焊接结构的失效分析41页PPT

失效分析的对象可以是一个完整的电子产品设备，一块 单板也可以是一个元器件，但制定分析程序的基本原则 是一致的。如下：
先方案后操作 先安检后通电 先弱点后强点 先静态后动态 先外部后内部 先宏观后微观
先外设后主机 先电源后负载 先一般后特殊 先公用后专用 先简单后复杂 先主要后次要 先断电后换件 先无损后破坏 最后一定要对每一项工作做好认真的笔记，以提高失效分
• 失效分析
失效分析(Failure Analysis)的定义
失效分析是通过对失效的元器件进行必要的电、物 理、化学检测，并结合元器件失效前后的具体情况 进行 技术分析，以确定元器件的失效模式、失效机 理和造成 失效的原因。 失效分析既要从本质上研究元器件自身的 不可靠性 因素，又要分析研究其工作条件、环境应力和 时间 等因素对器件发生失效所产生的影响。 失效分析在 可靠性设计、材料选择、工艺制造和使 用维护等方面都 为有关人员提供各种科学依据。
提出预防措施及设计改进方法 根据机理分析，提出消除产生失效的办法和建议 反馈到设计、工艺、使用单位等各个方面，以便控制 乃
至完全消除主要失效模式的出现
发挥团队力量，提出防止产生失效的设想和建议 包括材料、工艺、电路设计、结构设计、筛选方法和 条
件、使用方法和条件、质量控制和管等方面
失效模式就是元器件失效的表现形式 半导体器件：开 路、短路、无功能、特性退化(劣化) 一般通过观察或 电性能测试就能发现
确定失效机理，需要选用分析、试验和观测设备对失效 样品 进行仔细分析，验证失效原因的判断是否属实。
有时需要用合格的同种元器件进行类似的破坏性试验， 观察 是否产生相似的失效现象，通过反复验证。
以失效机理的理论为指导，对失效模式、失效原因进行 理论 推理，并结合材料性质、有关设计和工艺的理论及 经验，提 出在可能的失效条件下导致该失效模式产生的 内在原因或具 体物理化学过

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Fibre Metal Fillet Gage
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Palmgrin Guage
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错边
• 定义：由于两个焊件没有对正 而造成板的中心线平行偏差
• 成因: 粗心 .不同厚度的母材焊接 厚度过渡
• 预防: 改善工艺. 改变厚度过渡的过度角度。
• 修补: 打磨. 在错边不严重时可采用打磨的方法来处理 （板材）.管材内部错边较难处理.
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咬边
• 定义: 由于焊接参数选择或操 作不当，沿焊趾的母材部位产 生的沟槽或凹陷
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渗透检测
• 渗透检测：利用带有荧光染料或红色染 料渗透剂的渗透作用，显示缺陷痕迹的 无损检验方法。
• 用途：用于各种金属材料和非金属材料 构件表面开口缺陷的检验。
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Inspection Tools
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Measuring Weld Sizes
Fillet Weld Size - For equal leg fillet welds, the leg lengths of the largest isosceles right triangle that can be inscribed within the fillet weld cross section. For unequal leg fillet welds, the leg lengths of the largest right triangle that can be inscribed within the fillet weld cross section

隙不均匀。2.焊接电流过大或过小，焊接规范选用不当。 3.运条速度不均匀，焊条（或焊把）角度不当。二、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。按产生的原因可分为冷裂纹、热裂纹 和再热裂纹等。（冷裂纹）指在200℃
以下产生的裂纹，它与氢有密切的关系，其产生的主要 原因是：1.对大厚工件选用预热温度和焊后缓冷措施不合 主要原因是：1.消除应力退火的热处理条件不当。 2.合金成分的影响。如铬钼钒硼等元素具有增大再热裂纹 的倾向。3.焊材、焊接规范选
择不当。4.结构设计不合理造成大的应力集中。三、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：1.焊条、焊剂烘干不够。2.焊接工艺不够稳定，电 弧电压偏高，电弧过长，焊速过快和电流过校3.填充金属 和母材表面油、锈等未清除干
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：1.坡口设计不良，角度孝钝边 大、间隙校2.焊条、焊丝角度不正
确。3.电流过小，电压过低，焊速过快，电弧过长，有磁 偏吹等。4.焊件上有厚锈未清除干净。5.埋弧焊时的焊偏。
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超声波塑料焊接机 chaoshengbohanjieji ty72htvv
净。4.未采用后退法熔化引弧点。5.预热温度过低。6.未 将引弧和熄弧的位置错开。7.焊接区保护不良，熔池面积 过大。8.交流电源易出现
气孔，直流反接的气孔倾向最校四、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， 它改变了焊缝的截面积，对动载不利。
其产生的原因是：1.电弧过长，底层施焊电流过大。2.立 焊时电流过大，运条摆动不当。3.焊缝装配间隙过大。五、 弧坑焊缝在收尾处有明显的

