1、焊接工藝基礎(chǔ),李海艷 華中科技大學(xué)船海學(xué)院,第三章 焊接工藝(Welding),各種連接方法的比較 螺紋連接：采用螺栓和螺母將兩個(gè)零件連接為一體的工藝?？刹鹦?，接頭應(yīng)力??；但工藝繁雜，材料消耗大，接頭笨重 。,2,第三章 焊接工藝(Welding),各種連接方法的比較 鉚接：用鉚釘將兩個(gè)零件連接為一體的工藝。緊固力較大，可拆卸，接頭應(yīng)力小，重量較輕；但工藝繁雜，材料消耗大 。,3,第三章 焊接工藝(Welding),各種連接方法的比較 焊接：采用化學(xué)和力學(xué)冶金的方法，將兩個(gè)零件連接為一個(gè)整體的工藝。接頭強(qiáng)度高，不可拆卸，工藝簡(jiǎn)單，材料消耗少，接頭重量輕；但應(yīng)力大，接頭組織與性能變化大 。 焊接

2、定義： 指用加熱或加壓等工藝措施，使兩分離表面產(chǎn)生原子間的結(jié)合與擴(kuò)散作用，從而形成不可折卸接頭的材料成形方法,4,第三章 焊接工藝(Welding),焊接成形特點(diǎn)(Characteristics of welding)： （1）結(jié)構(gòu)分解：可將大而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分解為小而簡(jiǎn)單的坯料拼焊。如汽車車身生產(chǎn)過(guò)程，先分別制造出車門(mén)、駕駛室、前圍和側(cè)圍，再將各部件組裝拼焊。簡(jiǎn)化了工藝，降低了成本 。 （2）異材連接：可實(shí)現(xiàn)不同材料間的連接成形。,5,6,（3）可實(shí)現(xiàn)特殊結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)。例如，126104kW核電站鍋爐，外徑6400mm，壁厚200mm，高13000mm，工作參數(shù)為17.5MPa，350，要求無(wú)泄漏

3、（有放射性核燃料），這只有采用焊接方法才能制造出來(lái) 。,7,（4）重量：與鉚接相比，焊接結(jié)構(gòu)重量輕，可以減輕機(jī)器自重，提高運(yùn)載能力和行駛性能。但不可拆卸，易引起殘余應(yīng)力，焊縫易產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷，因此，應(yīng)特別注意焊縫品質(zhì)的檢驗(yàn)，否則易造成惡性事故。,8,焊接工藝的分類： 根據(jù)焊接過(guò)程的工藝特點(diǎn)，可將焊接分為： 熔化焊 壓力焊 釬焊,利用局部加熱，使焊件接頭處熔化并加入填充金屬，待其冷卻凝固后連接成整體的焊接方法。,利用加熱或其它方法使金屬接頭處于半熔化或高塑性狀態(tài)，在足夠的壓力下產(chǎn)生塑性變形，通過(guò)原子間的結(jié)合連結(jié)金屬的方法。,利用低熔點(diǎn)釬料被加熱熔化，在焊件接頭處與母材相互擴(kuò)散而形成焊接接頭

4、的方法。,9,熔焊 壓焊 釬焊,10,焊接在工業(yè)中的應(yīng)用： （1）金屬結(jié)構(gòu)的焊接。如鍋爐、壓力容器、管道、橋梁、海洋平臺(tái)和起重機(jī)等，船舶、車輛、飛機(jī)、火箭的梁架和外殼。,11,焊接在工業(yè)中的應(yīng)用： （1）建筑與橋梁：高樓建筑和大橋結(jié)構(gòu)中的鋼筋骨架一般采用焊接方法連接 。 （2）造船：大型船舶的船體一般采用焊接結(jié)構(gòu) 。 （3）鍋爐：鍋爐壓力容器結(jié)構(gòu)體積大，一般采用焊接結(jié)構(gòu) 。 （4）車輛：汽車和火車車身結(jié)構(gòu)大而復(fù)雜，一般采用焊接結(jié)構(gòu),12,（5）機(jī)械零件的焊接。如軸、齒輪、鍛模和刀具等。,13,水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪15,焊接的蝸殼,水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪13,北京國(guó)家大劇院,14,蕪湖長(zhǎng)江大橋,大型30萬(wàn)噸原油船,液

