锻件,焊缝的缺陷类别

1、超声波检测简介一、超声波的适用性 1、超声检验超声波的波长比一般声波要短，具有较好的方向性，而且能透过不透明物质，这一特性已被广泛用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术。超声成像是利用超声波呈现不透明物内部形象的技术。把从换能器发出的超声波经声透镜聚焦在不透明试样上，从试样透出的超声波携带了被照部位的信息（如对声波的反射、吸收和散射的能力），经声透镜汇聚在压电接收器上，所得电信号输入放大器，利用扫描系统可把不透明试样的形象显示在荧光屏上。上述装置称为超声显微镜。超声成像技术已在医疗检查方面获得普遍应用，在微电子器件制造业中用来对大规模集成电路进行检查，在材料科学中用来显示合金中不同组分

2、的区域和晶粒间界等。声全息术是利用超声波的干涉原理记录和重现不透明物的立体图像的声成像技术，其原理与光波的全息术基本相同，只是记录手段不同而已。用同一超声信号源激励两个放置在液体中的换能器，它们分别发射两束相干的超声波：一束透过被研究的物体后成为物波，另一束作为参考波。物波和参考波在液面上相干叠加形成声全息图，用激光束照射声全息图，利用激光在声全息图上反射时产生的衍射效应而获得物的重现像，通常用摄像机和电视机作实时观察。 2、超声处理利用超声的机械作用、空化作用、热效应和化学效应，可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化 、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等，在工矿业

3、、农业、医疗等各个部门获得了广泛应用。 3、基础研究超声波作用于介质后，在介质中产生声弛豫过程，声弛豫过程伴随着能量在分子各自电度间的输运过程，并在宏观上表现出对声波的吸收（见声波）。通过物质对超声的吸收规律可探索物质的特性和结构，这方面的研究构成了分子声学这一声学分支。普通声波的波长远大于固体中的原子间距，在此条件下固体可当作连续介质。但对频率在1012赫以上的 特超声波 ，波长可与固体中的原子间距相比拟，此时必须把固体当作是具有空间周期性的点阵结构。点阵振动的能量是量子化的 ，称为声子（见固体物理学）。特超声对固体的作用可归结为特超声与热声子、电子、光子和各种准粒子的相互作用。对固体中特超

4、声的产生、检测和传播规律的研究，以及量子液体液态氦中声现象的研究构成了近代声学的新领域。 声波是属于声音的类别之一，属于机械波，声波是指人耳能感受到的一种纵波，其频率范围为16Hz-20KHz。当声波的频率低于20Hz时就叫做次声波，高于20KHz则称为超声波声波。 超声波具有如下特性： 1） 超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。 2） 超声波可传递很强的能量。 3） 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。 4） 超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。 超声波是声波大家族中的一员。 声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其

5、平衡位置附近进行的往返运动。譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播，这便是声波。 超声波是指振动频率大于20KHz以上的，人在自然环境下无法听到和感受到的声波。 超声波治疗的概念： 超声治疗学是超声医学的重要组成部分。超声治疗时将超声波能量作用于人体病变部位，以达到治疗疾患和促进机体康复的目的。 在全球，超声波广泛运用于诊断学、治疗学、工程学、生物学等领域。赛福瑞家用超声治疗机属于超声波治疗学的运用范畴。 （一）工程学方面的应用：水下定位与通讯、地下资源勘查等。 （二）生物学方面的应用：剪切大分子、生物工程及处理种子等。 （三）诊断学方面的应用：A型、B型、M

6、型、D型、双功及彩超等。 （四）治疗学方面的应用：理疗、治癌、外科、体外碎石、牙科等。二、焊道缺陷介绍 焊缝缺陷的种类很多，在焊缝内部和外部常见的缺陷可归纳为下几种： 1、焊缝尺寸不合要求 焊波粗、外形高低不平、焊缝加强高度过低或过高、焊波宽度不齐及角焊缝单边或下陷量过大等均焊属缝尺寸不合要求，其原因是： 1）焊件坡口角度不当、或装配间隙不均匀。 2）焊接电流过大或过小、焊接规范选用不当。 4）运条速度不均匀、焊条(或焊把)角度不当。 2、裂纹 裂纹端部形状尖锐，应力集中严重，对承受交变和冲击载荷、静拉力影响较大，是焊缝中最危险的缺陷。按其产生的原因可分冷裂纹、热裂纹和再热裂纹等。 (冷裂纹)