VS
详细描述
外观检测是一种直观的检测方法，主要检 查焊缝表面是否存在裂纹、气孔、夹渣等 明显缺陷。
无损检测
总结词
详细描述
破坏性检测
总结词
详细描述
CATALOGUE
焊接缺陷的处理方法
气孔的处理方法
总结词 详细描述
夹渣的处理方法
总结词
详细描述
未熔合的处理方法
要点一
总结词
要点二
详细描述
未熔合是由于焊接过程中熔池未能完全熔合在一起而形成的。
焊接缺陷产生的原因
01
02
材料因素
工艺因素
03 环境因素
焊接缺陷对产品质量的影响
01
强度下降
焊接缺陷会导致焊接接头的强度 下降，影响产品的承载能力和使 用寿命。
泄露风险
02
03
外观质量差
焊接缺陷可能会导致产品在使用 过程中出现泄露，影响产品的安 全性能。
焊接缺陷会影响产品的外观质量， 使ALOGUE
常见的焊接缺陷
气孔
总结词
详细描述
夹渣
总结词
夹渣是指焊接过程中，熔渣未能及时浮出熔融金属，残留在焊缝中的夹渣现象。
详细描述
夹渣的产生与焊接前清理不彻底、焊接速度过快、焊接电流过小等因素有关。夹 渣会导致焊缝强度下降和脆性增加。
未熔合
总结词 详细描述
未焊透
总结词 详细描述
裂纹
总结词
裂纹是指在焊接过程中，由于热应力和材料本身的性质等因素，在焊缝中产生的裂纹现象。
详细描述
裂纹的产生与焊接工艺参数选择不当、母材杂质含量过高、焊缝结构设计不合理等因素有关。裂纹会导致焊缝强 度和致密性严重下降。

焊接结构的疲劳强度
疲劳强度定义
焊接结构在交变载荷作用下所能承受的最大 应力。
影响因素
交变载荷的频率、幅值、波形以及材料的抗 疲劳性能等。
评估方法
通过疲劳试验和疲劳寿命预测模型进行评估 。
实践应用
提高焊接结构的疲劳强度，延长其使用寿命 ，降低因疲劳断裂而引发的安全事故。
焊接结构的稳定性分析
稳定性定义
[ 感谢观看 ]
通过焊接结构力学的研究，可以优化 焊接工艺、提高焊接结构的性能和寿 命，从而降低生产成本和维护成本。
焊接结构力学的发展历程
20世纪初，焊接技术开始广泛应用于工 业生产，但当时的焊接结构力学研究尚 处于起步阶段。
20世纪中叶，随着材料科学和力学的不断发 展，焊接结构力学逐渐形成独立的学科领域 。
进入21世纪，随着计算机技术和数 值模拟方法的快速发展，焊接结构 力学的研究更加深入和广泛，为实 际工程应用提供了更加可靠的依据 。
CHAPTER 04
焊接结构的强度与稳定性
焊接结构的静载强度
静载强度定义
在静力载荷作用下，焊接结构所能承 受的最大应力。
影响因素
材料种类、焊接工艺、结构形式等。
评估方法
通过实验测试和有限元分析进行评估 。
实践应用
确保焊接结构在静载条件下具有足够 的强度和稳定性，防止结构发生脆性 断裂或塑性变形。
影响因素
焊接结构在受到外力作用时保持其原有平 衡状态的能力。
结构的几何形状、载荷类型和大小、材料 的弹性模量和泊松比等。
评估方法
通过稳定性分析和失稳实验进行评估。
实践应用
确保焊接结构在受到外力作用时具有足够 的稳定性，防止结构发生屈曲或失稳现象 ，造成结构破坏或倒塌。