5、化汽船,千噸級(jí)熱壁加氫反應(yīng)器,15,600MW電站鍋爐汽包,大型空間環(huán)境模擬艙,“神舟”4 號(hào)飛船,鋁合金T型底板焊接生產(chǎn)線,16,汽車消音器焊接專機(jī),手動(dòng)變位機(jī)（平衡式）,17,奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng),國(guó)家體育場(chǎng)是目前中國(guó)投資規(guī)模最大、科技含量最高的體育場(chǎng)所，被譽(yù)為“第四代體育場(chǎng)館”。它是世界最大的鋼結(jié)構(gòu)建筑體育館，而且在世界建筑發(fā)展史上也將具有開(kāi)創(chuàng)性的意義鋼結(jié)構(gòu)工程是整個(gè)國(guó)家體育場(chǎng)工程中技術(shù)含量最高、施工難度最大、安全風(fēng)險(xiǎn)最大的關(guān)鍵項(xiàng)目。 國(guó)家體育場(chǎng)造型呈雙曲面馬鞍形，東西向結(jié)構(gòu)高度為米，南北向結(jié)構(gòu)高度為米，鋼結(jié)構(gòu)最大跨度長(zhǎng)軸米，短軸米，由榀門(mén)式桁架圍繞體育場(chǎng)內(nèi)部碗狀看臺(tái)旋轉(zhuǎn)而成，結(jié)構(gòu)組件相互支撐

6、，形成網(wǎng)格狀構(gòu)架，組成體育場(chǎng)整個(gè)的“鳥(niǎo)巢”造型。,在國(guó)家體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)吊裝過(guò)程中，面臨構(gòu)件運(yùn)輸距離長(zhǎng)、組拼安裝難度大、高空焊接工作量大、吊裝單元噸位重、起重位高、構(gòu)件造型復(fù)雜且節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、超大型吊裝機(jī)械多等諸多前所未遇的困難。,18,19,該“鳥(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)施工部分由紹興一民企浙江精工鋼結(jié)構(gòu)有限公司承擔(dān)。該工程從去年五月份開(kāi)始，主要分兩部分操作，一部分為場(chǎng)內(nèi)制作，主要在紹興制作好后運(yùn)到北京安裝；另一部分是具體的安裝工作。為解決這一難題，精工鋼構(gòu)應(yīng)用了日本醫(yī)學(xué)上頭顱骨再造的科學(xué)技術(shù)原理，發(fā)揮自己公司加工制造數(shù)控機(jī)械的優(yōu)勢(shì)，再與吉林大學(xué)共同研發(fā)出用于大噸位、大厚板異形件加工的無(wú)模成形技術(shù)軟件。在“鳥(niǎo)巢

7、”焊接過(guò)程中，精工使用了焊接機(jī)器人。,20,3.2 焊接工藝的基本原理,熔焊原理及過(guò)程 焊接接頭的組織與性能 焊接變形和焊接應(yīng)力 焊接缺陷 焊接檢驗(yàn),21,3.2.1 熔焊原理及過(guò)程,1、熔焊本質(zhì)及特點(diǎn)： 熔化焊的本質(zhì)是小熔池熔煉與鑄造，是金屬熔化與結(jié)晶的過(guò)程。通過(guò)熔化使表面消失，通過(guò)結(jié)晶形成金屬鍵和共同晶粒使分離的兩件成為一個(gè)共同的整體,22, 熔池存在時(shí)間短，溫度高；冶金過(guò)程進(jìn)行不充分，氧化嚴(yán)重；熱影響區(qū)大。 結(jié)晶：冷卻速度快，結(jié)晶后易生成粗大的柱狀晶。 2、熔化焊的三要素： 1) 熱源：能量要集中，溫度要高。以保證金屬快速熔化，減小熱影響區(qū)。滿足要求的熱源有電弧、等離子弧、電渣熱、電子束

8、和激光。,3.2.1 熔焊原理及過(guò)程,23,2) 熔池的保護(hù)： 可用渣保護(hù)、氣保護(hù)和渣-氣聯(lián)合保護(hù)。以防止氧化，并進(jìn)行脫氧、脫硫和脫磷，給熔池過(guò)渡合金元素。 3) 填充金屬： 保證焊縫填滿及給焊縫帶入有益的合金元素，并達(dá)到機(jī)械性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊絲。,3.2.1 熔焊原理及過(guò)程,24,熱源： 電?。菏侵竷呻姌O之間強(qiáng)烈而持久的氣體放電現(xiàn)象。電弧三個(gè)區(qū)：陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)和弧柱區(qū)。 陰極區(qū)-電子發(fā)射區(qū)。 陽(yáng)極區(qū)-接收電子。 弧柱區(qū)-氣體電離區(qū)。 電弧的溫度： 弧柱區(qū)60008000K, 陽(yáng)極區(qū)2600K, 陰極區(qū)2400K。,25,2、熔池的保護(hù)渣保護(hù)：,1渣保護(hù)： 使熔池與空氣隔離，

