材料缺陷范文

材料缺陷范文（精选9篇）

材料缺陷 第1篇

关键词：晶体缺陷,点缺陷,位错,面缺陷

0前言

材料科学基础是金属材料专业一门重要的专业基础课, 也是该专业学生接触到的第一门专业课, 它对构建金属材料专业知识体系和后续专业课的学习具有非常重要的作用。“晶体缺陷”在《材料科学基础》课程中占据非常重要的地位, 它与晶体结构紧密相连, 又是“材料的形变与再结晶”章节学习的基础, 起到承上启下的作用。该部分内容涉及到的为抽象的晶体内部微观内容, 学生理解起来非常困难, 是历届学生反映最难理解掌握的章节, 清楚讲解晶体缺陷内容对学生掌握材料科学基础课程具有非常重要的作用。

1 点缺陷讲解

点缺陷是指在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构的正常排列的一种缺陷[2]。包括空位、间隙原子和置换原子等。点缺陷的存在提高了材料的电阻, 加速原子扩散, 改变材料的力学性能, 还会形成其它的缺陷。点缺陷内容较易理解, 在讲解点缺陷时配合播放FLASH动画视频, 使学生能够理解几种点缺陷的形成、分类。点缺陷的存在会产生晶格畸变, 使体系能量升高, 称为晶格畸变能, 当有空位存在时其周围为拉应力场, 这时候可以给学生举排方队的例子, 假如所有学生都排好了队列, 突然有一个学生跑到了方队之外, 这就是肖脱基空位, 这时候缺位的同学周围就显得松散, 方队队形破坏;假如该同学挤到其他同学中间就是弗兰克尔空位。讲解置换原子时也可以举学生排方队的例子, 尺寸比溶剂原子大的置换原子产生的是压应力场, 就好像本来方队同学的身材都差不多, 这时候有一个大胖子替换了其中一名同学, 这时候他周围的同学的间距就会缩小, 产生一压应力场, 队列破坏, 反之, 如果是尺寸小的置换原子就像一名小朋友替换了其中的同学, 周围间距会变大, 产生拉应力场, 队列也会破坏。用这种举例子的方法来讲解点缺陷学生听起来津津有味, 而且通俗易懂, 有助于学生更好的掌握点缺陷的内容。

2 线缺陷讲解

线缺陷是指在三维空间的一个方向上的尺寸很大 (晶粒数量级) , 另外两个方向上的尺寸很小 (原子尺寸大小) 的晶体缺陷, 线缺陷主要是位错。位错是本章讲解的重点, 它与材料的许多行为息息相关, 对材料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起着决定性的作用, 对材料的扩散、相变过程有较大影响。位错部分内容较多, 讲解时一定要突出重点和难点, 引导学生掌握主要内容。

位错主要有刃型位错、螺型位错和混合型位错, 讲解位错类型时给学生播放corncob玉米的视频, 有助于学生理解各种位错。图1为刃型位错和螺型位错的直观玉米示意图。

由图1的玉米模型学生们很容易区分刃型位错和螺型位错, 刃型位错在滑移面上方多出一个半原子面, 螺型位错的位错线附近为螺旋形扭曲。引导学生利用柏氏矢量和位错线关系来判断位错类型, 如果柏氏矢量与位错线垂直为刃型位错, 柏氏矢量与位错线平行则为螺型位错, 柏氏矢量与位错线有0°~90°夹角则为混合型位错。让学生自己总结刃型位错和螺型位错位错线、位错线运动方向、切应力方向、柏氏矢量方向及晶体滑移方向之间的关系, 有助于学生掌握位错的运动。讲位错增殖机制之前先问学生“随着塑性变形的进行位错线移出晶体内部, 那么变形程度越大是不是晶体内部的位错线会越来越少呢?”, 授课中学生的回答不一, 部分同学认为随着塑性变形进行晶体内部的位错会越来越少, 最终消失, 其他同学持相反意见, 认为位错线不会减少。这时候教师会告诉大家, 随着塑性变形进行, 晶体内部的位错密度不会减小反而越来越大, 这时学生就会产生疑问, 让学生带着疑问来学习位错的增殖提升他们的学习兴趣。

实际晶体中的位错比较抽象, 学生反应理解较困难, 讲解中借助动画视频帮助学生理解什么是肖克莱 (Shockley) 不全位错、弗兰克 (Frank) 不全位错, 并引导学生从柏氏矢量、位错类型、位错线形状及位错的可能运动方式角度总结全位错、肖克莱不全位错、弗兰克不全位错的异同点。位错反应是位错一节需要重点掌握的知识, 历年都有部分学生在判断位错反应时出现错误, 应跟学生重点强调判断位错反应应该从几何条件和能量条件两个角度进行判断, 二者缺一不可。

位错一节是本章的重中之重, 要让学生尽可能的掌握重点内容, 为了提升学生的学习兴趣, 在授课过程中给学生布置了任务, 让学生就“晶体中位错多了好还是少了好”为题目举行辩论赛, 学生自己组队, 分出正方和反方, 利用课余时间查资料找论据从而支撑各自的论点, 其他不参赛的同学当评委, 评出最佳团队, 最佳辩手等, 获奖的选手和团队都有奖励。通过这种活动调动学生的学习积极性, 参赛的学生能够自主的进行学习, 带着疑问听讲会更加集中注意力, 学习效果较好。

3 面缺陷讲解

面缺陷是指在三维空间的两个方向上的尺寸很大 (晶粒数量级) , 另外一个方向上的尺寸很小 (原子尺寸大小) 的晶体缺陷, 包括外表面和内界面。面缺陷一节为了解性内容, 学生理解起来较容易。在讲解面缺陷时配合动画演示, 同时在授课过程中把教师科研过程中有关晶界、相界的扫描电镜图片及金相图片给学生展示, 培养学生的科研意识。面缺陷一节引导学生掌握晶界、相界、孪晶界等内容, 了解无论哪种面缺陷形成时均会导致体系的能量升高, 从而使体系处于不稳定状态, 同时可以告诉学生扩散时晶体的不同部位原子扩散速度会有所不同, 让学生带着疑问来开展关于原子扩散内容的学习。

本文针对“材料科学基础”课程中的教学难点《晶体缺陷》环节, 详细介绍了如何讲解点缺陷、线缺陷及面缺陷, 通过这种举例式讲解配合动画及视频教学, 提升了学生的学习兴趣, 增强了教学效果。

参考文献

[1]周细应, 李培耀, 童建华.《材料科学基础》教学改革的实践探讨[J].上海工程技术大学教育研究, 2005 (2) :1-3.

出生缺陷问题及对策分析座谈会材料 第2篇

发言材料

汉中市人口和计划生育局 2010年6月18日

全面提高人口素质，降低出生缺陷发生，是落实计划生育基本国策的重要目标之一，也是民族兴旺、国家强盛的基本前提。为了进一步降低出生缺陷发生率，实现出生缺陷预防关口前移，将人口资源更有力的转化为人力资源，我市坚持以人为本，以贯彻实施“优生促进工程”为契机，深入践行科学发展观，努力做到宣传发动到位，措施落实到位，组织领导到位，狠抓关口前移，构筑干预屏障，全市出生缺陷发生得到了有效控制，现将有关情况汇报如下：

一、出生缺陷发生情况

金属材料焊接中缺陷及防止措施分析 第3篇

关键词：金属材料；焊接缺陷；裂纹控制

随着经济的不断发展，工业依然处于重要的市场领域，金属被广泛应用在各行各业，成为日常生产生活中不可缺少的材料。随着金属材料的广泛使用，焊接技术也在不断进步，但是，金属焊接过程中难免会出现各种各样的缺陷，这些缺陷不仅对焊接结构带来灾难性后果，也有可能威胁人们的生命安全。所以为避免焊接出现缺陷，还需做好防范措施，要求焊接工作者严格遵守焊接的相关规定，选择科学合理的焊接程序，进一步开发新的焊接方法，从而提高焊接质量。