弧缩短，并增加电弧停留时间，使熔化金属和熔渣得到充 3、焊接时，焊条的角度和运条方法不恰当，熔渣和铁水辨认不
分加热。 清，把熔化金属和熔渣混合在一起。 3、根据熔化情况，随时调整焊条角度和运条方法，使夹渣 熔渣能 4、焊缝冷却速度过快，熔渣来不及上浮。 上浮到铁水表面，应防止熔渣混杂在熔化金属中或流到熔 5、母材金属和焊接材料的化学成分不当；如熔池内含氧、氮成 池的前面而造成夹渣。 分较多时，形成夹杂物的机会也就增多。 4、正确选择母材和焊条金属的化学成分。
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金属熔焊焊缝缺陷按GB/T6417规定，可分为6大 类： 1.裂纹 2.孔穴（气孔、缩孔） 3.固体夹渣 4.未熔合和未焊透 5.形状缺陷（咬边、下塌、焊瘤） 6.其它缺陷
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裂纹
在焊接应力及其它致脆因素共同作用下，材料的 原子结合遭到破坏，形成新界面而产生的缝隙称为裂 纹。
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未熔合的危害
未熔合是一种面积型缺陷,坡口未熔合和根部未熔合 对承载截面积的减小都非常明显,应力集中也比较严重, 其危害性仅次于裂纹，是危险性较大的缺欠。
防止未熔合的措施
采用较大的焊接工艺参数（焊接规范）,正确地进 行施焊操作,注意坡口部位的清洁和层间清理。
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未焊透缺陷的产生及防止
夹渣的危害
点状夹渣的危害与气孔相似,带有尖角的夹渣会产生尖 端应力集中,尖端还会发展为裂纹源头,危害较大。
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未熔合
焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未完全熔化结合的部分 称为未熔合。常出现在坡口的侧壁、多层焊的层间及焊缝的 根部。这种缺陷有时间隙很大，与熔渣难以区别，有时虽然 结合紧密但未熔合，往往从未熔合区末端产生微裂纹。

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c.焊接接头的应力状态：高强度钢焊接时产生延 迟裂纹的倾向不仅取决于钢的淬硬倾向和氢的作 用，还决定于焊接接头的应力状态。焊接时主要 存在的应力有：不均匀加热及冷却过程中所产生 的热应力、金属相变时产生的组织应力、结构自 身拘束条件等。
d.焊接工艺的影响：线能量过大会引起近缝区晶 粒粗大，降低接头的抗裂性能；线能量过小，还 会使热影响区淬硬，也不利于氢的逸出而增大冷 裂倾向。焊前预热和焊后热处理的温度不合适， 多层焊的焊层熔深不合适等。
产生原因：a.焊条或焊剂受潮，或者未按要 求烘干。焊条药皮开裂、脱落、变质。
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b.基本金属和焊条钢芯的含碳量过高。焊 条药皮的脱氧能力差。
c.焊件表面及坡口有水、油、锈等污物存在， 这些污物在电弧高温作用下，分解出来的 一氧化碳、氢和水蒸气等，进入熔池后往 往形成一氧化碳气孔和氢气孔。
c.焊接时，焊接电流太小，熔化金属和熔渣所得 到的热量不足，流动性差，再加上这时熔化金属 凝固速度快，使得熔渣来不及浮出。
d.焊接时，焊条角度和运条方法不恰当，熔渣和 铁水分辨不清，把熔渣和熔化金属混杂在一起。 焊缝熔宽忽宽忽窄，熔宽与熔深之比过小，咬边 过深及焊层形状不良等都夹渣。
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(4)再热裂纹：对于某些含有沉淀强化元素 (如Cr、Mo、V、Nb等)的高强度钢和高温 合金(包括低合金高强钢、珠光体耐热钢、 沉淀强化的高温合金及某些奥氏体不锈钢 等)焊接后并无裂纹发生，但在热处理过程 中析出沉淀硬化相导致热影响区粗晶区或
焊缝区产生的裂纹。有些焊接结构即使焊
后消除应力热处理过程中不产生裂纹，而 在500～600℃的温度下长期运行中也会产 生裂纹。这些裂纹统称为再热裂纹。

