機(jī)械制圖(六)焊接

1、機(jī)械制圖機(jī)械制圖 第六部分第六部分 焊接焊接 焊接 2 焊接 3 這個(gè)呢？這個(gè)呢？ 焊接 4 一、概述一、概述 二、焊接的特點(diǎn)及應(yīng)用二、焊接的特點(diǎn)及應(yīng)用 三三 、鎢極氬弧焊、鎢極氬弧焊 四四 、點(diǎn)焊、點(diǎn)焊 五五 、焊接件的表達(dá)、焊接件的表達(dá) 六、焊接應(yīng)力和變形六、焊接應(yīng)力和變形 七、金屬焊接性七、金屬焊接性 八、焊縫設(shè)計(jì)原則焊縫設(shè)計(jì)原則 焊接 5 一、概述一、概述 SummarizationSummarization l 焊接的實(shí)質(zhì)焊接的實(shí)質(zhì): :通過加熱或加壓（或兩者并用），用或不用填通過加熱或加壓（或兩者并用），用或不用填 充金屬，使焊件形成原子間結(jié)合的一種連接方法。不可拆卸充金屬，使焊件

2、形成原子間結(jié)合的一種連接方法。不可拆卸 的連接。的連接。 l 焊接方法的分類焊接方法的分類ClassificationClassification 熔焊方法常以熱源的種類命名，熔焊方法常以熱源的種類命名， l氣氣 焊（氣體火焰為熱源）焊（氣體火焰為熱源） l電弧焊（電弧為熱源）電弧焊（電弧為熱源） l電渣焊（熔渣電阻熱為熱源）電渣焊（熔渣電阻熱為熱源） l激光焊（激光束為熱源）激光焊（激光束為熱源） l電子束焊（電子束為熱源）電子束焊（電子束為熱源） l等離子弧焊（壓縮電弧為熱源）等離子弧焊（壓縮電弧為熱源） 釬焊釬焊: :利用熔點(diǎn)比母材低的填充金屬熔化以后利用熔點(diǎn)比母材低的填充金屬熔化以后,

3、 ,填充接頭填充接頭 間隙并與固態(tài)的母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接的一種方法。間隙并與固態(tài)的母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接的一種方法。 壓力焊：如電阻焊壓力焊：如電阻焊: :焊接過程中需要加壓的一類焊接方法。焊接過程中需要加壓的一類焊接方法。 焊接 6 l 焊接生產(chǎn)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是：連接性能好；省工省料成本焊接生產(chǎn)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是：連接性能好；省工省料成本 低；重量輕；可簡(jiǎn)化工藝。缺點(diǎn)是：不可拆卸；焊接接低；重量輕；可簡(jiǎn)化工藝。缺點(diǎn)是：不可拆卸；焊接接 頭組織和性能要變壞；要產(chǎn)生焊接應(yīng)力、變形和缺陷。頭組織和性能要變壞；要產(chǎn)生焊接應(yīng)力、變形和缺陷。 l 焊接生產(chǎn)的應(yīng)用及適用范圍焊接生產(chǎn)的應(yīng)用及適用范圍 制造金屬結(jié)構(gòu)制

4、造金屬結(jié)構(gòu) 機(jī)器零部件和工具機(jī)器零部件和工具 修補(bǔ)修補(bǔ) 適用于碳鋼、低合金鋼、耐熱鋼及不銹鋼長(zhǎng)焊縫的水平位置焊適用于碳鋼、低合金鋼、耐熱鋼及不銹鋼長(zhǎng)焊縫的水平位置焊 接；接； 特別適用于厚板（特別適用于厚板（20mm20mm）的縱縫環(huán)縫的焊接；）的縱縫環(huán)縫的焊接； 也可以進(jìn)行不銹鋼和低合金高強(qiáng)鋼的帶極堆焊。也可以進(jìn)行不銹鋼和低合金高強(qiáng)鋼的帶極堆焊。 7 8 水下焊接水下焊接 9 電電 子子 束束 焊焊 焊接 10 l1 基本原理基本原理也稱也稱， 利用惰性氣體作保利用惰性氣體作保 護(hù)氣體，電極用難護(hù)氣體，電極用難 熔金屬（鎢或鎢合熔金屬（鎢或鎢合 金）棒，焊件作為金）棒，焊件作為 另一個(gè)電極。