一、金属材料焊接中的夹渣缺陷以防治

从概念来看，夹渣是存在于焊缝的各种物质，它对金属整体强度具有严重影响。出现这种现象的原因主要是：浇筑前没有将浮渣清理干净，或者挡渣工作没有做好在浮渣的同时，也就随着金属液体进入内部；在浇注中，由于没有合理设计系统，对挡渣效果造成了很大影响，在渣子进入浇注系统后，很容易进入型腔，却不易排出。从焊件来看：由于焊接层清理不干净，在焊接速度过快、电流过小、操作不当的情况下，对焊接母材以及材料分配造成了很大的影响，最后对坡口设计也造成了不利影响。一旦夹渣产生，夹渣会随着裂纹沿展，减小强度，让焊缝存在开裂。对于这种情况，为了保障使用效益，必须保障金属液体的平稳流动，通过设置集渣包，减小硫含量，提高金属液体温度。对于浇包，除了要保障清洁度外，还应该使用茶壶进行浇包，或者利用冰晶石、稻草灰去除渣剂。

二、金属材料焊接中热裂纹缺陷及防治

在金属焊接中，热裂纹是金属在从液态转化成固态时，在中间区域出现的缝隙，同时也是很容易发现。出现这种现象的原因是：焊接熔池中的FeS 以及各种熔点较低的杂志凝结成强度较低的塑性，在凝结过程中，由于外在力影响，所以当金属处于凝结状态时，很容易在短时间内被拉开。另外，在金属材料中，一般都会包含硫成分，在硫的影响下，很容易出现这种现象。对于以上的情况，为了保障金属焊接成果，除了要严格依照施工步骤进行外，还必须结合实际情况，选用优秀的步骤以及方式、方法，减小焊接力；通过明确相关数值以及要素，在增强形状指标的同时，减小冷却速率。在这期间，最好的方法是活用焊接技术，从源头上避免中间位置出现缝隙，从而对焊接质量与后续使用造成不利影响。

三、金属材料焊接中未融合缺陷及防治

在金属焊接中，未焊透、未融合作为最普遍的问题，一旦出现，缝隙很容易出现骤然变化或者间断现象，这样不仅减小了工作强度，同时也很容易出现裂缝。未焊透是在金属焊接中，尾部或者结构没有焊透而出现的问题；没有融合，则是焊缝与焊件之间的部分区域没有融透的情况。从出现这种情况的原因来看：大部分存在于各个配件缝隙或者钝边过厚、角度偏小、焊条半径太大、速度大、电流小而电弧太长的情况；或者没有认真清理各个坡口周边的污物。在对该部分进行处理的过程中，由于该部分出现了熔渣，所以金属根本不能正常展开。另外，如果运条使用方式不对，让电弧处在坡口一边，也很难让边缘融合。对于上面出现的问题，除了要正确选用坡口以及规格，还必须在保障焊流速率的情况下，将周边污物清理掉。同时，对于底面也要彻底清除，在摆动适度的情况下，才可能做好融合以及周边融合。

四、金属材料焊接中的冷裂纹缺陷及防治

从概念来看，冷裂纹是金属焊接在冷却过程中或者冷却之后，金属材料、材料或者融汇焊接的区域出现的各种缝隙，它可能是当时出现，也可能是几个小时后或者几天后才出现。从冷裂纹出现的要素来看，热循环是影响焊接区域以及组织的重要因素，一旦焊缝存在较多的扩散氢，浓集现象就会产生。而对于接头部分，受整体因素影响，需要承担很多约束力。针对冷裂纹产生的原因以及特征，为了确保金属材料焊接成果，我们可以使用少量含有氢气的物质，从而减小成分。在这期间，为了避免过多水分对焊接质量的影响，必须根据实际情况做好物质保存以及活动运行；通过明确油迹状况，使用比较优秀的数值进行焊接，这样就能有效去除材料内部应力与组织回火，从而增强焊接部分的韧性与指标。另外，需要注意的是，必须使用恰当的步骤，从减小干扰出发，保障焊接使用安全。

五、金属材料焊接中的气孔缺陷及防治

在金属材料焊接中，气孔一般表现为氢气孔，具体有：表面、内部与街头气孔。出现这种现象的主要原因是：由于没有及时处理坡口污物，在焊芯存在锈迹或者掉落时，没有整合相关规定对其进行烘焙。另外，也可能是速率过快、电弧太长所致。为了确保金属使用效益，除了要保障焊流速率，还必须及时清除附近污物，在整合相关规定以及材料清理活动的同时，尽量避免变质材料的应用，通过做好运行管控，及时处理好焊丝，减小锈迹的不利影响。在对薄板进行焊接时，应该尽量减小线能量与焊接速度。

综上所述，在金属焊接中，为了确保金属焊接的有效性，除了不能在背水、带压情况下消除焊补，对于预热性材质，必须使用对应的预热措施。它要求在焊件热处理时，及时对缺陷进行修正，避免使用过大的电流进行焊接，而是运用不摆动、小电流、多道多层的方式进行焊接。在刚性较大的结构焊接时，除了第一与最后一层，还必须在热状态下做好锤击工作，并且每道收弧与起弧都必须分开。在手工焊补中，通常使用线能量控制的方式进行焊接，并且每个缺陷都不允许停顿，在焊补进行完毕后，让层间与预热温度在100 度以上。另外，也可以在整合探伤标准中，对缝隙进行深层分析，如果察觉高于数值，就必须再次处理，直到满足要求，当然焊补次数不能超出要求。因此，在实际工作中，必须结合实际情况，从源头上消除不良情况，控制不良运作。

参考文献：

[1]曲晓明.影响金属焊接性的因素及对应措施[J].科技创新导报，2015.

轴承套圈制造过程中的材料缺陷研究 第4篇

关键词：条带状过烧,网状碳化物,硫化物,混合物熔点

随着国家经济建设发展的需要, 大型轴承市场需求量日益的增长, 质量要求也越来越高。而轴承质量又受锻件的材质与加工工艺等诸多因素的影响。材料缺陷可以在轴承制造过程中的任何工序表现出来。由于其特殊性, 通常的做法是将带有材料缺陷的轴承报废, 这样又极大地降低生产效率。在国家标准GB/T18254《高碳铬轴承钢》中对多种缺陷进行了描述和规定, 但并不能包括所有性质的缺陷。利用直径350mm, 450mm或500mm的大圆材料加工的NNU41/600M、341/600CAK、232/600CA、232/530、23296CAW33、241/560CAW33、232/500CA、230/670CA多次出现同种性质的质量问题, 文章以232/600CA为例, 对有缺陷的轴承套圈取样做低倍检验、能谱分析和超声波探伤, 并对比分析缺陷的原因。

1套圈加工过程中各阶段缺陷的表现形式

大型套圈的锻造, 往往采用直径比较大的圆材进行加工, 比如直径350mm、450mm或500mm等锻材, 缺陷主要表现在磨加工到成品后, 终检阶段发现在套圈内径存在缺陷, 由于缺陷的特殊性, 往往误判为锻造过烧。个别时候, 在车加工过程中偶尔也有出现。这种缺陷在各个阶段的表现如图1-图5。

2缺陷特征

2.1缺陷断口处宏观特征

缺陷表露在零件的内径和端面, 从外形看, 极似锻造温度高形成的过烧现象, 为了更好的分析缺陷的形成原因, 我们取带有比较严重缺陷的套圈进行机械破碎, 在缺陷处断口形貌如图6-图8。

在宏观断口下, 套圈内径缺陷在断口上的表现1, 与锻造内径冲孔时的折叠非常相似, 但在套圈内径缺陷在断口上的表现2就可以明显看出, 这种缺陷与的内径冲孔时的折叠有明显区别, 缺陷处可见粗大晶粒, 呈沿晶开裂, 但缺陷周围基体无过烧痕迹, 严格区别于普通的锻造过烧特征, 说明缺陷的形成与锻造温度无关。

