shù)，在填充層和蓋面層焊接時(shí)焊接電源不可過大，因?yàn)楹附与娏髟龃髸r(shí)，會(huì)促進(jìn)熔滴細(xì)化，吸收氣體量也會(huì)增加，產(chǎn)生氣孔的可能性會(huì)隨之增大；三是試板坡口兩側(cè)及層間的鐵銹及污物應(yīng)盡量清除徹底，以減少產(chǎn)生氣孔的根源。
2）夾渣
在施焊過程中，因?yàn)楹笇娱g熔渣清理不徹底，又由于焊速快，熔池凝固較快，熔渣來不及浮出熔池而形成夾渣。
解決夾渣時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn)：一是徹底清除層間熔渣，特別是封底層與坡口兩側(cè)的夾渣較難清除，要用尖頭小錘及鋼鋸條認(rèn)真清理；二是填充層施焊運(yùn)條時(shí)應(yīng)在坡口兩側(cè)停留的時(shí)間稍長(zhǎng)些，不僅能使熔渣有充足的時(shí)間浮出，還可使焊縫焊得平整，為蓋面層的焊接打好基礎(chǔ)。
3）咬邊
咬邊是蓋面層焊接時(shí)最難克服的缺陷，產(chǎn)生的原因是咬邊處液態(tài)金屬重力較大，造成下垂所致。
防止產(chǎn)生咬邊，要做到以下三點(diǎn)：一是蓋面層要薄，不宜超過2～3mm；二是運(yùn)條時(shí)擺動(dòng)要均勻，在坡口的兩側(cè)一定要壓低電弧，使邊緣部位熔化控制在1mm左右；三是選用合適的焊接電流，當(dāng)選用φ3.2mm焊條時(shí)，焊接電流為110A，以避免因熱輸入偏大而造成的咬邊缺陷。
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展開 增材專欄 l 選區(qū)激光熔化SLM金屬3D打印的熔池及單道熔覆層仿真分析
視頻：粉末在激光作用下發(fā)生變化的過程
本期，安世亞太的仿真專家借助離散元分析軟件Rocky和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析軟件Ansys Fluent 對(duì)激光選區(qū)熔化鋪粉過程及單道熔覆層的形成過程進(jìn)行仿真分析，并在一定工況范圍內(nèi)研究了激光功率、激光掃描速度和鋪粉層厚這三個(gè)參數(shù)對(duì)打印熔池及單道熔覆層的影響，該仿真過程的實(shí)現(xiàn)可以更直觀的研究激光選區(qū)熔化制備機(jī)理并為相關(guān)工藝參數(shù)優(yōu)化提供指導(dǎo)。
通過對(duì)激光選區(qū)熔化激光與粉末的相互作用，單道熔池內(nèi)金屬熔體的流動(dòng)過程，相應(yīng)工藝條件下熔池的形態(tài)及最終熔覆層的特性進(jìn)行研究可以深入理解SLM制備機(jī)理，并可對(duì)SLM制備工藝設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供指導(dǎo)。
離散元分析可以對(duì)撒粉和鋪粉過程進(jìn)行模擬，從而建立粉末床模型；選區(qū)激光熔化SLM金屬3D打印熔池及單道熔覆層的形成過程仿真可以采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析實(shí)現(xiàn)。
加工原理及粉末床模型的建立
激光選區(qū)熔化（Selective Laser Melting；SLM）樣品制備過程中以激光作為能量源熔化粉末形成熔池，且熔池內(nèi)的金屬會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)，隨著激光的移開，熔池凝固形成了單道熔覆層。熔池及單道熔覆層的特性影響著最終所制備零件的質(zhì)量。
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