5、通過另一個(gè)電極。通過 鎢極與焊件之間產(chǎn)鎢極與焊件之間產(chǎn) 生的電弧加熱和熔生的電弧加熱和熔 化焊件及填充金屬，化焊件及填充金屬， 形成焊接接頭。形成焊接接頭。 焊接 2 2 工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn) 保護(hù)效果好，焊接質(zhì)量高；保護(hù)效果好，焊接質(zhì)量高； 焊接應(yīng)力變形??；焊接應(yīng)力變形??； 操作方便，適用于空間各種位置焊接操作方便，適用于空間各種位置焊接 電弧穩(wěn)定電弧穩(wěn)定 焊接成本高焊接成本高 設(shè)備復(fù)雜設(shè)備復(fù)雜 對(duì)表面清理要求高對(duì)表面清理要求高 11 焊接 點(diǎn)焊點(diǎn)焊將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩極之間，接通電將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩極之間，接通電 流后利用電阻熱將焊件局部熔化，形成焊點(diǎn)的方法。流后利用

6、電阻熱將焊件局部熔化，形成焊點(diǎn)的方法。 是一種高速、經(jīng)濟(jì)的連接方法。適 用于可以采用搭接接頭不要求氣密 性，厚度3mm沖壓、軋制的薄板 結(jié)構(gòu)。 四四 點(diǎn)焊點(diǎn)焊 12 點(diǎn)焊點(diǎn)焊縫焊縫焊 焊接 13 1、焊縫基本符號(hào)、坡口及焊接方法代號(hào)、焊縫基本符號(hào)、坡口及焊接方法代號(hào) (GB/T 324-2008、 GB/T 5185-2005 、GB/T 12212-1990、 GB/T 985.1-2008、 GB/T 985.4-2008) 焊接是機(jī)械結(jié)構(gòu)常見的一種連接方式。焊接是機(jī)械結(jié)構(gòu)常見的一種連接方式。設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)者可按要求的可按要求的 連接強(qiáng)度選擇不同的焊縫，又可按機(jī)件材料的不同選擇不同連接強(qiáng)度選擇

7、不同的焊縫，又可按機(jī)件材料的不同選擇不同 的焊接方式。的焊接方式。 1.1 焊縫符號(hào)表示法焊縫符號(hào)表示法 焊接 14 焊接 15 焊接 16 焊接 17 焊接 18 焊接 19 焊接 20 焊接 21 焊接 22 焊接 23 焊接 24 焊接 25 焊接 1.3.1 焊縫接頭及標(biāo)注 接頭接頭接頭 26 焊接 箭頭線直截指向接頭的焊縫，表示焊縫在箭頭側(cè)，即施焊?jìng)?cè)。箭頭線直截指向接頭的焊縫，表示焊縫在箭頭側(cè)，即施焊?jìng)?cè)。 基本符號(hào)在實(shí)線側(cè)時(shí)，表示焊縫在箭頭側(cè)；基本符號(hào)在虛線基本符號(hào)在實(shí)線側(cè)時(shí)，表示焊縫在箭頭側(cè)；基本符號(hào)在虛線 側(cè)時(shí)，表示焊縫在非箭頭側(cè)。側(cè)時(shí)，表示焊縫在非箭頭側(cè)。 在標(biāo)注在標(biāo)注“ ”形

8、焊縫時(shí)，箭頭應(yīng)指向帶有坡口一側(cè)的工件。形焊縫時(shí)，箭頭應(yīng)指向帶有坡口一側(cè)的工件。 對(duì)稱焊縫和雙面焊縫時(shí)，可不加虛線。對(duì)稱焊縫和雙面焊縫時(shí)，可不加虛線。 尾部的標(biāo)注：尾部的標(biāo)注： 相同焊縫數(shù)量相同焊縫數(shù)量/焊接方法焊接方法/焊縫質(zhì)量等級(jí)焊縫質(zhì)量等級(jí)/焊縫位置焊縫位置/焊接材料焊接材料/其其 他（他（必須按順序排列，不管箭頭線的方向必須按順序排列，不管箭頭線的方向） 必要時(shí)，允許箭頭線彎折一次。必要時(shí)，允許箭頭線彎折一次。 相同焊縫要求：坡口尺寸相同；焊縫符號(hào)相同；焊縫位置相相同焊縫要求：坡口尺寸相同；焊縫符號(hào)相同；焊縫位置相 同；焊接件相同（板厚相同，焊縫長(zhǎng)度相等）。同；焊接件相同（板厚相同，焊縫