9、防止金屬氧化和吸氣； 向熔池過(guò)渡合金元素，提高焊縫性能； 同時(shí)，還可以減少散熱，提高生產(chǎn)率，防止強(qiáng)光輻射。,26,（1）焊劑： 焊劑牌號(hào)、分類和用途： 焊劑有熔煉焊劑和非熔煉焊劑兩類，非熔煉焊劑又有燒結(jié)焊劑和粘結(jié)焊劑兩種。熔煉焊劑主要起保護(hù)作用，非熔煉焊劑除了起保護(hù)作用外還可以起滲合金，脫氧、去硫等冶金作用。 焊劑是由SiO2，MnO、MgO及CaF等組成的硅酸鹽，根據(jù)其中硅、錳、氟的含量不同，可分為無(wú)錳、低錳、中錳和高錳型。 焊劑也可用“焊劑”的漢語(yǔ)拼音首寫(xiě)字母“HJ”來(lái)表示。,2、熔池的保護(hù)渣保護(hù)：,27, 焊劑保護(hù)的效果： 形成熔融的液態(tài)焊劑薄膜； 通過(guò)冶金反應(yīng)合金化及去氫； 合金化：增

10、加及調(diào)整焊縫中的Si、Mn含量； 去氫：焊劑中加入CaF2。,2、熔池的保護(hù)渣保護(hù)：,28,(2)電渣： 除應(yīng)有焊劑的基本性能外，電渣還應(yīng)有合適的電導(dǎo)率，高的蒸發(fā)溫度。 一般SiO2含量愈高，電導(dǎo)率愈低，粘度愈高；鈣和其他元素的氟化物和鈦的氧化物使渣的電導(dǎo)率增大，粘度減小。 電渣的種類有高電導(dǎo)率的焊劑170，中等電導(dǎo)率的焊劑252和低電導(dǎo)率的焊劑360。,2、熔池的保護(hù)渣保護(hù)：,29,（2）氣保護(hù)： 用于保護(hù)熔池和溶滴的氣體應(yīng)是惰性氣體，并在高溫下不分解，或是低氧化性的不溶于金屬液體的雙原子氣體(如Ar或CO2)。 噴嘴結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能使氣體以層流流出。,2、熔池的保護(hù)氣保護(hù)：,30,（1） 氬氣

11、： 氬氣為惰性氣體，比空氣重25%；高溫下不溶入液態(tài)金屬，也不與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，是一種理想的保護(hù)氣體。 由于氬弧溫度高，因此一旦引燃，電弧就很穩(wěn)定。 氬弧焊一般要求氬氣純度達(dá)99.9%。氬弧焊對(duì)焊前的除油、去銹、去水等準(zhǔn)備工作要求嚴(yán)格，否則就會(huì)影響焊縫質(zhì)量。,2、熔池的保護(hù)氣保護(hù)：,31,（2） CO2氣體： CO2為無(wú)色無(wú)味氣體，密度是空氣的1.5倍，在常溫下很穩(wěn)定，但在高溫下易分解。 CO2氣體密度大，受熱后體積膨脹大，所以在隔離空氣保護(hù)焊接熔池和電弧方面，效果良好。 但CO2氣體為氧化性氣體，在高溫下將分解為CO和O2：所以二氧化碳在高溫時(shí)有強(qiáng)烈的氧化性。,2、熔池的保護(hù)氣保護(hù)：,32

12、,高溫下同時(shí)有CO2、O2、CO存在。合金元素的氧化燒損主要產(chǎn)生于高溫分解出來(lái)的原子氧的氧化作用。 進(jìn)入熔池中的FeO與C作用，在液態(tài)金屬中產(chǎn)生CO氣體； 進(jìn)入熔滴中的FeO與C作用，易產(chǎn)生飛濺。 合金元素?zé)龘p、CO氣孔和飛濺是CO2焊接的三個(gè)主要問(wèn)題，通過(guò)加藥芯來(lái)改善。,2、熔池的保護(hù)氣保護(hù)：,33,2、熔池的保護(hù)渣氣聯(lián)合保護(hù)：,（3）渣氣聯(lián)合保護(hù)： 利用渣的良好的冶金反應(yīng)和焊縫成形特點(diǎn)，以及氣體的優(yōu)良電弧熱效率和穩(wěn)弧作用，可獲得良好的熔池保護(hù)效果。如焊條的藥皮及CO2+藥芯。,34,2、熔池的保護(hù)渣氣聯(lián)合保護(hù)：,藥皮： 藥皮成分：穩(wěn)弧劑、合金化劑、脫氧劑、去氫劑、粘結(jié)劑等。 藥皮類型：酸性

13、藥皮與堿性藥皮。 酸性藥皮工藝性好，因?yàn)闊o(wú)反電離物質(zhì)CaF2,因而電弧易引燃批，引燃后燃燒穩(wěn)定，脫渣性好，焊縫成形美觀，堿性藥皮則相反，工藝性差； 堿性藥皮焊縫含氫量低，焊接質(zhì)量好。 CO2+藥芯：,35,3、填充金屬：,當(dāng)焊縫較寬時(shí)，靠母材的熔化不能填滿焊縫，這時(shí)，必須用焊絲填滿。 另外，為了提高焊縫性能，使焊縫與母材等強(qiáng)度，必須用焊絲過(guò)渡合金元素。 常用的焊條鋼芯為碳素鋼絲、合金鋼絲和不銹鋼絲。如H08、H08A、H08MnA。 焊絲有H10Mn2、H08MnA、H08MnMoA H08Mn2MoA、Cr19Ni9、H08MnSi等，其碳含量較低，硅含量也較低，P和S0.03%。以保證焊縫