7、指在200以下产生的裂纹，它与氢有密切关系，其产生的主要原因是： 对大厚工件选用预热温度和焊后缓冷措施不合适。 焊材选用不合适。 焊接接头刚性大、工艺不合理。 焊缝及其附近产生硬脆组织。 焊接规范选择不当。 (热裂纹)指在300以上产生的裂纹(主要是凝固裂纹)，其产生的主要原因是： a成份的影响。焊接纯奥氏体钢、某些高镍合金钢和有色金属时易出现。 b焊缝中含有较多的硫等有害杂质元素。 c焊接条件及接头状选择不当。 (再热裂纹)即消除应力退火裂纹。指在高强度钢的焊接区，由于焊后热处理或在高温下使用，在热影响区产生的晶界裂纹，其产生的主要原因是： a消除应力退火的热处理条件不当。 b合金成分的影响

8、。如铬、钼、钒、铌、硼等元素具有增大再热裂纹的倾向。 c焊材、焊接规范选择不当。 d结构设计不合理造成大的应力集中。 3、气孔 在焊接过程中，因气体来不及及时逸出而在焊缝金属内部或表面所形成的空穴。其产生的原因是： 焊条、焊剂烘干不够。 焊接工艺不够稳定，电弧电压偏高，电弧过长，焊速过快和电流过小。 填充金属和母材表面油、锈等未清除干净。 未采用后退法熔化引弧点。 预热温度过低。 未将引弧和熄弧的位置错开。 焊接区保护不良，熔他面积过大。 交流电源易出现气孔，直流反接的气孔倾向最小。 4、焊瘤 在焊接过程中，熔化金属流到焊缝外未熔化的母材上所形成的金属瘤，它改变了焊缝的横截面，对动载不利。其产

9、生的原因是： 电弧过长、底层施焊电流过大。 立焊时电流过大、运条摆不当。 焊缝装配间隙过大。 5、弧坑 焊缝在收尾处有明显的缺肉和凹陷。其产生的原因是： 焊接收弧时操作不当，熄弧时间过短。 自动焊时送丝与电源同时切断，没有先停丝再断电。 6、咬边 电弧将焊缝边缘的母材焙化后，没有得到焊缝金属的补充而留下缺口。咬边削弱了接头的受力截面，使接头强度降低，造成应力集中，使可能在咬边处导致破坏。其产生的原因是： 电流过大，电弧过长、运条速度不当、电弧热量过高。 埋弧焊的电压过低、焊速过高。 焊条、焊丝的倾斜角度不正确。 7、夹渣 在焊缝金属内部或熔合线部位存在的非金属夹杂物。夹渣对力学性能有影响，影响

10、程度与夹渣的数量和形状有关。其产生的原因是： 多层焊时每层焊渣未清除干净。 焊件上留有厚锈。 焊条药皮的物理性能不当。 焊层形状不良、坡口角度设计不当。 焊缝的熔宽与熔深之比过小、咬边过深。 电流过小，焊速过快，焊渣来不及浮起。 8、未焊透 母材之间或母材与熔敷金属之间存在局部未熔合现象。它一般存在于单面焊的焊缝根部，对应力集中很敏感，对强度、疲劳等性能影响较大。其产生的原因是： 坡口设计不良，角度小、钝边大、间隙小。 焊条、焊丝角度不正确。 电流过小、电压过低、焊速过快、电弧过长、有磁偏吹等。 焊件有厚锈，未清除干净。 埋弧自动焊时的焊偏。 三、锻件缺陷介绍 原材料的主要缺陷及其引起的锻件缺

11、陷 锻造用的原材料为铸锭、轧材、挤材及锻坯。而轧材、挤材及锻坯分别是铸锭经轧制、挤压及锻造加工成的半成品。一般情况下，铸锭的内部缺陷或表面缺陷的出现有时是不可避免的。例如，内部的成分与组织偏析等。原材料存在的各种缺陷，不仅会影响锻件的成形，而且将影响锻件的最终质量。 1、表面裂纹 表面裂纹多发生在轧制棒材和锻制棒材上，一般呈直线形状，和轧制或锻造的主变形方向一致。造成这种缺陷的原因很多，例如钢锭内的皮下气泡在轧制时一面沿变形方向伸长，一面暴露到表面上和向内部深处发展。又如在轧制时，坯料的表面如被划伤，冷却时将造成应力集中，从而可能沿划痕开裂等等。这种裂纹若在锻造前不去掉，锻造时便可能扩展引起锻