图8是从外观检验没有任何缺陷, 但经超声波探伤, 发现其内部存在一定尺寸的空洞, 经压力破碎, 以缺陷点为中心, 形成放射型扩展开裂。

2.2缺陷断口处微观特征

将图7试样沿套圈轴向方向切割, 进行磨制做微观金相组织检验, 微观形态如图9-图12所示。

在图9中可以观察到, 孔洞是沿碳化物带分布, 并呈沿晶开裂。图10是图9显微观察位置向下略微偏移的照片, 主要表现的是:孔洞周围的基体组织完全与其它位置的组织不同的情况。

图11、图12表现的更为突出, 孔洞在高碳区沿晶开裂。

2.3微区能谱分析

为更准确地确定缺陷类型, 我们对样品进行了微区分析, 主要是针对微区内化学成分, 由于在轴承套圈加工过程中, 缺陷没有暴露在空气中与空气接触, 所以微区内成分应该是材料本身带有的。

用能谱分析对图13中白色方框区域进行面扫描分析, 此部分为孔洞边沿位置。

面扫描能谱分析为:6.94%S, 16.47%Cr, 76.59%Fe (均为原子百分数) ;换算成重量百分数为:4.16%S;15.99%Cr;79.85%Fe。可见, 硫含量较高 (4.16%, 重量百分数) 。

用能谱分析对图13中白色方框区域进行面扫描分析, 此部分同样为孔洞边沿位置。

图15为在试样其他裂纹中颗粒的形貌, 对图5中的白色方框 (红色箭头所指) 进行能谱分析, 能谱分析结果见表1。

其中, 硫含量较高 (2.37%, 重量百分数) 。

3缺陷形成原因分析

从套圈加工过程中各阶段缺陷的表现形式来看, 缺陷具有一定的特征, 比如呈条带状、沿轴向分布等, 从断口形貌也可以得到证实。

图6的断口表现的缺陷类似于锻造夹皮造成的, 但微观检验结果确认不是锻造夹皮, 因为在缺陷周围未见锻造及后工序加热生产的脱贫碳现象, 这是非常有力的证明。

通过对上述所有试样的分析, 我们确认缺陷都具有相同的形貌特征, 低倍表现为黑点或是条带状过烧, 微观是开裂的孔洞, 周围有一定程度的较大的碳化物聚集, 组织晶粒粗大, 这些特征都和过热过烧缺陷吻合, 从表面现象看, 说明缺陷是过烧造成的, 但为何在比较低的加热温度下形成此类缺陷, 就值得进行探讨。

这种问题是产生在零件内部局部区域过热造成的锻造开裂, 没有和表面联通, 没有脱碳, 由于产生于碳化物处, 缺陷处可以看到碳化物的聚集。进行扫描电镜分析, 在缺陷部位附近有五害元素等低熔点物质的聚集。

钢锭结晶时存在枝晶偏析, 枝晶间是碳硫磷偏聚部位, 结晶后存在碳化物的聚集, 这个部位由于杂质元素的聚集, 又低于基体的熔点, 这是高碳钢共同特点, 有资料进行过具体的分析, 此类碳化物与硫、磷聚集在一起时, 其熔点为960℃。就是在正常的锻造温度下, 由于局部物质的熔点低于锻造温度, 过烧首先会出现在局部熔点较低处。这就是我们看到零件内部存在局部过热过烧缺陷的原因。由于钢材加工时的纵向金属流变, 枝晶偏析条带呈纵向分布, 局部的过热过烧也会有一定的方向性。

4实验验证

为了证实所有检验结果及分析, 我们通过多种方式来证实套圈加工过程中表露的缺陷是因为材料问题所致。

首先, 将没有进行任何处理的原材料棒材进行探伤, 在确认探伤合格的情况下, 分不同位置将棒材进行解剖, 切割成厚度25mm左右的试片, 经高、低倍检验合格后采用锻造炉内加热, 在1000~1100℃温度下, 保温30分钟后直接进行水淬火。然后用机械方法将试片破碎成多块, 分别检验断口型貌, 图17是比较典型的断口型貌之一。

图中白色箭头指示的位置, 明显看到孔洞的存在, 孔洞直径约5mm, 如果原材料中存在这样大小的孔洞, 探伤是可以发现的, 所以说孔洞是在后续的加热过程中形成的。图片中沿白色线条, 可以看到明显的粗大晶粒呈线状分布, 即, 材料中出现了呈线状分布的过烧带。此试样解剖分析, 孔洞周围特征与套圈上的空洞特征 (见图9-12) 完全吻合。

我们要注意的是, 材料经探伤、高、低倍检验, 没有发现问题, 在热处理阶段, 加热温度完全低于轴承套圈的锻造温度并且没有经过任何压力加工, 这就说明, 缺陷是材料本身具有的, 但高倍组织、低倍酸洗及探伤不能发现, 只在加热过程中形成。也就是材料本身存在低熔点物质并呈条带状分布, 在加热过程中溶化并伴随晶粒长大, 孔洞边沿的能谱分析说明低熔点物质的存在。

此材料按现行标准进行检验, 各项指标都是合格的, 但经过1000℃加热淬火, 还是会出现问题, 那就说明一个问题, 国家现行的GB/T18254标准, 只是规定了已知的、一般性质的缺陷及合格级别, 我们应该认识到一个问题, 那就是标准不能含盖所有的、未知的缺陷, 我们讨论的这种缺陷, 只是其中的一种。

为慎重起见, 我们用原来出现问题的原材料加工一定数量产品, 在产品的锻造过程中, 进行了跟踪并对加热温度进行了多次检测, 在加热过程中, 最高炉内温度1180℃, 保温时间也足够透烧, 即使如此, 产品在磨加工后依然存在原来的缺陷, 这也说明, 轴承套圈此类缺陷的产生, 与锻造无关。

5材料缺陷的解决方法及效果

由于此类材料缺陷, 在一段时间内出现在多家钢厂提供的材料上, 在认清缺陷产生的原因后, 先后与各钢厂进行沟通, 共同探讨解决方法, 制订解决措施。

(1) 适当提高锭材的扩散温度, 延长扩散时间, 解决微区化学成分的均匀性。

(2) 增加锻造大圆料钢锭重量, 达到增加锻造比的目的。

(3) 采用反复锻造方式进行锻造, 破坏材料内部条带状碳化物的分布形态。

各个钢厂根据特有的生产条件和实际状态, 采用以上或其中两条措施, 使问题明显得到改善, 后期提供的材料加工的轴承产品, 此类缺欠几乎不再出现。

6结束语

(1) 缺陷都具有相同的形貌特征, 低倍表现为黑点或是条带状过烧, 微观是开裂的孔洞, 周围有一定程度的较大的碳化物聚集, 组织晶粒粗大。

(2) 锻造过烧是产生在零件内部的局部区域的过热造成的开裂缺陷, 没有和表面联通, 没有脱碳, 从而碳化物聚集。

(3) 缺陷周围无氧化或脱碳现象, 说明缺陷在锻造、热处理过程中没有暴露在加热气氛中, 缺陷与锻造的折叠及夹皮无关。

(4) 无论是套圈端面空洞缺陷, 还是套圈内径类似于锻造过烧缺陷的空洞, 其形成原因是材料本身具有的内部缺陷所致。

(5) 材料内部带状分布的碳化物及随之分布的夹杂, 会造成局部熔点较低。

材料缺陷 第5篇

贾继红

【1】，许爱芬

【1】，路学成【2】，谢霞

【2】

摘要：碳纤维增强型复合材料由于其高温下仍保持高硬度、高强度，质量轻等性能被广泛应用于军事工业，但复杂的制造过程使得缺陷不可避免并影响使用。本文采用正交小波对碳纤维复合材料的探伤信号进行多尺度分析，通过对小波基、分解层数地选取以及对细节信息地处理和分析，总结出判定分层缺陷的损伤程度的方法，使得材料在失效前被提早发现。实验表明该方法有效。

关键词：碳纤维；复合材料；小波分析；无损检测

Tisting Study On Lamination Of Carbon fibrerein forced

composite material Jia Ji Hong[1],Xu Ai Fen[1],Lu Xue Cheng[2],Xie Xia[2]