9、長(zhǎng)度相等）。 27 焊接 1.3.21.3.2 焊焊 接接 方方 法法 代代 號(hào)號(hào) 28 焊接 29 PA PB PC PD PE PB PC PD 工作位置：工作位置：P 傾傾 角：角：S 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 角：角：R 平平 焊：焊：PA 平角焊：平角焊：PB 橫橫 焊：焊：PC 仰角焊：仰角焊：PD 仰仰 焊：焊：PE 旋轉(zhuǎn)焊：旋轉(zhuǎn)焊：PK 焊接 30 焊接 （1）坡口尺寸的標(biāo)注 對(duì)一般焊縫，只標(biāo)注基本符號(hào)，不標(biāo)注坡口尺寸，坡口尺寸由工藝 決定；對(duì)有強(qiáng)度、氣密性等要求的焊縫或受結(jié)構(gòu)限定的特殊坡口，應(yīng)標(biāo) 注坡口尺寸，必要時(shí)用圖示法繪制坡口結(jié)構(gòu)圖。 1.3.41.3.4 焊接焊接標(biāo)注說明標(biāo)注說明 31 （

10、2）對(duì)接焊縫有效厚度S由坡口結(jié)構(gòu)和工藝保證，焊后無法測(cè)量，一般不標(biāo)注。 （3）對(duì)接焊縫坡口結(jié)構(gòu)相同的焊縫，可在技術(shù)要求中說明。 如：未注/所有焊縫為連續(xù)角焊縫，焊腳高為相連兩板中較薄板的厚度 未注/所有焊縫為連續(xù)“I”型焊縫。 32 焊接 33 六、焊接應(yīng)力和變形六、焊接應(yīng)力和變形 1. 焊接應(yīng)力和變形的形成和危害焊接應(yīng)力和變形的形成和危害.焊接應(yīng)力增加結(jié)構(gòu)工作時(shí)的應(yīng)力焊接應(yīng)力增加結(jié)構(gòu)工作時(shí)的應(yīng)力,降降 低承載能力低承載能力;焊接變形影響組裝質(zhì)量焊接變形影響組裝質(zhì)量,矯正變形增加成本矯正變形增加成本,還要降低還要降低 塑性。塑性。 2、產(chǎn)生原因、產(chǎn)生原因 如圖所示，金屬材料如果整體均勻加熱和冷

11、卻如圖所示，金屬材料如果整體均勻加熱和冷卻,能完全自由膨脹和收能完全自由膨脹和收 縮縮,則在加熱過程中產(chǎn)生變形則在加熱過程中產(chǎn)生變形,不產(chǎn)生應(yīng)力不產(chǎn)生應(yīng)力;冷卻后冷卻后,恢復(fù)到原來的形狀和恢復(fù)到原來的形狀和 尺寸尺寸,沒有殘余變形沒有殘余變形,也沒有殘余應(yīng)力。也沒有殘余應(yīng)力。 加熱 冷卻 應(yīng)力 無有 固定固定固定阻擋 如果在加熱和冷卻過程中如果在加熱和冷卻過程中,完全不能膨脹和收縮完全不能膨脹和收縮,這時(shí)有焊接殘余這時(shí)有焊接殘余 應(yīng)力而沒有殘余變形。應(yīng)力而沒有殘余變形。 由于焊接是局部加熱由于焊接是局部加熱,在加熱和冷卻過程中在加熱和冷卻過程中,有一定的剛性約束有一定的剛性約束, 加熱時(shí)金屬受

12、壓應(yīng)力加熱時(shí)金屬受壓應(yīng)力,產(chǎn)生塑性壓縮變形產(chǎn)生塑性壓縮變形;在冷卻過程中在冷卻過程中,如圖所示如圖所示, 不能完全自由收縮不能完全自由收縮,也能收縮一些也能收縮一些,因此金屬受拉應(yīng)力并保存下來因此金屬受拉應(yīng)力并保存下來, 這就是焊接殘余應(yīng)力。這就是焊接殘余應(yīng)力。 現(xiàn)以鋼板對(duì)焊為例說明焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生過程現(xiàn)以鋼板對(duì)焊為例說明焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生過程,如圖所示。如圖所示。 34 焊接 橫向收縮變形 變形 變形 縱向收縮(厚度收縮量較小，可忽略) 3、焊接變形：焊接變形： 角變形 35 焊接 36 焊接 37 焊接 38 焊接 39 4、減少和消除焊接應(yīng)力的措施減少和消除焊接應(yīng)力的措施 設(shè)計(jì)措施：設(shè)