➢ 定义 焊接时，熔池中的气体在金属凝固时未能逸出而形成的空穴。
气孔分类 焊缝气孔有三种：氢气孔、一氧化碳气孔、氮气孔。
氢气孔： 高温时，氢在液体中的溶解度很大，大量的氢溶入焊缝熔池中，而焊缝熔池 在热源离开后快速冷却，氢的溶解度急速下降，析出氢气，产生氢气孔。
一氧化碳气孔：当熔池氧化严重时，熔池存在较多的FeO，在熔池温度下降时，将 发生如下反应：
➢ 层状撕裂的原因
轧制钢板中存在硫化物、氧化物和硅酸盐等 低熔点非金属夹杂物。 垂直于厚度方向的焊接应力作用。 ➢ 防止措施
严格控制钢材的含硫量。 预热和使用低氢焊条,采用强度级别较低的焊 接材料。
在与焊缝相连接的钢板表面堆焊几层低 强度焊缝金属作为过渡层，以避免夹杂 物处于高温区。
第三十七页
1.2.2焊接气孔
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未焊透
1.2.4未焊透
未焊透 未焊透指母材金属未熔化，焊缝金属没有 进入接头根部的现象。未焊透的危害之一是减少焊 缝的有效截面积，使接头强度下降。其次，未焊透 引起的应力集中所造成的危害，比强度下降的危害 大得多。未焊透严重降低金属的疲劳强度。未焊透 可能成为裂纹源，是造成焊逢破坏的重要原因。
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三、焊接裂纹的分类
按温度范围和机理进行的焊接裂纹的分类
氢致裂纹
冷裂纹
淬火裂纹
层状撕裂
结晶裂纹
焊接裂纹
热裂纹
液化裂纹
高温失效裂纹
再热裂纹
第二十六页
1、热裂纹（又称结晶裂纹）
➢ 热裂纹的定义 焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的裂纹。热裂
纹主要发生在晶界处。 ➢ 热裂纹的特征
FeO+C = Fe+CO↑

失效、疲劳断裂失效和应力腐蚀断裂失效三种类 型。 1. 脆性断裂失效 脆性断裂---通常称为低应力脆断。一般都在应力 低于结构的设计应力和没有显著的塑性变形的情 况下发生的。
.
2
焊接结构断裂失效的分类及危害
疲劳断裂失效 金属材料及其结构因受交变载荷而
发生损坏或断裂的现象，称为 疲劳断裂。 疲劳断裂过程一般由三个阶段组成： ① 初始疲劳裂纹在应力集中区孕育、 萌生； ② 裂纹亚临界扩展或稳定扩展； ③ 失稳扩展，以至与断裂。
.
3
焊接结构断裂失效的分类及危害
应力腐蚀断裂失效 腐蚀是材料与周围介质作
用产生的物理化学过程。 而应力腐蚀是指敏感金 属或合金在一定的拉应 力和一定腐蚀介质环境 共同作用下所产生的腐 蚀断裂过程。
.
ห้องสมุดไป่ตู้
4
2.焊接结构脆性断裂的防治
1. 焊接结构脆性断裂的原因
• ① 由大量破坏、失效事故的分析研究中发 现，焊接结构低应力脆断破坏的根本原因 在于结构中存在着各种缺陷和裂纹。
• ② 焊接热循环过程中产生的塑性应变会引 起热应变脆化。
.
6
焊接结构脆性断裂的防治方法
1 降低结构局部区域的应力水平 ① 设计过程中的控制措施 ②制造工艺中的控制措施 ③消除焊接残余应力
.
7
焊接结构脆性断裂的防治方法
2 减少结构缺陷 ① 合理设计 ② 优化制造工艺
.
8
焊接结构脆性断裂的防治方法
应变这三者的共同作用下发生的低应力破 坏。由于焊接结构易于存在焊接缺陷和较 严重的应力集中，所以焊接结构的疲劳往 往是从焊接接头处产生。
.
10
焊接结构疲劳断裂的原因和影响因素
1.应力的影响