Abstract: Carbon fibrerein Composite materials was widely used in war industry for keeping high-hardness、high-strength,and light weight etc,but the defect could not be helped after complicated manufacturing,and influenced use.Applied the orthogonal wavelet to explore carbon fibre reinforced composite material for the multiple-dimensioned analysis, put forward a method for estimating damaging degree by selecting basic wavelet、decomposing layer-number and detail signal processing.It’s advantage is that prevent the materal from invalidating,，and this method was proved effective.Key words: Carbon fibrerein ；Composite materials；Wavelet analys；nondestructive test

1.引言

近年来，碳纤维增强型复合材料在工业甚至国防建设中有了长足发展，特别是在飞机制造上，机体结构的复合材料化程度是衡量飞机先进性的一个重要指标。然而，碳纤维复合材料是复杂的各项异性多相体系，其质量存在离散性，成型过程与服役条件极其复杂，环境控制、制造工艺、运输以及操，作等都可能造成材料缺陷【2】使得结构失效。因此，结构材料的无损检测（NDT）无论是在制造上还是在实时应用上都显得尤为重要。

分层缺陷是碳纤维复合材料中最常见的缺陷形式，复合材料层合板在压缩载荷作用下将依次发生脱粘分层、分层扩展、再屈曲、最后压缩破坏。含分层损伤的复合材料层合板在面内压缩载荷作用下，其圆形分层缺陷上下端点的局部区域内材料受横向拉应力作用为主；分层缺陷大小对复合材料层合板的抗压强度和屈曲临界载荷影响显著；分层缺陷大小对复合材料层合板的压缩弹性模量影响不显著；对于4.40 mm厚复合材料层合板，当分层缺陷尺寸达到孔隙30 %就要考虑修补【3】。

超声检测是目前无损检测中应用最广泛的一种。在超声缺陷检测中，回波信号通常是一种被探头中心频率调制的宽带信号，该信号是属于时频有限的非平稳信号，因此选用具有时频局部放大能力的小波变换技术对信号进行处理和分析非常适宜。2.小波变换基本原理

2-1小波变换的特点

小波（wavelet）有两个特点：一是“小”，即在时域和频域都具有紧支集或近似紧支集；二是正负交替的“波动性”，也就是直流分量为零。小波分析是将信号分解成一系列小波函数的叠加，而这些小波函数都是由一个母小波函数经过平移与尺度伸缩得来的。相比傅里叶变换：用不规则的小波函数来逼近尖锐变化的信号显然要比光滑的正弦曲线好得多。由于所研究的信号为复合材料的超声检测信号，采样取得，故选用一维离散小波变换。

2-2离散小波变换

在实际应用中，为了方便使用计算机进行分析、处理，信号f(t)都要离散化为离散序列，伸缩因子a 和平移因子τ也必须离散化，成为离散小波变换，记为DWT。

离散小波变换定义为：

*WTf(a0j,k0)f(t)a(t)dt

j0,1,2,...,kZ j,k00为了减小小波变换系数冗余度，将小波基的α、τ离散化，而待分析信号f(t)和分析小波j,k(t)中的时间变量t并没有离散化。

002-2-1 小波基的选择

主要通过用小波分析方法处理信号的结果与理论结果的误差来判定小波基的好坏，由此决定小波基。虽然依据的标准不同，但总的来说，具有对称性的小波不产生相位畸变；具有好的正则性的小波易于获得光滑的重构曲线，从而可以减少误差。综上考虑，选用Daubechies(dbN)小波作为小波基。

Daubechies(dbN)小波： dbN 是简写，N 为小波的阶数。小波ψ(t)和尺度函数φ(t)中的支撑域为2N-1，ψ(t)的消失矩为N。除N＝1 外，dbN 不具有对称性（即非线性相位）。dbN 没有明确的表达式（除了N＝1 外），但转换函数h 的平方模是很明确的。Daubechies 小波具有以下特点：

ⅰ 在时域上是有限支撑的，即ψ(t)长度有限。而且其高阶原点矩tp(t)dt0，p=0~N；N值越大，ψ(t)的长度就越长。ⅱ 在频域上ψ(ω)在ω＝0 处由N 阶零点。

ⅲ ψ(t)和它的整数位移正交归一，即：(t)(tk)dtk。ⅳ 小波函数ψ(t)可以由所谓“尺度函数”φ(t)求出来。尺度函数φ(t)为低通函数，长度有限，支撑域在t=0~(2N-1)范围内。如图2.1 和2.2 所示，此为 Daubechies 小波(N=1、2、3、4、5、10)的ψ(t)及φ(t)的波形。

图2.1 db1-db10 的小波函数 Fig 2.1 Function of wavelet db1-10

图2.2 db1-10 的尺度函数

Fig 2.2Scale function of wavelet db1-10 2-2-2 小波分解层数的确定

根据小波分析理论，因为小波分解过程是迭代的，理论上它能无限进行下去。小波分解层数越多，信号的高低频部分就分解的越彻底；同时，分解层数越多，计算量也就越大，由于在小波分解过程中每次分解都会对所得到的系数进行“二次采样”，这样就使得系数的长度变为上一层系数长度的一半。本实验研究使用的信号长度为128，如果按定义进行分解，当分解了7 次以后，系数的长度值就会变为1，如果再分解下去就失去了实际意义。因此，分解层数要小于等于7。

借鉴熵的标准可以完成分解层数的选择。

⑴ 信息熵的定义：对于给定信号s ={s(k)},信息熵定义为：

E(s)p(k)logk

1p(k)

p(k)其中，s(k)2s2是信号的第k 个元素的规范化能量，此处将信号归

1plog()limxlogx0p的值定义为0； 一化处理。根据：x0，将p=0 时 ⑵ 信息熵的物理意义：反映了信源输出消息之前平均不确定性程度的大小，熵越大，信息的不确定性越大；

⑶ 信息熵表示信源输出每个符号所提供的平均信息量，它是一种信息的测度。分别对原始信号和低N（N＝1，2，3，4，5）级细节系数求信息熵，分解层数越多，得到的细节系数的熵越小，表明信息的确定性越大，若细节系数的熵与原始信号的熵之比小于5%，则认为此时细节系数已确定，分解层数已满足要求，不需要进一步分解。本实验选择db5 小波函数对信号进行分解，按信息熵的定义公式进行计算，当进行第五层小波分解时，第五层细节的系数信息熵与原始信号的信息熵之比恰好小于5%，故分解层数选择5。3.材料损伤程度的判定

将超声检测的原始信号进行去噪处理，去噪后的信号如图3.1 所示：

图3.1去噪后的原始信号

Fig 3.1 Original signal of obliterated noise 原始信号即使是去除了噪声也很难从中分辨带有损伤特征的重要部分，更不可能判断材料的损伤情况。因此，需要将原始信号（s）进行细节提取，即小波变换：选用db5 为小波基对原始信号进行5层分解，分解后的近似系数和细节系数如图3.2所示：

图3.2 损伤信号的5 层分解

Fig 5.8 Decompose of 5 layers of damaged signal 由图可知，5层分解能够清楚地显示信号所有细节特征，可从中提取显示缺陷特征的细节进行分析。以此方法分别对三个原始去噪信号（采自三个损伤程度不同而材料相同的复合板）进行5层小波分解，提取三个信号的第5层细节系数进行分析和比较，如图3.3～图3.5所示：

图3.3 损伤信号1的第5 层细节系数

Fig 3.3 Detal information of No.5 layer of damaged signal 1 5

图3.4 损伤信号2的第5 层细节系数

Fig 3.4 Detal information of No.5 layer of damaged signal 2

图3.5 损伤信号3的第5 层细节系数

Fig 3.5 Detal information of No.5 layer of damaged signal 3

先从三个复合板的细节信息中找出每个板的各次底面回波和缺陷处回波：相邻两个底面回波出现的时间间隔是相同的；由于回波能量越来越小，故底面回波幅值依次减小；缺陷处回波介于两次底面回波之间，幅值介于首次回波和残余噪声之间。缺陷信号在每个频率上的值都是对称分布，幅值分布比较均匀，且大部分都在一定区域之内，幅值大小描述了损伤程度。通过比较三个信号的细节系数可知：试件3 受损最严重，试件2 次之，试件1 最轻，但试件1 较其它两个板受损数量多。分析结果与实际损伤情况相同，证明该判定方法有效。4.结论与展望