12、件裂纹。 2、折叠 折叠形成的原因是当金属坯料在轧制过程中，由于轧辊上的型槽定径不正确，或因型槽磨损面产生的毛刺在轧制时被卷入，形成和材料表面成一定倾角的折缝。对钢材，折缝内有氧化铁夹杂，四周有脱碳。折叠若在锻造前不去掉，可能引起锻件折叠或 3、结疤 结疤是在轧材表面局部区域的一层可剥落的薄膜。结疤的形成是由于浇铸时钢液飞溅而凝结在钢锭表面，轧制时被压成薄膜，贴附在轧材的表面，即为结疤。锻后锻件经酸洗清理，薄膜将会剥落而成为锻件表面缺陷。 4、层状断口 层状断口的特征是其断口或断面与折断了的石板、树皮很相似。层状断口多发生在合金钢（铬镍钢、铬镍钨钢等），碳钢中也有发现。这种缺陷的产生是由于钢中

13、存在的非金属夹杂物、枝晶偏析以及气孔疏松等缺陷，在锻、轧过程中沿轧制方向被拉长，使钢材呈片层状。如果杂质过多，锻造就有分层破裂的危险。层状断口越严重，钢的塑性、韧性越差，尤其是横向力学性能很低，所以钢材如具有明显的层片状缺陷是不合格的。 5、亮线（亮区） 亮线是在纵向断口上呈现结晶发亮的有反射能力的细条线，多数贯穿整个断口，大多数产生在轴心部分。亮线主要是由于合金偏析造成的。轻微的亮线对力学性能影响不大，严重的亮线将明显降低材料的塑性和韧性。 6、非金属夹杂 非金属夹杂物主要是熔炼或浇铸的钢水冷却过程中由于成分之间或金属与炉气、容器之间的化学反应形成的。另外，在金属熔炼和浇铸时，由于耐火材料落

14、入钢液中，也能形成夹杂物，这种夹杂物统称夹渣。在锻件的横断面上，非金属夹杂可以呈点状、片状、链状或团块状分布。严重的夹杂物容易引起锻件开裂或降低材料的使用性能。 7、碳化物偏析 碳化物偏析经常在含碳高的合金钢中出现。其特征是在局部区域有较多的碳化物聚集。它主要是钢中的莱氏体共晶碳化物和二次网状碳化物，在开坯和轧制时未被打碎和均匀分布造成的。碳化物偏析将降低钢的锻造变形性能，易引起锻件开裂。锻件热处理淬火时容易局部过热、过烧和淬裂。制成的刀具使用时刃口易崩裂。 加热工艺不当常产生的缺陷 1、脱碳 脱碳是指金属在高温下表层的碳被氧化，使得表层的含碳量较内部有明显降低的现象。 脱碳层的深度与钢的成分

15、、炉气的成分、温度和在此温度下的保温时间有关。采用氧化性气氛加热易发生脱碳，高碳钢易脱碳，含硅量多的钢也易脱碳。脱碳使零件的强度和疲劳性能下降，磨损抗力减弱。 2、增碳 经油炉加热的锻件，常常在表面或部分表面发生增碳现象。有时增碳层厚度达1.51.6mm，增碳层的含碳量达1（质量分数）左右，局部点含碳量甚至超过2（质量分数），出现莱氏体组织。这主要是在油炉加热的情况下，当坯料的位置靠近油炉喷嘴或者就在两个喷嘴交叉喷射燃油的区域内时，由于油和空气混合得不太好，因而燃烧不完全，结果在坯料的表面形成还原性的渗碳气氛，从而产生表面增碳的效果。增碳使锻件的机械加工性能变坏，切削时易打刀。 3、过热 过热

16、是指金属坯料的加热温度过高，或在规定的锻造与热处理温度范围内停留时间太长，或由于热效应使温升过高而引起的晶粒粗大现象。碳钢（亚共析或过共析钢）过热之后往往出现魏氏组织。马氏体钢过热之后，往往出现晶内织构，工模具钢往往以一次碳化物角状化为特征判定过热组织。钛合金过热后，出现明显的相晶界和平直细长的魏氏组织。合金钢过热后的断口会出现石状断口或条状断口。过热组织，由于晶粒粗大，将引起力学性能降低，尤其是冲击韧度。 一般过热的结构钢经过正常热处理（正火、淬火）之后，组织可以改善，性能也随之恢复，这种过热常被称之为不稳定过热；而合金结构钢的严重过热经一般的正火（包括高温正火）、退火或淬火处理后，过热组织