s
对于无限宽板，有
K IC s acr
若通过实验已知材料的KIC值，可得
1 K IC acr 2 a s
2
弹塑性力学
（2）
c
判据
KIC判据是在线弹性条件下成立的，属于线弹性断裂力学 的范畴。当有屈服现象时，必须对KIC进行修正。而当大 屈服或全面屈服时，KIC将失效。这时，属于塑性断裂力 学范畴，而引进该判据（即临界裂纹张开位移COD）。 COD理论是利用裂纹尖端在外力作用下张开位移的大小 作为力学量和材料韧性来处理问题。用位移量来解决弹 塑性问题较应力梁的优势在位移在塑性变形时比应力敏 感。塑性变形时，材料的变形大而应力的变化小，变形 随材料的δ 增大而增大。
只有当外力超过临界值时，或裂纹长 度达到临界尺寸时，裂纹才能自动迅 速扩展，其速度接近声速；当裂纹扩 展后a值变大，临界应力下降，断裂 可加速发展。


( 2 ）应力强度方法由于格里菲斯能量理 论适用范围的限制，欧文（ Irwin ）提出 了应力强度方法，对线弹性断裂力学做出 了重要推进。 首先，他根据线弹性理论指出，在裂纹尖 端附近的应力应该取下列形式坏，这显然 与实际情况不符，这意味着，不能再用应 力大小来判断裂纹是否扩展，破坏是否发 生；第二应力与参量K成正比，K是裂纹 尖端弹性应力场强弱的参量，被称为裂纹 尖端应力场强度因子，简称为应力强度因 子。应力强度因子的通式可表示为

a f 式中， w
是无量纲参数，它取决于试 样的几何因素、裂纹形状和加载方式，称 为几何形状因子。具有中心穿透裂纹的宽 平板的应力强度因子表达式为
应力强度法
（1）KIC判据（与材料性质有关的常数） K Ic临界应力强度或临界能量G Ic 都可以称为材料的断 裂韧度。由于通过弹应力分析就能确定不同儿何形状的 K 因子值，这就使得应力强度方法在解决断裂问题上非 常得对于某种材料来说，KIC参量是个与裂纹几何特征类 型、构件形状、载荷类型、裂纹长度等因素无关的参数。 实践证明：在一定温度下， 只要材料厚度超过一定值， KIC就是材料常数。

飞溅
熔化的金属飞向熔池之外，粘结在母材或焊道表面上形成的单个的或成簇 的金属颗粒。
▪产生原因主要有： ▪1.焊接工艺参数选择不当，即焊接 电流与电压不匹配 ▪2.焊枪倾角过大
▪防止措施主要有： ▪1.正确地选用焊接工艺参数； 焊接电压经验公式： ( 0.05*I + 14 ± 2) V (I≤300A) ▪2.焊丝伸出长度不超过25mm，以 刚好可以看清熔池为宜； ▪3.焊枪的倾角保持在10º~25º（前倾 角大于25º时，将增加熔宽、减小熔 深，并增加飞溅。）
余高过大
定义：焊缝余高是指焊缝表面两焊趾连线上的那部分金属高度。
余高较大，焊缝表面凸起，过渡不圆滑，易造成应力集中，对焊接结 构承载动载不利，因此要限制余高尺寸。
§产生原因主要有： §1.焊接参数不正确：电流太大，电压太小 §2.焊接速度太慢。
§防止措施主要有： §正确选用焊接参数，选择合适的焊接速度。 §标准要求： §h≤1+0.1b(焊缝宽度)，最大不超过3mm
常见焊接缺陷分析介绍
裂纹
§危害：裂纹是所有焊接缺陷里危害最严重的一种，它的存在是导致焊接结构 失效的最直接因素，特别是在高危行业（如压力容器），它的存在可能导致一 场灾难的事故发生。这是因为裂纹最大的一个特征就是具有扩展性，在一定工 作条件下会不断的“生长”，直至断裂。 §裂纹的种类：按裂纹形成条件，主要分为热裂纹、再热裂纹、冷裂纹、层状 撕裂。 §热裂纹多产生于接近固相线的高温下，有沿晶界（见界面）分布的特征；但 有时也能在低于固相线的温度下，沿“多边形化边界”形成。 §存在部位：焊缝为主，热影响区 §按其形成过程的特点，又可分为结晶裂纹、高温液化裂纹、多边化裂纹。
常见焊接缺陷分析介绍
§防止措施主要有：