论文通过分析小波理论和信息熵概念，结合分析信号的特点，对小波基和分解层数进行了选择；对三个材料、结构相同，损伤不同的复合板的原始去噪信号进行小波分解，通过分析、对比最高层细节系数，判定了三个复合板的损伤程度，并总结出判定方法。

参考文献

材料缺陷 第6篇

1 金属材料焊接中的缺陷

1.1 出现焊接裂纹

裂纹是金属焊接中最常见的现象, 是由结晶状态向固体状态转化的过程中所产生的。一般在焊接后立刻显现或是经过短时间就可见, 常常处于焊接母材与交界的熔合线上, 主要分为热裂纹和冷裂纹。

热裂纹是在结晶过程之中, 主要发生在偏析部位。热裂纹是由于熔池中留有一些凝结点较高高、熔点较低的杂质晶体, 这些晶体塑造性低且强度差, 所以在凝结中, 遇到约束应力就容易被拉开, 形成裂纹。冷裂纹常常发生在焊接过程之中或是焊接完成之后, 已经形成了构造, 在遇到较低的气温时就会产生裂缝, 有的在焊接完成之后就出现, 有的是在焊接完成的几分钟、几小时甚至几天时间才会出现, 对结构的安全使用破坏极大[1]。

1.2 出现未焊透、未熔合现象

未焊透指是对于木材来说的, 母材金属未能完全熔掉, 金属未能完全焊进焊接头根部, 这种现象叫做未焊透。产生未焊透的原因有:1) 焊接电流小, 熔深浅;2) 坡口的尺寸不符合标准, 间隙大小也不精确;3) 焊条的偏芯度不精准;4) 焊根出未能清洁干净。未焊透的危害有很多, 常常造成减少焊缝的有效面积, 使接头强度下降, 严重降低焊缝的疲劳强度[2]。

未熔合是指金属与金属之间未能密切良好的熔化并结合在一起的缺陷。产生未熔合的原因有:1) 焊接电流;2) 焊接角度偏移;3) 速度太快;4) 母材表面不干净有杂质导致金属之间未能良好结合等。未熔合使得对承载面积的减小, 应力集中比较严重[3]。

1.3 出现夹渣情况

夹渣是指焊缝中存留的熔渣。产生熔渣的原因有很多, 例如, 焊缝边缘存存在切割时留下的熔渣、是坡口角度较小、电流强度小、焊接速度过快、焊条选择错误或是焊条偏芯等等。

1.4 出现其他缺陷

1) 由于化学成分不达标或是焊接过程中元素烧损造成焊缝金属化学成分发生变化, 或是造成焊缝组织不符合要求。会造成焊缝的力学能力下降, 进一步影响接头的耐蚀性;

2) 焊接时常常出现氢气孔, 是由于坡口清洁不到位, 有余留的水分和油污或是焊接速度过快电弧过程等原因产生的;

3) 由于焊条角度不恰当或是电流过大等导致的焊缝边缘的凹坑, 有时候未能及时填满填充金属也能造成咬边。咬边降低了金属材料的使用面积, 同时减少了结构的承受抗压力, 还会造成反作用力集中, 形成裂缝。

2 金属材料焊接中的防治措施

金属材料焊接过程中容易出现各种缺陷, 由此导致金属材料质量难以保证, 因此, 针对金属材料焊接中的缺陷采取相应对策具有重要意义。

2.1 防止裂纹的措施

严格遵守焊接的相关规定, 选择科学合理的焊接程序, 做好对焊条的选择工作, 酸碱性要分辨清楚, 可将焊条放入保温箱中, 防止受潮, 随焊随取。还要对接口进行认真彻底的清洁, 确保没有水分、油污或是锈迹残留。在焊接过程中, 多采用小电流, 按多层、多焊道执行, 有效避免焊缝交界处产生裂纹。同时对焊缝形状系数适当提升, 减小焊接的应力。

2.2 防止未焊透、未熔合的措施

在焊接前, 正确选取坡口尺寸和角度, 对于焊条直径按照规范标准进行选择。还要恰当的选择电流的大小和焊接的速度。焊接中, 适当摆动运条, 并且在融合过程中, 集中注意力, 密切注意两侧情况变化。确保一切过程按照正确的焊接技术, 严格按照施工规范执行。

2.3 防止夹渣的措施

首先要注意焊条, 如果选择酸性焊条, 就要适当加大电流;如果用的是碱性焊条, 就要控制电弧的长度, 不能太长, 因为电弧过长容易出现夹渣。还要规范确定坡口角度以及使焊接速度保持在可控范围内, 不可过快。

2.4 加强焊工的技能

加强对焊工基本技能的培训, 包括在选取所用材料以及施工环境, 或是施工过程中所采取的姿势、控制等专业知识, 确保在无外力作用下, 焊接工作的有序进行, 也能进一步减少焊接过程的缺陷。同时加强焊工的自检自控, 对于不专业不合格的焊工进行培训, 严格把控焊工的素质和技能达标。

2.5 其他综合措施

还有很多其他的综合措施, 例如, 密切注意施工环境, 气温低于零度时, 对于材质采取必要的余热措施、现场建立合理的施工清洁区、定期对于装备进行检查和修补、正确处理钨丝灯的打磨角度以及焊接停留时间、严禁管内有风穿过, 将顶端进行堵塞, 同时要保障施工环境时常通风, 使空气湿度低于90%、以及保持氩气浓度不小于99.99%等措施。

3 结论

随着经济的不断发展, 工业依然处于重要的市场领域, 金属被广泛应用在各行各业, 成为日常生产生活中不可缺少的材料。随着金属材料的广泛使用, 焊接技术也在不断进步, 但是, 金属焊接过程中难免会出现各种各样的缺陷, 这些缺陷不仅对焊接结构带来灾难性后果, 也有可能威胁人们的生命安全。所以为避免焊接出现缺陷, 还需做好防范措施, 要求焊接工作者严格遵守焊接的相关规定, 选择科学合理的焊接程序, 进一步开发新的焊接方法, 从而提高焊接质量。

摘要：金属材料被广泛应用与各个行业, 成为人们生产生活离不开的必需品。由于受到多方面的影响, 金属材料在焊接过程中常常会出现各种各样的缺陷。这些缺陷严重影响到金属材料的使用价值和使用寿命以及, 甚至稍有不慎, 便会毁坏了金属的使用功能, 使其成为一种废品。本文主要分析了金属材料焊接中存在的缺陷, 并提出了相应的防止对策, 以期进一步提升金属材料焊接水平。

关键词：金属材料,焊接,缺陷,对策

参考文献

[1]衣福生, 李晶晶, 曲晓明.影响金属焊接性的因素及对应措施[J].科技创新导报, 2011, 15 (31) :9-10.

[2]胡福志.浅谈焊接中一些问题及其对策[J].科技资讯, 2011, 10 (12) :20-21.