14、有較高的強(qiáng)度和韌性。H代表焊接用鋼絲，其后的兩位數(shù)字代表含碳量的萬(wàn)分之幾；A為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼；E代表特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。,36,第二節(jié) 焊接接頭的組織與性能,焊接熱循環(huán)： 焊接熱循環(huán)-焊縫及其附近的母材經(jīng)受的加熱和冷卻作用。 焊接接頭由焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組成。,37,焊縫區(qū)：產(chǎn)生熔化和凝固的區(qū)域稱為焊縫區(qū) 熱影響區(qū)：受焊接熱循環(huán)的影響，焊縫附近的母材因焊接熱作用發(fā)生組織或性能變化的區(qū)域。 熔合線：熔焊焊縫和母材的交界線 熔合區(qū)，熔合線兩側(cè) 有一個(gè)很窄的焊縫與 熱影響區(qū)的過(guò)渡區(qū)， 也稱半熔化區(qū)。,38,焊縫區(qū)的特點(diǎn)：柱狀樹(shù)枝晶發(fā)達(dá),成分偏析嚴(yán)重 。 低碳鋼熱影響區(qū)特點(diǎn)： 1）過(guò)熱區(qū)：1100以上， 晶

15、粒粗大，塑性差。 2）正火區(qū)：850-1100 晶粒細(xì)小，性能好。 3）部分相變區(qū)： 700-850，晶粒 大小不均，性能較差。,39,1）過(guò)熱區(qū)：低碳鋼加熱到1100以上冷卻后，晶粒粗大，塑性差，易產(chǎn)生過(guò)熱組織，是熱影響區(qū)中性能最差的部分 。,40,2）正火區(qū)：低碳鋼加熱到8501100，冷卻后，晶粒細(xì)小，性能好 。,41,3）部分相變區(qū)：低碳鋼加熱到700850時(shí)，存在鐵素體和奧氏體兩相區(qū)，冷卻后，奧氏體發(fā)生相變，晶粒細(xì)?。欢F素體保持高溫粗大組織。此區(qū)晶粒大小不均，性能較差。,淬火鋼熱影響區(qū)特點(diǎn)： 1）易淬火鋼當(dāng)加熱到AC3以上區(qū)域冷卻時(shí)，熱影響區(qū)為淬火區(qū)，性能變脆，易產(chǎn)生裂紋。 2）易

16、淬火鋼當(dāng)加熱到AC1至AC3區(qū)域冷卻時(shí)，部分奧氏體發(fā)生相變，產(chǎn)生馬氏體等淬火組織 。,42,二、焊縫的組織和性能：,成分偏析：宏觀偏析的分布與焊縫成型系數(shù)B/H有關(guān)。當(dāng)B/H很小時(shí)，易形成中心線偏析，產(chǎn)生熱裂紋。 焊縫金屬的宏觀組織形態(tài)是柱狀晶、晶粒粗、成分偏析嚴(yán)重、組織不致密。但由于焊接冷卻快，化學(xué)成分控制嚴(yán)格，碳、磷、硫等含量低，通過(guò)滲合金調(diào)整焊縫的化學(xué)成分，使其有一定的合金元素，這樣焊縫金屬的強(qiáng)度可與母材相當(dāng)。,a）B/H較大 b）B/H較小 圖3-5 焊縫結(jié)晶過(guò)程,43,熔合區(qū)成分不均，組織為粗大的過(guò)熱組織或淬硬組織，是焊接接頭中的最差的部位。,三、熔合區(qū)的組織和性能：,44,1）焊劑

17、與焊絲：直接影響焊縫的化學(xué)成分。 2）焊接方法：不同的熱源，溫度高低和熱量集中程度不同。 3）焊接工藝參數(shù)：電流、電壓、焊接速度和線能量（單位長(zhǎng)度焊縫上的能量E=IU/),直接影響輸入焊接接頭的熱量大小。,四、影響焊接接頭性能的因素：,4）熔合比(Sm/(Sm+St)：是指母材在焊縫中所占的百分?jǐn)?shù)，將影響焊縫的化學(xué)成分。 5）焊后熱處理：,45,第三節(jié) 焊接變形和焊接應(yīng)力,焊接應(yīng)力和變形：焊接過(guò)程的加熱和冷卻受到周圍冷金屬的拘束，不能自由膨脹和收縮。當(dāng)拘束很大時(shí)（如大平板對(duì)接），則會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，無(wú)殘余變形。當(dāng)拘束較小（如小板對(duì)接焊）時(shí)，既產(chǎn)生殘余應(yīng)力，又產(chǎn)生殘余變形 。 1） 無(wú)阻力狀態(tài) 2

