焊接技術(shù)講座

1、徐州重型機(jī)械有限公司焊 接 技 術(shù) 培 訓(xùn) 及 講 座第一章 焊接應(yīng)力與變形第一節(jié) 焊接應(yīng)力焊接應(yīng)力按產(chǎn)生的原因可分為熱應(yīng)力和殘余應(yīng)力等。一、熱應(yīng)力焊件在焊接熱源的局部加熱下，受熱區(qū)域與未受熱區(qū)存在著較大的溫度差。由于金屬材料遵循熱脹冷縮原理，因此受熱區(qū)會(huì)發(fā)生膨脹產(chǎn)生“膨脹應(yīng)力”，而其周圍的未受熱區(qū)則會(huì)阻止其膨脹產(chǎn)生與其大小相等的拘束應(yīng)力（作用與反作用力）。在此狀態(tài)下，受熱區(qū)在拘束應(yīng)力作用下承受著壓應(yīng)力，而其周圍未受熱區(qū)在膨脹應(yīng)力的作用下則承受著拉應(yīng)力。由于這些（拉壓）應(yīng)力是不均勻（局部）加熱造成的，所以稱之為“熱應(yīng)力”（實(shí)際上就是溫差應(yīng)力）。 如果加熱溫度較低，應(yīng)力低于金屬的屈服強(qiáng)度（即在彈

2、性極限內(nèi)），當(dāng)移除焊接熱源或焊件的溫度均勻化后，這些應(yīng)力將隨之消失。熱應(yīng)力的大小與不均勻加熱的溫度差（溫度梯度）成正比。二、焊接殘余應(yīng)力1、焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因 金屬物體在受熱時(shí)膨脹多少，冷卻時(shí)就要收縮多少。如果上述受熱區(qū)的溫度足夠高，受熱時(shí)膨脹又受阻（承受壓應(yīng)力）而發(fā)生塑性壓縮變形，當(dāng)溫度恢復(fù)（冷卻）到原來(lái)的（均勻化）狀態(tài)后，受熱區(qū)域會(huì)因發(fā)生塑性壓縮變形而不能回復(fù)到原始狀態(tài)，產(chǎn)生與膨脹時(shí)相反的內(nèi)應(yīng)力拉應(yīng)力。由于這一應(yīng)力是溫度恢復(fù)到原來(lái)（均勻化）狀態(tài)后殘留在焊件內(nèi)的應(yīng)力，所以稱之為“殘余應(yīng)力”。焊接熱源加熱時(shí)，溫度越高、溫度差（加熱不均勻程度）越大，受熱區(qū)域發(fā)生的塑性壓縮變形就越大，殘余應(yīng)力

3、也就越大。另外，當(dāng)受熱區(qū)的溫度超過(guò)AC1而發(fā)生相變時(shí)，伴隨相變出現(xiàn)的體積變化將產(chǎn)生新的應(yīng)力。如果焊件溫度恢復(fù)到原始（均勻化）狀態(tài)后相變的產(chǎn)物仍殘存在焊件內(nèi)，便會(huì)產(chǎn)生相變應(yīng)力。此應(yīng)力也是殘余應(yīng)力的一種。2、焊接殘余應(yīng)力的分布 在板厚<15-20mm時(shí)屬于常規(guī)焊接結(jié)構(gòu)，殘余應(yīng)力基本上是平面(雙軸)的，厚度方向的應(yīng)力很小，可以忽略。只有大厚板焊接結(jié)構(gòu)中，厚度方向上的應(yīng)力較大，應(yīng)予以考慮。、縱向應(yīng)力x對(duì)低碳鋼而言，焊縫和近縫區(qū)的縱向應(yīng)力是拉應(yīng)力，數(shù)值可以達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度。在靠近焊縫兩端向邊緣過(guò)渡區(qū)應(yīng)力越來(lái)越小，到達(dá)邊緣時(shí)為x=0。、橫向應(yīng)力Y垂直于焊縫的橫向應(yīng)力較為復(fù)雜，焊縫和近縫塑性變形區(qū)受

