摩擦焊接头的缺陷及如何检测

发表时间：2018-11-22 08:14

一、摩擦焊接头中的缺陷
摩擦焊是固相连接，接头中不会出现与熔化、凝固有关的缺陷，但当材料焊接性差、焊接参数不当或表面清理不好时，在摩擦焊连接界面上也会出现一些“非理想结合”的缺陷，如“灰斑”、裂纹、未焊合、夹杂、金属问化合物、错叠等，这些缺陷一般具有二维、平面、弥散分布的特征。
1.“灰斑”缺陷
“灰斑”是一种焊接缺陷在断口上的表现形式，它在断口上一般表现为暗灰色平斑状，无金属光泽，一般为近似圆形、椭圆形或长条形，与周围金属有明显的分界，无显著塑性变形，具有明显的沿焊缝断裂的特征。微观上看，“灰斑”是由焊合区破碎或未破碎的夹杂物与基体金属的界面为空穴形成核心，在外力作用下不断扩展，最终聚合成密集细小的浅韧窝，在宏观上表现为脆性断裂。
根据扫描电镜分析和X射线能谱分析,“灰斑”缺陷系由以Si、Mn为主的低塑性物质组成。一般认为其形成机理为:由于焊接部位母材内部存在的一些夹杂物,在摩擦加热、顶锻加压时被碎化而进人焊接面,但又未被完全挤出，从而形成“灰斑”。
2. 焊接裂纹
摩擦焊接头上的裂纹主要出现在焊合区边缘飞边缺口部位、焊合区内部、近缝区及飞边上。飞边缺口裂纹沿焊合区向内扩展，其产生与材料的淬硬性及焊接参数有关。
有限元分析表明，当焊合区两侧塑性区较宽、顶锻力过大时，会在焊合区周边部位产生较大的拉应力，这是形成飞边缺口裂纹的主要原因。
异种材料焊接时可能在焊合区内部产生裂纹。脆性材料(陶瓷)或易淬硬材料(高速钢)与其它异种材料焊接时，在焊后或热处理后会产生由飞边缺口部位起裂，并向脆性材料一侧近缝区内部扩展的环状裂纹，这类裂纹的产生与焊接接
头内部的残余应力分布及焊接过程中脆性材料的损伤有关。
飞边裂纹是指飞边上沿径向或环向开裂的裂纹，其产生的原因主要是焊合区温度不当(过高或过低)，飞边金属塑性低，以及焊接变形速度(特别是顶锻速度)过快。通过改变焊接转速及顶锻速度可有效地防止飞边裂纹的产生。
3. 未焊合
未焊合一般产生于焊接接头的焊合面上，其表面宏观特征呈氧化颜色。在断口上表现为摩擦变形特征及其上分布的氧化物层，氧化物主要是焊接过程中在高温形成的
FeO。另外，结合表面上的氧化物、油污、杂质及凹坑等也会在焊合面上造成“未焊合”缺陷。它的产生与摩擦加热不足、顶锻力过小及原始表面状态等因素有关。
另外，摩擦焊接头中还会出现焊缝脱碳、过热组织、淬火组织等缺陷。
二、摩擦焊接头的无损检测
摩擦焊接头中出现非理想结合的缺陷时，会使接头的抗断能力下降至几分之一甚至几十分之一。如当“灰斑，，面积为20%～40%时，焊合区冲击功可下降70%～80% ，疲劳寿命下降25%～50%。因此，对摩擦焊接头进行无损检测，对于保证焊件的性能与安全是非常重要的。
由于摩擦焊焊接缺陷具有二维、弥散和近表面分布的特征，故应采用高聚焦性能和高分辨力的无损检测技术。目前摩擦焊接头的无损检测主要以超声波和渗透检测技术为主，再辅以视觉检查。下表给出了检验摩擦焊接头常用的方法及适用的范围。

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