17、不能完全消除，这种过热常被称之为稳定过热。 4、过烧 过烧是指金属坯料的加热温度过高或在高温加热区停留时间过长，炉中的氧及其它氧化性气体渗透到金属晶粒间的空隙，并与铁、硫、碳等氧化，形成了易熔的氧化物的共晶体，破坏了晶粒间的联系，使材料的塑性急剧降低。过烧严重的金属，撤粗时轻轻一击就裂，拔长时将在过烧处出现横向裂纹。过烧与过热没有严格的温度界线。一般以晶粒出现氧化及熔化为特征来判断过烧。对碳钢来说，过烧时晶界熔化、严重氧化工模具钢（高速钢、Cr12型钢等）过烧时，晶界因熔化而出现鱼骨状莱氏体。铝合金过烧时出现晶界熔化三角区和复熔球等。锻件过烧后，往往无法挽救，只好报废。 5、加热裂纹 在加热截

18、面尺寸大的大钢锭和导热性差的高合金钢和高温合金坯料时，如果低温阶段加热速度过快，则坯料因内外温差较大而产生很大的热应力。加之此时坯料由于温度低而塑性较差，若热应力的数值超过坯料的强度极限，就会产生由中心向四周呈辐射状的加热裂纹，使整个断面裂开。 锻造工艺不当常产生的缺陷 1、大晶粒 大晶粒通常是由于始锻温度过高和变形程度不足、或终锻温度过高、或变形程度落人临界变形区引起的。铝合金变形程度过大，形成织构；高温合金变形温度过低，形成混合变形组织时也可能引起粗大晶粒晶粒粗大将使锻件的塑性和韧性降低，疲劳性能明显下降。 2、晶粒不均匀 晶粒不均匀是指锻件某些部位的晶粒特别粗大，某些部位却较小。产生晶粒

19、不均匀的主要原因是坯料各处的变形不均匀使晶粒破碎程度不一，或局部区域的变形程度落人临界变形区，或高温合金局部加工硬化，或淬火加热时局部晶粒粗大。耐热钢及高温合金对晶粒不均匀特别敏感。晶粒不均匀将使锻件的持久性能、疲劳性能明显下降。 3、冷硬现象 变形时由于温度偏低或变形速度太快，以及锻后冷却过快，均可能使再结晶引起的软化跟不上变形引起的强化（硬化），从而使热锻后锻件内部仍部分保留冷变形组织。这种组织的存在提高了锻件的强度和硬度，但降低了塑性和韧性。严重的冷硬现象可能引起锻裂。 4、裂纹 裂纹通常是锻造时存在较大的拉应力、切应力或附加拉应力引起的。裂纹发 生的部位通常是在坯料应力最大、厚度最薄的

20、部位。如果坯料表面和内部有微裂纹、或坯料内存在组织缺陷，或热加工温度不当使材料塑性降低，或变形速度过快、变形程度过大，超过材料允许的塑性指针等，则在撤粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲和挤压等工序中都可能产生裂 5、龟裂 龟裂是在锻件表面呈现较浅的龟状裂纹。在锻件成形中受拉应力的表面（例如，未充满的凸出部分或受弯曲的部分）最容易产生这种缺陷。引起龟裂的内因可能是多方面的：原材料合Cu、Sn等易熔元素过多。高温长时间加热时，钢料表面有铜析出、表面晶粒粗大、脱碳、或经过多次加热的表面。燃料含硫量过高，有硫渗人钢料表面。 6、飞边裂纹 飞边裂纹是模锻及切边时在分模面处产生的裂纹。飞边裂纹产生的原因可能是：在

21、模锻操作中由于重击使金属强烈流动产生穿筋现象。镁合金模锻件切边温度过低；铜合金模锻件切边温度过高。 7、分模面裂纹 分模面裂纹是指沿锻件分模面产生的裂纹。原材料非金属夹杂多，模锻时向分模面流动与集中或缩管残余在模锻时挤人飞边后常形成分模面裂纹。 8、折叠 折叠是金属变形过程中已氧化过的表层金属汇合到一起而形成的。它可以是由两股（或多股）金属对流汇合而形成；也可以是由一股金属的急速大量流动将邻近部分的表层金属带着流动，两者汇合而形成的；也可以是由于变形金属发生弯曲、回流而形成；还可以是部分金属局部变形，被压人另一部分金属内而形成。折叠与原材料和坯料的形状、模具的设计、成形工序的安排、润滑情况及锻