13、計(jì)措施： l 盡量減少焊縫數(shù)量及尺寸盡量減少焊縫數(shù)量及尺寸 (采用折彎件采用折彎件) l 避免焊縫過分集中避免焊縫過分集中 與交叉與交叉,如圖如圖1所示。相鄰焊縫最小距所示。相鄰焊縫最小距 離要符合相關(guān)容器上相鄰焊縫最小距離為離要符合相關(guān)容器上相鄰焊縫最小距離為 l 采用剛性較小的接頭形式采用剛性較小的接頭形式 l 盡量采用對(duì)稱的焊接接頭盡量采用對(duì)稱的焊接接頭 l 在拉應(yīng)力區(qū)域，避免幾何不連續(xù)性在拉應(yīng)力區(qū)域，避免幾何不連續(xù)性,如圖如圖2所示所示 圖圖1圖圖2 mm t 100 3 焊接 40 l 合理選擇焊接順序和方向合理選擇焊接順序和方向(先橫后縱先橫后縱) 焊接 41 l 錘擊焊縫法錘擊焊

14、縫法 l 預(yù)熱法預(yù)熱法 l 加熱加熱“減應(yīng)區(qū)減應(yīng)區(qū)” l 熱處理法熱處理法 l 降低焊縫拘束度降低焊縫拘束度 l 小線能量焊接小線能量焊接 焊接 42 4.3.1 防止變形：防止變形： l 焊前組裝時(shí)采用反變形法焊前組裝時(shí)采用反變形法 焊接 43 l 剛性固定法剛性固定法 l 能量集中的焊接方法能量集中的焊接方法 l 預(yù)熱、錘擊、散熱預(yù)熱、錘擊、散熱 l 選擇合理的裝配焊接順選擇合理的裝配焊接順 序序 焊接 44 l 機(jī)械矯正法機(jī)械矯正法 l 火焰矯正法火焰矯正法 焊接 5 5 焊后消除殘余應(yīng)力的方法焊后消除殘余應(yīng)力的方法 整體高溫回火整體高溫回火 局部高溫回火局部高溫回火 振動(dòng)法振動(dòng)法 機(jī)械

15、拉伸法機(jī)械拉伸法 溫差拉伸法溫差拉伸法 45 焊接 46 1. 金屬焊接性的概念金屬焊接性的概念 金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性。金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性。 在一定焊接條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。在一定焊接條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。 決定于金屬材料本身性質(zhì)和加工條件。包括二方面決定于金屬材料本身性質(zhì)和加工條件。包括二方面 的內(nèi)容的內(nèi)容: 結(jié)合性能：指某種材料在給定的焊接工藝條件下，形結(jié)合性能：指某種材料在給定的焊接工藝條件下，形 成完整而無缺陷的焊接接頭的能力成完整而無缺陷的焊接接頭的能力 。 使用性能使用性能 ：指在給定的焊接工藝條件下，焊接接頭或：指在給定的焊接工藝條件下，

16、焊接接頭或 整體結(jié)構(gòu)滿足使用要求的能力整體結(jié)構(gòu)滿足使用要求的能力 。 焊接 47 l 碳當(dāng)量碳當(dāng)量 把鋼中合金元素（包括碳）的含量按其對(duì)把鋼中合金元素（包括碳）的含量按其對(duì) 焊接性影響程度換算成碳的相當(dāng)含量，焊接性影響程度換算成碳的相當(dāng)含量， 其總和叫碳當(dāng)量。其總和叫碳當(dāng)量。 CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 (%) 焊接 48 l當(dāng)當(dāng)C CE E0.40.4時(shí)時(shí), ,焊接性良好焊接性良好, ,一一 般不需預(yù)熱般不需預(yù)熱; C; CE E=0.4=0.40.60.6時(shí)時(shí), , 焊接性較差焊接性較差, ,一般需要預(yù)熱和采一般需要預(yù)熱和采 取其它工藝措施取其它工藝措