材料缺陷 第7篇

1 金属材料焊接中的缺陷

1.1 出现焊接裂纹

在金属的焊接当中有一种比较常见的情形就是裂纹, 而裂纹主要是结晶状态的不同之间相互变化而产生出来的。裂纹的出现时间并不是很长, 有时马上就会显现出来或者停止片刻即可见, 而它的出现位置经常是在焊接母材与交界的熔合线上, 冷和热是裂纹的主要分类。

热裂纹是基本上发生在偏析位置的。它的形成原因主要是遗留在熔池当中熔点低凝结点高冰洁塑造性低强度差的杂质晶体, 由于这些杂质晶体的诸多缺陷而导致在收到束缚的时候就容易被拉开, 这就是热裂纹的形成过程[2]。与此相对的冷裂纹, 首先在时间上就热裂纹较迟, 在焊接期间或者之后发生, 而当低气温降临时就会有裂缝产生, 甚至有的冷裂纹出现时间更是比较滞后, 在几天之后才会出现, 这样的情况就极易影响结构安全的正常使用[3]。

1.2 出现未焊透、未熔合现象

当金属没有全部焊到接头的最深处也就是根部的时候, 导致木材金属不能完全被融化掉, 从而引起的就叫未焊透, 它的主要针对的对象就是木材。这种情况也就是未焊透的弊端非常之多, 频繁的使得焊缝的有效面积会逐渐变小, 随之也令接头强度不断变弱, 最后导致焊缝的疲劳强度不断下降[4]。与未焊透比较相似的另外一种情况就是未融合, 顾名思义就是金属之间没有完美的融合联合, 它所带来的缺陷就是减小了承载面积, 使得聚集应力很艰难[5]。

1.3 出现夹渣情况

在焊接的过程当中焊缝会有一些残渣遗留, 我们可以把它简而言之的称为熔渣[6]。有很多原因致使熔渣得以形成, 举个例子来说, 当电流强度不够或大或小、焊接的速度或快或慢、焊条选择的不合理、坡口角度不合适或者焊条偏芯等原因都会使得焊缝边沿遗留熔渣。

1.4 出现其他缺陷

(1) 焊缝组织有可能达不到要求, 或者因为没能达到标准的化学成分, 还有就是发生在焊接期间由元素烧损而导致的焊缝金属化学成分的不稳定等。这一切都会不断减弱焊缝的力学能力, 从而更加严重的使得接头的耐蚀性也遭受侵害;

(2) 咬边也是在焊接过程当中会发生的, 主要还是因大电流或不合适的焊条角度再封的焊缝边沿的凹坑没有很好地在第一时间填充金属而造成的[7]。这一种现象可能会使得金属材料的使用面积大大减小, 与此相伴也令结构的承受抗压力这一指标难以达到要求, 更严重的就是因反作用力大大聚集而导致裂缝。

2 金属材料焊接中的防治措施

种种弊端都是极易出现在金属材料焊接过程当中地, 这样就不得不担心金属材料的质量问题, 由此可见, 当我们在面对这些缺陷时, 及时合适的防治措施是非常必要的。

2.1 防止裂纹的措施

针对防止裂纹的措施主要有以下几点:一是要严格遵守与之相关的各项规则, 慎重斟酌自己要选的焊接程序, 严守焊条的标准, 认真辨别其酸碱性, 为了达到更好的效果可以将其放在稳定的保温室内, 当我们需要用的时候再把它拿出来;二是要小心谨慎地清理接口, 保证上面没有水分、油渍或者是其他遗留的痕迹;三是当我们在焊接期间, 注意选择较小电流, 然后选择多个焊道、多种层次来严格执行, 这样就很好地使得产生裂纹的机会大大减小, 而且还可以提高焊缝的形状洗漱, 使得焊接的应力也减小了[8]。

2.2 防止未焊透、未熔合的措施

当焊接还没有开始的时候, 我们要做好一些准备工作, 如合理选择坡口角度和尺寸, 正确选择焊条的直径。其次对于电流大小和焊接的速度也要细心选取[9]。而在焊接进行的过程的当中, 也要注意恰当的摇摆上面的链条, 聚精会神地观察两边的变化情况[10]。必须保证所有的流程都能遵守正确的技术并且遵循施工的规格来实施。

2.3 防止夹渣的措施

第一就是要特别重视焊条的选择, 酸性和碱性不同的焊条的要求也是不一样的。第二就是要有合适的坡口角度以及能够控制不能太快的焊接速度[11]。

2.4 加强焊工的技能

焊接对焊工也是有一定的技术要求的, 培训基本技能是很有必要的, 培训的内容主要有如何选择所要使用的材料和具体的施工环境, 而在焊接的过程当中应该保持怎样的姿势和控制也都是需要进一步学习的, 使得焊接工作在没有任何外力的影响之下顺利进行, 从而使得当中的弊端可以进一步减小。与此同时, 对于焊工的自控能力也要进一步提升, 要使得每一个焊工都能合格, 对其素质和技能严加把守。

2.5 其他综合措施

除此之外, 我们还要注意其他的综合措施, 比如, 对于施工的环境也要多加要求, 如果当时的气温比较低, 就要对所使用的材质进行一定的加热, 在施工地区也要建立一定的清洁区域, 但是要保证在工作期间通风, 对于空气湿度尽量要低于百分之九十、并且保证氩气的浓度要大于百分之九十九等一系列措施。

3 结束语

经济在迅速发展之时, 工业依然占据着自己坚不可摧的重要地位, 这无疑也带来了金属的广泛使用, 越来越对日常的生产生活有着重要的影响。金属的风靡也随之引发了焊接技术的日益加速发展, 然而通过这篇文章我们可以清楚地认识到金属焊接时存在种种的弊端, 它会直接对焊接结构不利, 更有甚者严重伤害人们的人身安全。因此不论以何为其出发点, 我们都要最大程度地克服种种不足, 制定并实施各种措施, 对焊接人员提出更高的要求, 不断研发更好的焊接方法, 使得焊接质量逐步攀升。

参考文献

[1]刘继常, 李力钧.激光复合焊接的探讨[J].焊接技术, 2002, 4 (31) :6-8.

[2]邸新杰, 李午申, 白世武.焊接裂纹的金属磁记忆定量化评价研究[J].材料工程, 2006, 7:56-60.

[3]衣福生, 李晶晶, 曲晓明.影响金属焊接性的因素及对应措施[J].科技创新导报, 2011, 15 (31) :9-10.

[4]胡福志.浅谈焊接中一些问题及其对策[J].科技资讯, 2011, 10 (12) :20-21.

[5]王欣.金属焊接施工的注意事项[J].宁夏机械, 2010, 20 (3) :45-46.

[6]郭世敬, 张家坤, 化三兵.液压缸焊接气孔及夹渣缺陷的防止与改进[J].金属加工 (热加工) , 2015, 8:43-44.

[7]吉玲, 左敦稳, 邓永芳, 等.外界因素对焊接咬边问题的影响规律[J].2015, 3 (36) :205-208.

[8]满达虎, 王丽芳.奥氏体不锈钢焊接热裂纹的成因及防止对策[J].热加工工艺, 2012, 11 (41) :181-183.

[9]李继忠, 孙占国, 高崇, 等.根部未焊透对搅拌摩擦焊接接头力学性能的影响[J].电焊机, 2014, 4 (44) :18-22.

[10]马建民, 李敬勇.焊接缺陷对铝合金焊接接头疲劳性能的影响[J].材料开发与应用, 2003, 6 (18) :31-34.

材料缺陷 第8篇

在各个行业的发展中都会应用到金属材料, 而在金属材料出现的问题中, 大多是由焊接缺陷导致的, 严重的影响到金属材料的使用功能和使用寿命。比如说焊缝未焊透、未熔合将会降低焊缝处的强度, 气孔、咬边以及焊瘤等缺陷都将影响焊缝的性能, 在使用中, 严重影响到金属的质量。在有些项目工程中, 由于工期要求比较紧, 焊接技术不达标, 监督管理不到位等等原因, 造成了焊缝的缺陷, 严重的影响到工程的质量。下文将对焊缝中常见的缺陷进行阐述, 并且制定出控制措施, 提高焊接质量。

1 焊接裂纹的产生

焊接裂纹分为热裂纹、冷裂纹, 是一种非常严重的缺陷, 结构的破坏多从裂纹处开始。

1.1 热裂纹的成因及预防措施

1.1.1 热裂纹的含义

热裂纹是指焊缝金属由液态结晶为固态的过程中所产生的裂纹, 多发生在焊缝中心, 焊后立即可见。

1.1.2 产生热裂纹的原因

主要是在焊接熔池中含有熔点较低的杂质, 比如说硫或者铜等杂质, 降低了焊缝的塑性和强度。焊接后在凝固的过程中, 由于受到凝固收缩的应力, 熔点低的结晶就会被拉开而开裂。