4、縱向和橫向兩個(gè)應(yīng)力共同作用。在垂直于焊縫方向的應(yīng)力分布情況是焊縫和兩側(cè)近縫區(qū)受拉應(yīng)力且最大，兩側(cè)再向外擴(kuò)延至邊緣是受壓應(yīng)力且邊緣上最大。沿焊縫長(zhǎng)度（縱向）方向的應(yīng)力分布情況為兩端部一段區(qū)域內(nèi)受壓且兩端頭邊緣最大，靠中間其它部位受拉。 、厚板中的殘余應(yīng)力Z x 、Y和Z三個(gè)應(yīng)力在板厚方向上的分布極不均勻，不同的焊接工藝其分布規(guī)律差別較大。如電渣焊時(shí)是厚度中心x 、Y最大，向上下表面逐漸降低為零。低碳鋼在多層焊時(shí)表面為較高的拉應(yīng)力。特別應(yīng)注意是，Y型坡口單面對(duì)接多層焊，其焊縫根部橫向應(yīng)力Y值極高，大大超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度S，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)到b從而導(dǎo)致焊縫根部開(kāi)裂。 、拘束狀態(tài)下的焊接應(yīng)力 這是對(duì)整體結(jié)構(gòu)

5、而言，所有焊接都是在受拘束的情況下進(jìn)行的，其應(yīng)力比較復(fù)雜，應(yīng)力場(chǎng)不是簡(jiǎn)單的疊加而是相互影響、相互作用，最大拉應(yīng)力可達(dá)到材料的S。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意分析，選擇焊接接頭形式及其布局以及施焊順序要盡可能合理，以減少或消除應(yīng)力。、封閉焊縫引起的內(nèi)應(yīng)力 這種結(jié)構(gòu)主要是指管件、容器、人孔和圓形鑲塊等圓形封閉焊縫。其應(yīng)力主要為徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力，這兩種應(yīng)力在焊縫和近縫區(qū)均為拉應(yīng)力。這種結(jié)構(gòu)的剛度較大，焊接時(shí)的拘束度也就較大，所以內(nèi)應(yīng)力也就越大。、相變應(yīng)力 金屬隨溫度發(fā)生相變時(shí)，比容將有一個(gè)突變（如奧氏體切變?yōu)轳R氏體），其體積也就隨之突變，當(dāng)膨脹受阻產(chǎn)生塑性變形時(shí)，冷卻到室溫后便產(chǎn)生了拉應(yīng)力。相變應(yīng)力與x

6、、Y相互作用，最終的應(yīng)力水平是三者的綜合。相變應(yīng)力的數(shù)值有時(shí)也相當(dāng)大，是造成冷裂的原因之一。3、焊接殘余應(yīng)力的影響、對(duì)靜載強(qiáng)度的影響 對(duì)于焊縫受拉應(yīng)力，兩側(cè)受壓應(yīng)力的焊件在外加載荷拉應(yīng)力的作用下，焊件內(nèi)部的應(yīng)力將發(fā)生變化。兩側(cè)受壓應(yīng)力的區(qū)域隨著拉應(yīng)力的增加逐漸減小而轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力，而受拉應(yīng)力的區(qū)域（焊縫）將與載荷的作用力疊加。如果焊件材料具有良好的塑性，當(dāng)疊加后的峰值應(yīng)力先期達(dá)到S（屈服）時(shí)，該區(qū)的應(yīng)力不會(huì)增加，而是產(chǎn)生局部塑性變形。其余應(yīng)力未達(dá)到S的區(qū)域隨著外力的增加應(yīng)力繼續(xù)增加，截面上的應(yīng)力通過(guò)塑性變形逐漸均勻化，直至構(gòu)件整個(gè)截面上的應(yīng)力均達(dá)到S而全面均勻化（但此時(shí)不能再增加外力載荷）。由此

7、可見(jiàn)，對(duì)于塑性良好的金屬材料，焊接殘余應(yīng)力的存在并不影響構(gòu)件的靜載強(qiáng)度。但是，就焊接接頭而言（即便是低碳鋼）其焊縫和過(guò)熱區(qū)因晶粒粗大而呈現(xiàn)不同程度的脆性，不可能全部進(jìn)行塑性變形。這樣當(dāng)工作載荷作用力不斷增加并與殘余應(yīng)力疊加后，脆性區(qū)的應(yīng)力峰值也不斷增加，直至達(dá)到材料的強(qiáng)度極限b而先在該區(qū)發(fā)生破壞（局部破壞），最終導(dǎo)致整個(gè)構(gòu)件斷裂。因此，焊接殘余應(yīng)力的存在，明顯降低了脆性材料構(gòu)件的靜載強(qiáng)度。、對(duì)受壓桿件穩(wěn)定性的影響 由前面分析可知，焊接殘余應(yīng)力（內(nèi)應(yīng)力）在構(gòu)件中是拉、壓應(yīng)力共存且是平衡（相等）的。對(duì)于受壓構(gòu)件，其截面上受壓區(qū)域的內(nèi)應(yīng)力將與外加載荷引起的壓應(yīng)力相疊加，使該區(qū)域先期達(dá)到材料的屈服極限

