摩擦焊接頭的缺陷及如何檢測(cè)

發(fā)表時(shí)間：2018-11-22 08:14

一、摩擦焊接頭中的缺陷
摩擦焊是固相連接，接頭中不會(huì)出現(xiàn)與熔化、凝固有關(guān)的缺陷，但當(dāng)材料焊接性差、焊接參數(shù)不當(dāng)或表面清理不好時(shí)，在摩擦焊連接界面上也會(huì)出現(xiàn)一些“非理想結(jié)合”的缺陷，如“灰斑”、裂紋、未焊合、夾雜、金屬問化合物、錯(cuò)疊等，這些缺陷一般具有二維、平面、彌散分布的特征。
1.“灰斑”缺陷
“灰斑”是一種焊接缺陷在斷口上的表現(xiàn)形式，它在斷口上一般表現(xiàn)為暗灰色平斑狀，無金屬光澤，一般為近似圓形、橢圓形或長(zhǎng)條形，與周圍金屬有明顯的分界，無顯著塑性變形，具有明顯的沿焊縫斷裂的特征。微觀上看，“灰斑”是由焊合區(qū)破碎或未破碎的夾雜物與基體金屬的界面為空穴形成核心，在外力作用下不斷擴(kuò)展，最終聚合成密集細(xì)小的淺韌窩，在宏觀上表現(xiàn)為脆性斷裂。
根據(jù)掃描電鏡分析和X射線能譜分析,“灰斑”缺陷系由以Si、Mn為主的低塑性物質(zhì)組成。一般認(rèn)為其形成機(jī)理為:由于焊接部位母材內(nèi)部存在的一些夾雜物,在摩擦加熱、頂鍛加壓時(shí)被碎化而進(jìn)人焊接面,但又未被完全擠出，從而形成“灰斑”。
2. 焊接裂紋
摩擦焊接頭上的裂紋主要出現(xiàn)在焊合區(qū)邊緣飛邊缺口部位、焊合區(qū)內(nèi)部、近縫區(qū)及飛邊上。飛邊缺口裂紋沿焊合區(qū)向內(nèi)擴(kuò)展，其產(chǎn)生與材料的淬硬性及焊接參數(shù)有關(guān)。
有限元分析表明，當(dāng)焊合區(qū)兩側(cè)塑性區(qū)較寬、頂鍛力過大時(shí)，會(huì)在焊合區(qū)周邊部位產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，這是形成飛邊缺口裂紋的主要原因。
異種材料焊接時(shí)可能在焊合區(qū)內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。脆性材料(陶瓷)或易淬硬材料(高速鋼)與其它異種材料焊接時(shí)，在焊后或熱處理后會(huì)產(chǎn)生由飛邊缺口部位起裂，并向脆性材料一側(cè)近縫區(qū)內(nèi)部擴(kuò)展的環(huán)狀裂紋，這類裂紋的產(chǎn)生與焊接接
頭內(nèi)部的殘余應(yīng)力分布及焊接過程中脆性材料的損傷有關(guān)。
飛邊裂紋是指飛邊上沿徑向或環(huán)向開裂的裂紋，其產(chǎn)生的原因主要是焊合區(qū)溫度不當(dāng)(過高或過低)，飛邊金屬塑性低，以及焊接變形速度(特別是頂鍛速度)過快。通過改變焊接轉(zhuǎn)速及頂鍛速度可有效地防止飛邊裂紋的產(chǎn)生。
3. 未焊合
未焊合一般產(chǎn)生于焊接接頭的焊合面上，其表面宏觀特征呈氧化顏色。在斷口上表現(xiàn)為摩擦變形特征及其上分布的氧化物層，氧化物主要是焊接過程中在高溫形成的
FeO。另外，結(jié)合表面上的氧化物、油污、雜質(zhì)及凹坑等也會(huì)在焊合面上造成“未焊合”缺陷。它的產(chǎn)生與摩擦加熱不足、頂鍛力過小及原始表面狀態(tài)等因素有關(guān)。
另外，摩擦焊接頭中還會(huì)出現(xiàn)焊縫脫碳、過熱組織、淬火組織等缺陷。
二、摩擦焊接頭的無損檢測(cè)
摩擦焊接頭中出現(xiàn)非理想結(jié)合的缺陷時(shí)，會(huì)使接頭的抗斷能力下降至幾分之一甚至幾十分之一。如當(dāng)“灰斑，，面積為20%～40%時(shí)，焊合區(qū)沖擊功可下降70%～80% ，疲勞壽命下降25%～50%。因此，對(duì)摩擦焊接頭進(jìn)行無損檢測(cè)，對(duì)于保證焊件的性能與安全是非常重要的。
由于摩擦焊焊接缺陷具有二維、彌散和近表面分布的特征，故應(yīng)采用高聚焦性能和高分辨力的無損檢測(cè)技術(shù)。目前摩擦焊接頭的無損檢測(cè)主要以超聲波和滲透檢測(cè)技術(shù)為主，再輔以視覺檢查。下表給出了檢驗(yàn)?zāi)Σ梁附宇^常用的方法及適用的范圍。

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