1.1.3 防止产生热裂纹的措施

严格按照施工程序执行, 采用合理的焊接方式;在焊接过程中, 控制焊接参数, 合理掌握焊接电流和工序;防止杂质进入熔池, 减慢冷却速度。

1.2 冷裂纹的成因及预防措施

1.2.1 冷裂纹的含义

冷裂纹是指在冷却过程或冷却以后, 焊缝金属在母材或母材与焊缝交界的熔合线上所产生的裂纹, 可能在焊后立即出现, 或在焊后几小时、几天甚至更长时间出现。

1.2.2 冷裂纹产生的主要原因

焊接热循环的热影响区生成了淬硬组织;因焊缝中存有过量扩散氢而具有了浓集的条件;接头承受有较大的拘束应力。

1.2.3 防止产生冷裂纹的措施

在选择焊条时, 尽量的选择低氢型;对于焊条的日常保存要规范, 防止受潮, 在焊接时, 将其放在保温箱中, 随焊随取;焊接前, 对坡口处的水分、油污以及锈迹等清除干净;严格按照施工规范执行, 掌握合理的工艺参数;采用合理的施焊程序和分段退焊法, 减少焊接应力。

2 在焊接中, 出现焊缝未焊透和未熔合的现象, 将对焊接质量产生严重的影响, 在焊缝处可能会折断或者是突变。

2.1 未焊透、未融合的含义

未焊透指焊接时接头根部未完全熔透的现象;未熔合指焊件与焊缝金属或焊缝层之间存在局部未熔透的现象。

2.2 未焊透、未融合产生的原因

在焊件的坡口处角度太小;所使用的焊条直径比规范标准大;焊接的过程中电流太小;焊接速度太快电弧过长;对于坡口处的清洁工作不到位, 氧化膜和油污等没有清洁干净;焊接的过程中, 在熔流处有熔渣影响金属的熔合;焊接技术不当。

2.3 未焊透、未融合的防治措施

合理掌握焊件坡口的角度;焊条直径按照规范标准选择;正确掌握焊接电流和速度;在焊接工作开始前, 做好坡口处的清洁工作, 将杂质和油污等清除干净;焊接的过程中, 防止熔渣的进入;采用正确的焊接技术, 严格按照施工规范执行。

3 夹渣的产生

3.1 夹渣的含义

夹渣就是在焊接中熔入到焊缝中的熔渣, 严重影响到焊缝处的强度和密实度。

3.2 产生夹渣的主要原因

出现夹渣的主要原因就是在焊缝的边缘存在切割时残留的熔渣;焊接电流小速度快;焊条的选择不规范, 使用了酸性焊条, 因为电流过小而出现了糊渣;在选择碱性焊条时, 因为电弧过长而出现夹渣;焊条偏芯造成的夹渣。

3.3 防止产生夹渣的措施

清除干净坡口处残留的熔渣;正确处理焊条属性和电流、速度以及电弧的关系;选择质量达标的焊条。

4 其他主要缺陷

4.1 气孔的出现

焊接时最常出现的是氢气孔, 主要分为:内部气孔、表面气孔和接头气孔。

4.1.1 气孔产生的原因

在焊接时, 对于坡口处的清洁工作不到位, 有残留的水分和油污;焊条的使用不规范, 在使用之前没有进行烘烤;焊接速度过快电弧过长等。

4.1.2 防止产生气孔的办法

在焊接之前, 要对坡口进行彻底的清洁工作, 尤其是对于水分、油污和锈迹要清除干净;对于焊条的选择要合理, 在日常保管时要使用科学的方法, 将其放在保温箱中, 焊接时, 随焊随取, 保证干燥;对于变质的焊条一律不得使用;掌握好焊接电流和速度。

4.2 咬边的产生

4.2.1 咬边的含义

咬边指焊缝边缘留下的凹陷, 咬边会减小母材接头的工作截面。

4.2.2 产生咬边的原因

焊接电流过大、运条速度过快、电弧拉得太长或焊条角度不;埋弧焊的焊接速度过快或焊机轨道不平等造成焊件被熔化去一定深度, 填充金属未能及时填满, 因而造成咬边。

4.2.3 防止咬边的方法

选择合适的焊接电流和运条手法, 随时注意控制焊条角度和电弧长度;氩弧焊工艺参数要恰当, 焊接速度不宜过高且手法要平稳。

4.3 焊瘤的产生

4.3.1 产生焊瘤的主要原因

运条不均造成熔池温度过高, 引起液态金属凝固缓慢下坠在焊缝表面形成金属瘤;立、仰焊时, 采用了过大的焊接电流和弧长。

4.3.2 防止产生焊瘤的主要措施

严格控制熔池温度;使用碱性焊条时应采用短弧焊接。

4.4 弧坑的产生

4.4.1 产生弧坑的主要原因

熄弧时间过短或焊接突然中断, 焊接薄板时电流过大;焊缝表面存在焊瘤影响美观, 并易造成表面夹渣。

4.4.2 防止产生弧坑的主要措施:

手工焊收弧时, 焊条作短时间停留或几次环形运条。

5 焊缝缺陷的修正措施

对焊缝缺陷进行修正时应注意以下几个方面:不允许在带压、背水的情况下进行焊缝缺陷消除的焊补;当施工环境的温度低于零度时, 对于应该预热的材质要采取必要的余热措施;对于有热处理要求的焊件, 在热处理前进行缺陷修正;补焊时, 应该使用小电流、不摆动的多层多道焊;如果焊接的结构刚性较大时, 对于除第一层和最后一层的焊道, 可以在热状态下进行锤击, 但是要将每层的起弧和收弧错开;用手工电弧焊焊补D、E级钢和高强度结构钢焊缝缺陷时, 应采用控制线能量施焊法, 每一缺陷不允许中途停顿, 应一次焊补完成, 且预热温度和层间温度均保持在100℃以上;按原焊缝的探伤要求重新检查修正后的焊缝, 如果再次发现超过允许限值的缺陷, 还要进行重新修正, 直至合格, 但焊补的次数不能超过规定返修次数;加强焊接过程中的质量监督检查工作, 保证焊接程序和工艺参数要求。将以上措施做好, 从源头上防止焊缝缺陷的产生, 可以有效的提高焊接的质量。

6 结束语

金属材料焊接成型工艺对于焊接技术的要求非常严格, 焊接的质量直接影响到成型后金属的使用性能, 所以要严格控制焊缝缺陷, 保证金属材料的焊接质量。上文中对于焊接常见的缺陷进行了分析, 针对每种缺陷都有其相应的防治措施, 那么在以后的焊接工艺中, 对于可以提前预防的一定要做好准备, 在焊接的过程中, 要不断的提高焊接技术, 规范施工程序, 严格按照施工规范执行, 加强质量监督力度, 提高焊接质量。

摘要：金属材料焊接是金属材料成型的一种形式, 焊接的质量直接影响到成型后的使用质量。文章对于金属材料在焊接中的主要缺陷进行了分析, 然后有针对性的提出了控制措施。

材料缺陷 第9篇

小波分析思想萌芽于1930年至1980年。1981年, Morlet仔细研究了Gabor变换方法, 对Fourier变换与加窗Fourier变换的异同、特点及函数构造做了创造性研究, 首次提出了“小波分析”这一概念, 并建立了以他的名字命名的Morlet小波[1]。后来Meyer[2]对Morlet方法进行了系统的研究, 为小波分析科学的诞生和发展作出了重要贡献。另外, Mallat[3]、Daubechies[4]、Chui[5]等人的工作联合奠定了小波分析的基础。