18、） 單邊夾緊狀態(tài) 3） 雙邊夾緊狀態(tài) 4） 焊接應(yīng)力分布,46,第三節(jié) 焊接變形和焊接應(yīng)力,焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因,自由膨脹和收縮 剛性?shī)A持 局部約束,47,焊接過(guò)程的加熱和冷卻受到周圍冷金屬的拘束，不能自由膨脹和收縮，當(dāng)拘束很大時(shí)（如大平板對(duì)接），則會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，無(wú)殘余變形。當(dāng)拘束較小（如小板對(duì)接焊）時(shí)，既產(chǎn)生殘余應(yīng)力，又產(chǎn)生殘余變形。 焊件焊后的變形形式主要有尺寸收縮、角變形、彎曲變形、扭曲變形、波浪變形等。,第三節(jié) 焊接變形和焊接應(yīng)力,48,焊接變形和焊接應(yīng)力的危害：產(chǎn)生焊接變形，可能使焊接結(jié)構(gòu)尺寸不合要求，組裝困難，間隙大小不一致等，從而影響焊件質(zhì)量。焊接殘余應(yīng)力會(huì)增加工件工作時(shí)的

19、內(nèi)應(yīng)力，降低承載能力；還會(huì)引起裂紋，甚至造成脆斷，應(yīng)力的存在會(huì)誘發(fā)應(yīng)力腐蝕裂紋 。殘余應(yīng)力是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，在一定條件下會(huì)衰減而產(chǎn)生一定的變形，使構(gòu)件尺寸不穩(wěn)定。 危害1 危害2,49,50,三、焊接應(yīng)力和變形的防止：,1、焊接應(yīng)力的防止及消除： 焊縫不要有密集交叉截面，長(zhǎng)度也要盡可能小，以減小焊接局部加熱，從而減少焊接應(yīng)力。 采取合理的焊接順序，使焊縫能夠自由地收縮，以減少應(yīng)力 。 采用小線能量，多層焊，也可減少焊縫應(yīng)力。,51,焊接順序?qū)?yīng)力和變形影響及消除,52,焊接順序?qū)?yīng)力和變形影響及消除,53,三、焊接應(yīng)力和變形的防止：, 焊前預(yù)熱可以減少工件溫差，也能減少殘余應(yīng)力，當(dāng)焊縫處于較高

20、溫度時(shí)，還可以捶打焊縫。 焊后進(jìn)行去應(yīng)力退火可消除殘余應(yīng)力。 2、焊接變形的防止及消除： 焊縫不要有密集交叉，以減少焊接局部加熱；還可對(duì)稱布置焊縫，使變形互相抵消。 焊接工藝上，采用高能量密度的熱源、采用小線能量焊接規(guī)范、分段倒退焊、多層多道焊都能減少焊接變形。,54,三、焊接應(yīng)力和變形的防止：,55,采用反變形方法：,三、焊接應(yīng)力和變形的防止：,采用焊前剛性固定組裝焊接，限制產(chǎn)生焊接變形，但這樣會(huì)產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力。采用定位焊組裝也可防止焊接變形。,56,三、焊接應(yīng)力和變形的防止：,焊前預(yù)熱，焊接過(guò)程中采用散熱措施，錘擊還處在高溫的焊縫等都能減少焊接變形。,57,嚴(yán)重的焊接變形應(yīng)消除，常采用

21、機(jī)械矯正法，通常只適于塑性好的低碳鋼和普通低合金鋼?；鹧娉C正法是利用火焰加熱的熱變形方法，一般也僅適用于塑性好，且無(wú)淬硬傾向的材料。,三、焊接應(yīng)力和變形的防止：,58,第四節(jié) 焊接缺陷,焊接接頭的不完整性稱焊接缺陷。主要有焊接裂紋、未焊透、夾渣、氣孔和焊縫外觀缺陷。,59,一、焊接裂紋： 1、熱裂紋： 特征：發(fā)生在焊縫區(qū)，在焊縫結(jié)晶過(guò)程中形成，叫結(jié)晶裂紋。發(fā)生在熱影響區(qū)，在加熱到過(guò)熱溫度時(shí)因晶間低熔點(diǎn)雜質(zhì)發(fā)生熔化而產(chǎn)生，叫液化裂紋。裂紋沿晶間開(kāi)裂，有氧化色彩。 產(chǎn)生原因：，低熔點(diǎn)雜質(zhì)偏析，晶間存在液態(tài)薄膜；接頭存在拉應(yīng)力。 防止措施：控制低熔點(diǎn)雜質(zhì)，S、P等；適當(dāng)提高焊縫成形系數(shù)，防止中心偏析

