摩擦焊接頭的缺陷及如何檢測

發表時間：2018-11-22 08:14

一、摩擦焊接頭中的缺陷
摩擦焊是固相連接，接頭中不會出現與熔化、凝固有關的缺陷，但當材料焊接性差、焊接參數不當或表面清理不好時，在摩擦焊連接界面上也會出現一些“非理想結合”的缺陷，如“灰斑”、裂紋、未焊合、夾雜、金屬問化合物、錯疊等，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形式，它在斷口上一般表現為暗灰色平斑狀，無金屬光澤，一般為近似圓形、橢圓形或長條形，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展，最終聚合成密集細小的淺韌窩，在宏觀上表現為脆性斷裂。
根據掃描電鏡分析和X射線能譜分析,“灰斑”缺陷系由以Si、Mn為主的低塑性物質組成。一般認為其形成機理為:由于焊接部位母材內部存在的一些夾雜物,在摩擦加熱、頂鍛加壓時被碎化而進人焊接面,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在焊合區邊緣飛邊缺口部位、焊合區內部、近縫區及飛邊上。飛邊缺口裂紋沿焊合區向內擴展，其產生與材料的淬硬性及焊接參數有關。
有限元分析表明，當焊合區兩側塑性區較寬、頂鍛力過大時，會在焊合區周邊部位產生較大的拉應力，這是形成飛邊缺口裂紋的主要原因。
異種材料焊接時可能在焊合區內部產生裂紋。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，在焊后或熱處理后會產生由飛邊缺口部位起裂，并向脆性材料一側近縫區內部擴展的環狀裂紋，這類裂紋的產生與焊接接
頭內部的殘余應力分布及焊接過程中脆性材料的損傷有關。
飛邊裂紋是指飛邊上沿徑向或環向開裂的裂紋，其產生的原因主要是焊合區溫度不當(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。通過改變焊接轉速及頂鍛速度可有效地防止飛邊裂紋的產生。
3. 未焊合
未焊合一般產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，結合表面上的氧化物、油污、雜質及凹坑等也會在焊合面上造成“未焊合”缺陷。它的產生與摩擦加熱不足、頂鍛力過小及原始表面狀態等因素有關。
另外，摩擦焊接頭中還會出現焊縫脫碳、過熱組織、淬火組織等缺陷。
二、摩擦焊接頭的無損檢測
摩擦焊接頭中出現非理想結合的缺陷時，會使接頭的抗斷能力下降至幾分之一甚至幾十分之一。如當“灰斑，，面積為20%～40%時，焊合區沖擊功可下降70%～80% ，疲勞壽命下降25%～50%。因此，對摩擦焊接頭進行無損檢測，對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，故應采用高聚焦性能和高分辨力的無損檢測技術。目前摩擦焊接頭的無損檢測主要以超聲波和滲透檢測技術為主，再輔以視覺檢查。下表給出了檢驗摩擦焊接頭常用的方法及適用的范圍。

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