小波是函数空间L2 (R) 中满足公式 (1) 的一个函数ψ (x) ,

undefined

式 (1) 中, R*=R-{0}表示非零实数全体, 有时ψ (x) 也称为小波母函数。对于任意的实数对 (a, b) , 其中参数a必须为非零实数, 称公式 (2) 为由小波母函数ψ (x) 生成的依赖于参数 (a, b) 的连续小波函数, 简称为小波。

undefined

变动 (2) 中参数a和b可以衍生出一族小波函数:a的变动使函数伸缩, 形成不同“级”的小波, b的变动使函数移位, 形成不同“位”的小波。由于ψ (x) 满足容许性条件, 所以可以得出undefined, 这表明了小波函数的波动特性。由于小波函数的性质, 也可以认为小波变换是进行可调的加窗处理。对于任意信号undefined, 小波变换表示为公式 (3) 。

undefined

通过小波变换将信号分解为位于不同频段和时段内的成分进行研究。小波包理论是小波变换的极其精彩的延伸, 也是正交多分辨分析的思想得到了充分的发挥, 小波包成功地解决了小波变换固有的“高频低分辨”这一时频分析上的缺陷。

MATLAB是矩阵实验室之意[6]。MATLAB由主软件包和针对各专业应用的工具箱组成, 所谓MATLAB工具箱就是一些M文件的集合, 用户可以修改、调用工具箱中的函数。功能强大的工具箱中封装的函数使程序编写更加开放和容易, 而且不同工具箱之间的函数可以自由地相互调用。研究中主要通过调用信号处理工具箱和小波工具箱函数进行编程, 在MATLAB环境中实现木质复合材料缺陷信号的小波分解和小波包分解, 并进行不同位置缺陷的定位无损检测。

1 信号小波与小波包分解与重构

利用小波和小波包分解信号, 可以很方便地对信号进行分解、提取和重建。小波分析处理信号, 相当于让信号多次进行高通和低通滤波, 不断地分解信号到不同的频率段和时间段。实现信号小波分析和小波包分析的程序如下。

1.1 信号小波分解与重构程序

Load x;

j=min (size (x) ) ;

n=max (size (x) ) ;

energy=zeros (j, L+1) ;

energyrate=zeros (j, L+1) ;

for r=1:j

[c, l]=wavedec (x (:, r) , L, nwave) ;

figure (r) ;

subplot (L+2, 1, 1) ;plot (x (:, r) ) ;Ylabel (′signal′) ;

ca=wrcoef (′a′, c, l, nwave, L) ;

subplot (L+2, 1, 2) ;plot (ca) ;Ylabel ([′a′, int2str (L) ]) ;

energy (r, 1) =sum (ca.^2) ;

for i=1:L

cd=wrcoef (′d′, c, l, nwave, L+1-i) ;

energy (r, i+1) =sum (cd.^2) ;

subplot (L+2, 1, i+2) ;

plot (cd) ;

Ylabel ([′d′, int2str (L+1-i) ]) ;

end

for i=1:L+1

energyrate (r, i) =energy (r, i) ./sqrt (sum (energy (r, :) .^2) ) ;

end

end

t=1:L+1;

figure;

plot (t, energypara, ′-ko′, ′LineWidth′, 2, ′MarkerEdgeColor′, ′k′, ′MarkerFaceColor′, ′k′, ′MarkerSize′, 8) ;

1.2 信号小波包分解与重构程序

Load x;

r=min (size (x) ) ;

n=max (size (x) ) ;

energy=zeros (r, 2.^L) ;

energyrate=zeros (r, 2.^L) ;

for t=1:r

subplot (2.^ (L-1) +1, 1, 1) ;plot (x (t, :) ) ;grid;Ylabel (′Original signal′) ;

T=wpdec (x (t, :) , L, nwave, ′shannon′) ;

s=zeros (2.^L, max (size (x) ) ) ;

for i=0:2.^L-1

s (i+1, :) =wprcoef (T, [L, i]) ;

if (i<=2.^ (L-1) -1)

subplot (2.^ (L-1) +1, 2, 2.*i+3) ;plot (s (i+1, :) ) ;

Ylabel ([′a′, num2str (L) , num2str (i) ]) ;grid;

end

if (i>=2.^ (L-1) )

subplot (2.^ (L-1) +1, 2, 2.* (i-2.^ (L-1) +1) +2) ;

plot (s (i+1, :) ) ;

Ylabel ([′d′, num2str (L) , num2str (i-2.^ (L-1) ) ]) ;grid;

end

end

for j=1:2^L

h=zeros (1, n+1) ;

for i=1:n

h (i+1) =h (i) +s (j, i) .^2;

end

energy (t, j) =h (i+1) ;

end;

energyrate (t, :) =energy (t, :) ./sqrt (sum (energy (t, :) .^2) ) ;

end

for i=1:r

plot (1:2^L, energyrate (i, :) , ′-ko′, ′LineWidth′, 2, ′MarkerEdgeColor′, ′k′, ′MarkerFaceColor′, ′k′, ′MarkerSize′, 8) ;

hold on;

end

figure;

for i=1:r

plot (5:8, energyrate (i, 5:8) , ′-ko′, ′LineWidth′, 2, ′MarkerEdgeColor′, ′k′, ′MarkerFaceColor′, ′k′, ′MarkerSize′, 8) ;

hold on;

end

2 木质复合材料缺陷定位检测

利用上面编写的小波分析程序, 对木质复合材料三种不同位置 (左端、中部和右端) 缺陷的振动信号进行db5小波分解和小波包分解。图1所示为缺陷在中部的振动信号三层小波分解。从图1可以看出经过分解后原信号signal=a3+d3+d2+d1, 其中a3为低频分量, d3、d2和d1为高频分量;经过三次高频滤波后低频分量a3与原信号振动波形大致相同, 三个高频分量时域振动波形差别很大。图2为程序对左端、中部和右端三个不同位置缺陷信号经过三层小波离散分解后, 各层信号能量所占比率, 按照a3、d3、d2、d1的顺序排列。从图2中可知, 三种信号的低频 (逼近) 分量占整个信号的大部分能量, 左端缺陷信号的低频分量的能量相对较小, 中部和右端缺陷大致相同。对于高频分量, 左端缺陷信号在各层的能量和中部、右端缺陷信号有很大的差异, 特别是在高频段d3左端缺陷信号能量约为中部和右端信号的2倍;中部和右端缺陷信号在各层的能量率差异要小一些;三种信号的高频分量d1的能量率相差不大。

研究中可以看出小波变换只对信号低频部分进行了分解, 而且随着信号频率的增加, 在频域内相应的分辨率降低, 致使信号在很宽范围内大量的、频率相差很远的频率成分被“捆绑”在一起而无法分开, 这就是小波变换的“高频低分辨率”缺点;而小波包变换方法成功地解决了这一问题。图3表示缺陷在中部的振动信号三层小波包分解, 从图3中可以看出信号的低频和高频同时进行分解, 原信号被分解到八个频段进行分析;四个低频部分a30、a31、a32和a33, 四个高频部分d30、d31、d32和d33。

计算三种不同位置缺陷信号小波包分解后各分量信号的能量率如图4所示。为了更清楚地分析高频分量不同频段内信号能量的区别, 把高频部分放大如图5所示。从图中还可以看出, 第一高频分量信号, 缺陷在中部的信号能量较大, 而左和右端缺陷信号能量相差不大;第二高频分量信号, 三种位置缺陷信号能量相差不大;第三高频分量信号, 缺陷在左端的信号能量较大, 而中部和右端缺陷信号能量相差不大;第四高频分量信号, 左端、中部和右端缺陷信号能量逐渐增大。结合图4和图5中信号在八个频段内所占能量率的不同, 可以实现对木质复合材料缺陷三种不同位置 (左端、中部和右端) 进行定位无损检测。

3 结 论

利用MATLAB软件中的小波分析工具箱和信号处理工具箱中的有关函数编程, 实现了小波和小波包处理信号, 并计算信号分解后各分量信号所占的能量比例。以木质复合材料三个不同位置缺陷振动信号处理为例, 利用所编写的程序对信号进行小波和小波包分解, 提取出不同位置缺陷信号不同频段的特征值能量率, 根据信号在不同频段的能量率实现木质复合材料左端、中部和右端缺陷的定位无损检测。这样利用MATLAB编程实现木质复合材料缺陷信号的小波分析和小波包分析, 这在木质复合材料无损检测中具有现实意义, 也是小波分析在实际应用领域的体现之一。

参考文献

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