22、；碳含量應(yīng)在0.10%以下；減小焊接應(yīng)力。,60,2、冷裂紋： 形態(tài)特征：焊道下裂紋、 焊趾裂紋、焊根裂紋。 冷裂紋的特征是無(wú)分支，通常為穿晶型。冷裂紋無(wú)氧化色彩。 最主要、最常見(jiàn)的冷裂紋是延遲裂紋，即在焊后延遲一段時(shí)間才發(fā)生的裂紋。,61,延遲裂紋的產(chǎn)生原因： 焊接接頭淬火傾向嚴(yán)重，產(chǎn)生淬火組織，導(dǎo)致接頭性能脆化。 焊接接頭含氫量較高，并聚集在焊接缺陷處形成大量氫分子，造成非常大的局部壓力，使接頭脆化。 存在較大的拉應(yīng)力。 因氫的擴(kuò)散需要時(shí)間， 所以冷裂紋在焊后需延遲 一段時(shí)間才出現(xiàn)。由于是氫 所誘發(fā)的，也叫氫致裂紋。,62,防止延遲裂紋的措施：應(yīng)嚴(yán)格控制焊縫含氫量和焊接工藝規(guī)范，防止淬火組

23、織產(chǎn)生 選用堿性焊條或焊劑； 焊前嚴(yán)格清理，減少氫的來(lái)源。 試驗(yàn)：J507焊條： 使用前未經(jīng)烘干，擴(kuò)散氫含量：15.1cm3/100g 350烘干2小時(shí)，擴(kuò)散氫含量：5.8cm3/100g 400烘干2小時(shí)，擴(kuò)散氫含量：4.3cm3/100g 說(shuō)明焊條烘干是非常有效和必要的。,63, 工件焊前預(yù)熱，焊后緩冷。 采取減小焊接應(yīng)力的工藝措施。 焊后立即進(jìn)行去氫（后熱）處理，加熱到250，保溫26h，使焊縫金屬中的擴(kuò)散氫逸出金屬表面。 焊后進(jìn)行清除應(yīng)力的退火處理。,64,二、氣孔： 1、焊縫氣孔的種類： 氫氣孔：熔池結(jié)晶時(shí)氫的溶解度急速下降，析出氫氣，產(chǎn)生氫氣孔 一氧化碳?xì)饪祝寒?dāng)熔池氧化嚴(yán)重時(shí)，熔池

24、存在較多的FeO，在熔池溫度下降時(shí)，將發(fā)生如下反應(yīng)： FeO+CFe+CO 此時(shí)，若熔池已開(kāi)始結(jié)晶，則CO將來(lái)不及逸出，便產(chǎn)生CO氣孔。,65,氮?dú)饪祝喝鄢乇Ｗo(hù)不好時(shí)，空氣中的氮溶入熔池而產(chǎn)生。,2、防止氣孔的方法： 焊條、焊劑要烘干，焊絲和焊縫坡口及其兩側(cè)的母材要清除銹、油和水。焊接時(shí)采用短弧焊，采用堿性焊條。CO2焊時(shí)，采用藥芯焊絲或低碳材料。,66,第五節(jié) 焊接檢驗(yàn),一、焊接檢驗(yàn)過(guò)程： 焊接質(zhì)量檢驗(yàn)是焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)過(guò)程的重要組成部分。 焊接質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)包括焊前檢驗(yàn)、焊接生產(chǎn)中的檢驗(yàn)和焊后成品檢驗(yàn)。 二、外觀檢驗(yàn) ： 用肉眼或低倍數(shù)（小于20倍）放大鏡檢查焊縫區(qū)有否可見(jiàn)的缺陷，如表面氣孔、咬邊

25、、未焊透、裂縫等，并檢查焊縫外形及尺寸是否合乎要求。,67,三、無(wú)損檢驗(yàn)： 1磁粉檢驗(yàn)： 磁粉檢驗(yàn)原理是在工件上外加一磁場(chǎng)，當(dāng)磁力線通過(guò)完好的焊件時(shí)，它是直線進(jìn)行的。當(dāng)有缺陷存在時(shí)，磁力線就會(huì)發(fā)生擾亂。 2著色檢驗(yàn)： 涂上白色的顯示劑，借助毛細(xì)管作用，缺陷處的紅色滲透劑即顯示出來(lái)，可用410倍放大鏡形象地看出缺陷位置與形狀。,68,3超聲波檢驗(yàn) 超聲波的頻率在20000Hz以上，具有能透入金屬材料深處的特性，而且由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)截面時(shí)，在界面發(fā)生反射波，因此檢測(cè)焊件時(shí)，在熒光屏上可看到始波和底波。 4X射線和射線檢驗(yàn) X射線和射線都是電磁波，都能不同程度地透過(guò)金屬。相應(yīng)部位的底片感光較