17、施; C; CE E0.60.6時(shí)時(shí), ,焊焊 接性差接性差, ,需采取較高的預(yù)熱溫度需采取較高的預(yù)熱溫度 和其它嚴(yán)格的工藝措施和其它嚴(yán)格的工藝措施. . 焊接 49 l 冷裂紋敏感系數(shù)冷裂紋敏感系數(shù) 除化學(xué)成分外，板厚（剛性約束）、焊縫除化學(xué)成分外，板厚（剛性約束）、焊縫 含氫量等也對(duì)焊接性有影響。含氫量等也對(duì)焊接性有影響。 Pe=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15 +V/10+5B+h/600+H/60(%) 防止裂紋要求的最低預(yù)熱溫度防止裂紋要求的最低預(yù)熱溫度: Tp=1440Pc-392() 焊接 50 (1)對(duì)接接頭： 特點(diǎn)：應(yīng)力集中相對(duì)較小，能承受較

18、大的靜載荷和較高的疲 勞交變載荷。注意：板厚不同,應(yīng)將厚板削薄后對(duì)接。 L3 （2-1） 焊接 (2)搭接接頭：兩焊件相互錯(cuò)疊，在焊件端頭進(jìn)行焊 接的接頭。 特點(diǎn)：應(yīng)力分布不均勻，疲勞強(qiáng)度較低； 焊前準(zhǔn)備和裝配工作比對(duì)接接頭簡(jiǎn)單； 橫向收縮量比對(duì)接接頭?。?適用于被焊結(jié)構(gòu)的狹小處以及密閉的焊接結(jié)構(gòu)。 51 焊接 (1)坡口作用：主要是增大熔深，提高焊縫截面的 有效厚度。 3 3、坡口的設(shè)計(jì)、坡口的設(shè)計(jì) 以對(duì)接Y形坡口為例： l 坡口角度：3560，太大增加加工余量、焊接成本 和變形； l 鈍邊高度p：需要熔透時(shí)一般為13mm； l 根部間隙b：保證鈍邊熔透，一般24mm，過大容易形成 虛焊；

19、l 坡口深度H：根據(jù)需要的焊縫厚度來設(shè)定。 52 焊接 a.經(jīng)濟(jì)性原則：在滿足強(qiáng)度要求的前提下，選擇合理的接頭 和坡口，減少焊材的填充量，提高焊接效率。 b.考慮坡口加工：優(yōu)先選擇便于加工的坡口，如V形、X形。U 形和雙U形坡口，加工相對(duì)困難。 c.避免焊接缺陷：采用不適當(dāng)?shù)钠驴谛问饺菀桩a(chǎn)生焊接缺陷。 比如：坡口角度過大，致使焊接熱輸入大，工件變形；鈍 邊過高，不能完全熔透，殘留的鈍邊即成了缺陷源。 (2)坡口設(shè)計(jì)原則： 53 焊接 d.最小焊腳尺寸 54 母材厚度(mm)最小焊腳尺寸(mm) 63mm 6125mm 12206mm 20388mm 385710mm 5715212mm 15216mm 美國(guó)焊接學(xué)會(huì)結(jié)構(gòu)的焊接規(guī)程(D1.1-72)如下： 焊接 接頭位置設(shè)計(jì)不當(dāng)，造成焊工無法操作或施焊困難， 勢(shì)必導(dǎo)致焊接缺陷，為此設(shè)計(jì)時(shí)要考慮操作空間。 (4)(4)考慮可操作性考慮可操作性 55 焊接 5 3550 （30） 56 雙面角焊縫，對(duì)稱交雙面角焊縫，對(duì)稱交 錯(cuò)，焊腳尺寸為錯(cuò)，焊腳尺寸為5， 焊縫段數(shù)為焊縫段數(shù)為35，焊縫，焊縫 長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為50，焊縫間隔，焊縫間隔 為為30。 左左:角焊縫，焊腳尺角焊縫，焊腳尺 寸為寸為5，焊縫長(zhǎng)，焊縫長(zhǎng)250， 共共4 處。處。 右：?jiǎn)芜呌遥簡(jiǎn)芜匳 形焊縫，形焊縫， 兩面對(duì)稱，兩面對(duì)稱， 焊縫厚度為焊縫厚度