22、造的实际操作等有关。 折叠不仅减少了零件的承载面积，而且工作时由于此处的应力集中往往成为疲劳源。 9、局部充填不足 局部充填不足主要发生在筋肋、凸角、转角、圆角部位，尺寸不符合图样要求。产生的原因可能是：锻造温度低，金属流动性差；设备吨位不够或锤击力不足；制坯模设计不合理，坯料体积或截面尺寸不合格；模膛中堆积氧化皮或焊合变形金属。 10、欠压 欠压指垂直于分模面方向的尺寸普遍增大，产生的原因可能是：锻造温度低。设备吨位不足，锤击力不足或锤击次数不足。 11、错移 错移是锻件沿分模面的上半部相对于下半部产生位移。产生的原因可能是：滑块（锤头）与导轨之间的间隙过大；锻模设计不合理，缺少消除错移力的

23、锁口或导柱；模具安装不良。 12、轴线弯曲 锻件轴线弯曲，与平面的几何位置有误差。产生的原因可能是：锻件出模时不注意；切边时受力不均；锻件冷却时各部分降温速度不一；清理与热处理不当 。 锻件缺陷的主要特征及产生原因 1、偏心 主要特征 :对多台阶齿轴锻件表现为各直径段中心不一致，对齿轮类锻件表现为内外孔中心偏移 产生原因 :加热温度不匀 锻造工艺或操作不当 冲孔前冲子没放正 2、弯曲 主要特征 :齿轴锻件的中心线弯曲变形 产生原因 : 锻造矫直不当 热处理操作不当 端面不平 主要特征 :圈类及饼类锻件端面变形 产生原因 :锻造工艺或操作不当 热处理操作不当 3、折叠 主要特征 :在外观上与裂纹

24、相似，实际上是金属流线产弯曲 产生原因 : 砧子圆角不合适 送进量小于压下量 4、表面横向裂纹 主要特征 :横向较浅裂纹 产生原因 :钢锭皮下气泡暴露于表面不能焊合 拔长时相对送进量过大 5、表面纵向裂纹 主要特征 :第一次拔长时或镦粗时出现的沿钢锭纵向出现的裂纹 产生原因 :钢锭模内壁有缺陷，新钢锭模使用前热处理不当.钢水浇铸操作不当 钢锭脱模后冷却不当 倒棱时压下量过大表面龟裂 主要特征 :锻件表面出现龟甲状较浅裂纹 产生原因 :1.钢中铜、锡、砷、碳含量过高 2.始锻温度过高 6、内部裂纹 主要特征 :裂纹出现于锻件中心区域 产生原因 :1.加热未烧透，内部温度过低 2.在平砧上拔长圆形

25、件3.V型砧角度过大 7、缩孔残余 主要特征 :在低被试片上呈不规则褶皱状缝隙，为深褐色或灰白色 产生原因 : 1.锭模设计不合理，浇铸过程控制不当 2.锻造时切头不足 8、过热 、过烧与温度不均匀 加热温度过高或高温停留时间过长时易引起过热、过烧。过热使材料的塑性与冲击韧性显著降低。过烧时材料的晶界剧烈氧化或者熔化，完全失去变形能力。当加热温度分布严重不均匀，表现为锻坯内外、正反面、沿长度温差过大，在锻造时引起不均变形，偏心锻造等缺陷，亦称欠热。 I 过热 II过烧 图片（1）是钢锻坯过热组织，因加热温度太高引起的过热特征。试样用10（体积分数）硝酸水溶液和10（体积分数）硫酸水溶液腐蚀，金相显微镜（LM）观察，晶粒粗大，晶界呈黑色，基体灰白色，显示为过热特征。 图片（2）所示为轴承钢GCr15SiMn锻件过烧引起的裂纹，晶界上有熔化痕迹及低熔点剧相，裂纹沿晶界扩展。试样用4（体积分数）硝酸酒精溶液侵蚀后呈黑色晶界，明显烧坏，锻坯过烧报废 采取措施 l）严格执行正确的加热规范； 2）注意装炉