26、強(qiáng)，底片沖出后，就在缺陷部位上顯示出明顯可見(jiàn)的黑色條紋和斑點(diǎn)。,69,四、機(jī)械性能試驗(yàn)： 為評(píng)定焊接接頭或焊縫金屬的機(jī)械性能，常做的試驗(yàn)是拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、彎曲及壓扁試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)等。 五、密封性檢驗(yàn)： 用于檢驗(yàn)常壓或受壓很低的容器或管道的焊縫致密性，看其是否有穿透性缺陷，常采用以下的方法： (1)靜氣壓試驗(yàn)(2)煤油檢驗(yàn)(3)水壓試驗(yàn),70,第六節(jié) 熔化焊的焊接方法及工藝,71,1、手工電弧焊的原理(Fundamentals of Manual arc-welding)：,一、手工電弧焊(Manual arc-welding)：,利用藥皮和焊芯為電極，而工件為另一電極，通過(guò)短路引

27、燃電弧，在電弧的高溫下，藥皮產(chǎn)生大量的氣體和熔渣，以實(shí)現(xiàn)氣渣聯(lián)合保護(hù)。焊芯熔化后形成焊縫，以保證焊縫的化學(xué)成分和機(jī)械性能。,72,2、手工電弧焊的工藝： （1）直流手工電弧焊：焊接電源為直流電源，分直流正接和直流反接。 直流正接是工件接電源的正極，焊條接負(fù)極，可獲得較大的熔深，適于厚板的焊接。 直流反接與正接相反，焊條接正極，可實(shí)現(xiàn)薄板的快速焊接。,（2）交流手工電弧焊：電源為交流電源。兩極不存在溫度差。主要用于酸性焊條的焊接。,73,3.1 手 弧 焊,電焊條：手弧焊焊條由焊芯和藥皮兩部分組成。,1. 焊芯,表4-1 碳素鋼焊接鋼芯的牌號(hào)和化學(xué)成分,74,3.1 手 弧 焊,2. 焊條藥皮,

28、藥皮的作用： 容易引弧和提高電弧的穩(wěn)定性； 造氣、造渣包圍和覆蓋熔池，保護(hù)焊縫； 提供合金元素滲入焊縫， 保證焊縫的機(jī) 械性能和焊接工藝性能。 藥皮的配方及原材料的作用見(jiàn)表。,75,3.1 手 弧 焊,表 常用電焊條藥皮配方,76,3.1 手 弧 焊,3. 焊條的種類及編號(hào),焊條按牌號(hào)分為結(jié)構(gòu)鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條等十大類. 如結(jié)構(gòu)鋼焊條的牌號(hào): J422, “J”表示結(jié)構(gòu)鋼焊條, “42”表示焊縫金屬抗拉強(qiáng)度最低值的1/10(即420MPa), 最后的“2”表示藥皮類型為鈦鈣型, 屬于酸性焊條, 交直流電兩用. 焊條鋼芯的直徑即焊條直徑，最小的為0.4 mm，最大的為9mm，

29、以直徑為3.25mm的應(yīng)用最廣。,77,3.1 手 弧 焊,酸性焊條藥皮中主要含有SiO2、TiO2、MnO等和少量有機(jī)物，熔渣呈酸性，熔渣的氧化性較強(qiáng)，合金元素?zé)龘p較大。焊縫中氧、氮含量較高，脫硫能力差，且氫含量較多，焊縫塑性、韌性差，易產(chǎn)生裂紋。但酸性焊條穩(wěn)弧性好，焊接操作工藝性好，價(jià)格較低，交直流兩用，應(yīng)用廣泛。,焊條按熔渣化學(xué)性能分為酸性焊條和堿性焊條。,78,3.1 手 弧 焊,堿性焊條藥皮中含有較多的CaO、FeO、MnO、Na2O等，含有氟石，熔渣呈堿性，屬低氫焊條，焊縫抗裂性好。常用直流電弧焊。 結(jié)構(gòu)鋼焊條牌號(hào)中末位數(shù)字為15的屬酸性焊條，6、7為堿性焊條；16可交直流兩用，7

30、只能直流焊。,79,3.1 手 弧 焊,4. 焊條的選用原則,焊條的種類很多，各有其適用范圍，通常是根據(jù)焊件化學(xué)成分、機(jī)械性能、抗裂性、耐腐蝕性以及高溫性能等要求，選用相應(yīng)的焊條類型及牌號(hào)。 對(duì)低碳鋼和普通低合金鋼結(jié)構(gòu)，一般按鋼材強(qiáng)度等級(jí)來(lái)選用相應(yīng)焊條。應(yīng)注意兩者強(qiáng)度等級(jí)的區(qū)別。,80, 低碳鋼與低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接，按強(qiáng)度較低的鋼 材選用相應(yīng)的焊條。 鑄鐵因含碳量高等原因，一般選用堿性焊條并 配以適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?焊接不銹鋼或耐熱鋼等特殊性能要求的鋼材， 應(yīng)選用相應(yīng)的專用焊條。,3.1 手 弧 焊, 同一等級(jí)的酸性焊條或堿性焊條的選用，主要 考慮焊接件的結(jié)構(gòu)形狀(簡(jiǎn)單或復(fù)雜) 、鋼板厚度、 載荷

31、性質(zhì)(動(dòng)載或靜載) 和鋼材的抗裂性能而定。,81,（4）酸性焊條與堿性焊條比較：酸性焊條藥皮不含CaF2，生成的氣體主要為H2和CO，脫硫、脫磷能力差，焊縫含氫量高韌性差。堿性焊條藥皮含有大量的CaCO3和CaF2，生成的氣體主要為CO和CO2，脫硫、脫磷能力強(qiáng)，焊縫含氫量低韌性好。 但堿性焊條工藝性差，只能在直流電流時(shí)焊接。 手工電弧焊的接頭過(guò)熱區(qū)寬，熱影響區(qū)也寬，所以只適合于焊接性好的低碳鋼的焊接。而且生產(chǎn)率低，金屬浪費(fèi)大，生產(chǎn)條件差。故只用于單件、小批量短焊縫的焊接。,82,二、埋弧焊：,1、埋弧自動(dòng)焊的原理及特點(diǎn)： 埋弧焊原理：埋弧焊是用焊劑進(jìn)行渣保護(hù)，焊絲為一電極在焊劑層下引燃電弧燃

32、燒的熔焊方法 。 埋弧焊特點(diǎn)： 埋弧自動(dòng)焊是用焊劑進(jìn)行渣保護(hù)，熱效率高； 焊絲為連續(xù)的盤(pán)狀焊絲，焊接無(wú)飛濺，可實(shí)現(xiàn)大電流高速焊接，生產(chǎn)率高。 金屬利用率高。焊接質(zhì)量好。勞動(dòng)條件好。 但只能用于長(zhǎng)平直焊縫和環(huán)焊縫的焊接。,83,2、埋弧自動(dòng)焊的工藝： 1）焊前準(zhǔn)備：焊縫間隙應(yīng)均勻，焊直縫時(shí)，應(yīng)安裝引弧板和熄弧板。 2）平板對(duì)接焊：一般采用雙面焊，可不留間隙直接進(jìn)行雙面焊接，也可采用打底焊或焊劑墊或墊板。為提高生產(chǎn)率，也可采用水冷銅成形底板進(jìn)行單面焊雙面成形。,84,3) 環(huán)焊縫：焊接環(huán)焊縫時(shí)，焊絲起弧點(diǎn)應(yīng)與環(huán)的中心線偏離一距離e。以防止熔池金屬的流淌。直徑小于250mm的環(huán)縫一般不采用埋弧自動(dòng)焊

33、。 4）多絲埋弧自動(dòng)焊：同時(shí)有兩個(gè)以上焊絲起弧焊接，焊接速度高，焊縫成形好。,85,3埋弧焊的應(yīng)用： 埋弧焊主要用于壓力容器的環(huán)縫焊和直縫焊，鍋爐冷卻壁的長(zhǎng)直焊縫焊接，船舶和潛艇殼體的焊接，起重機(jī)械（行車）和冶金機(jī)械（高爐爐身）的焊接。,86,三、氣體保護(hù)焊：,1氬弧焊： 利用氬氣保護(hù)電弧熱源及焊縫區(qū)進(jìn)行焊接。 (1) 鎢極氬弧焊： 以鎢釷合金和鎢鈰合金為陰極，形成不熔化極氬弧焊。 一般采用直流正接（否則容易燒損鎢極）。 通常用來(lái)焊薄板。,87,（2）熔化極氬弧焊： 以焊絲為一電極（正極），工件為另一電極（負(fù)極），所用電流比較大，生產(chǎn)率高。 熔化極氬弧焊通常采用直流反接，這對(duì)于焊鋁工件正好有“陰極破碎”作用。,88,（3）脈沖氬弧焊 將電流波形調(diào)制成脈沖形式，用高脈沖來(lái)焊接，低脈沖用來(lái)維弧和凝固，可控制焊縫的尺寸與焊接質(zhì)量。,（4）氬弧焊的特點(diǎn)及應(yīng)用 機(jī)械保護(hù)效果很好，焊縫金屬純凈，焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良，焊縫成型美觀。 電弧穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成型。 可全位置自動(dòng)焊接。 氬氣貴，成本高。 氬弧焊主要用于易氧化的有色金屬和合金鋼的焊接。如鋁