8、S，該區(qū)的應(yīng)力不再增加，從而導(dǎo)致該區(qū)域喪失了承載的能力。這相當(dāng)于減少了構(gòu)件的有效承載面積。這種壓應(yīng)力的存在會(huì)使構(gòu)件穩(wěn)定性明顯下降，造成局部或整體失穩(wěn)，產(chǎn)生變形。、對(duì)加工精度的影響 焊接內(nèi)應(yīng)力的存在會(huì)使工件變形，從而影響工件的加工精度。焊接內(nèi)應(yīng)力是不穩(wěn)定的，它隨時(shí)間而不斷變化（時(shí)效），但不同材料中的內(nèi)應(yīng)力不穩(wěn)定程度有較大差異。如低碳鋼Q235在20室溫下存放，原始應(yīng)力24000N/2，經(jīng)過(guò)兩個(gè)月降低了2.5%。而在100下存放，應(yīng)力降低為20的5倍。隨著存放溫度的上升，應(yīng)力降低的百分比迅速增加（隨著存放溫度的提高，應(yīng)力降低的越多、越快）?？梢?jiàn)，溫度的影響遠(yuǎn)大于時(shí)間的影響。對(duì)于中碳鋼及合金鋼等易于

9、焊后產(chǎn)生馬氏體的材料，室溫存放過(guò)程中殘余奧氏體不斷轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。因馬氏體比容較大，轉(zhuǎn)變過(guò)程中馬氏體的體積會(huì)不斷膨脹（產(chǎn)生與焊接內(nèi)應(yīng)力相反的組織應(yīng)力），使得內(nèi)應(yīng)力因馬氏體的轉(zhuǎn)變而降低，且降低的百分比遠(yuǎn)超過(guò)低碳鋼。 低碳鋼焊后的組織相對(duì)較穩(wěn)定，所以其尺寸的穩(wěn)定性比合金鋼要高些，但長(zhǎng)期存放中因蠕變和應(yīng)力松弛，尺寸仍會(huì)有少量變化。因此，若要保證構(gòu)件的精度最徹底和最有效的辦法就是先進(jìn)行焊后熱處理消除焊接內(nèi)應(yīng)力，然后再進(jìn)行構(gòu)件加工。、對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的影響、 應(yīng)力腐蝕（Scc）開(kāi)裂是拉應(yīng)力和腐蝕共同作用下產(chǎn)生裂紋的一種現(xiàn)象。 產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)具備三個(gè)條件：拉應(yīng)力、腐蝕環(huán)境和時(shí)間。 能否發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和導(dǎo)

10、致構(gòu)件斷裂所需的時(shí)間與應(yīng)力的大小有關(guān)，應(yīng)力越大，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的幾率越高，發(fā)生斷裂的時(shí)間越短，反之亦反。 由此可見(jiàn)，焊接殘余應(yīng)力的存在提高了構(gòu)件的應(yīng)力水平，增加了產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的幾率、縮短了發(fā)生脆性斷裂的時(shí)間。所以，為防止應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，要盡可能減小或消除焊接殘余應(yīng)力。 第二節(jié) 焊接（殘余）變形一、金屬的變形金屬物體的變形有彈性變形、塑性變形，自由變形和非自由變形。1、彈性和塑性變形 當(dāng)外力（殘余應(yīng)力）去除或溫度均勻化后變形隨即消失，金屬物體（焊件）恢復(fù)到原狀，這種變形稱之為彈性變形。而不能恢復(fù)原狀的變形則稱為塑性變形。2、自由和非自由變形 當(dāng)金屬物體（焊件）受熱或受熱發(fā)生了相變，其尺寸和幾

11、何形狀就要發(fā)生改變。如果這種變化未受到外界任何阻礙而自由進(jìn)行，這種變形就稱為自由變形。否則，受到阻礙的稱非自由變形。二、焊接（殘余）變形 焊接殘余變形是焊接后殘存于結(jié)構(gòu)中的變形。簡(jiǎn)稱“焊接變形”。1、焊接變形產(chǎn)生的原因綜上所述，焊接時(shí)，焊接熱源對(duì)焊件是局部加熱（溫度很高形成了熔池）且熱量較集中，受熱區(qū)與非受熱區(qū)的溫度梯度很大，焊接區(qū)加熱過(guò)程中膨脹受周圍阻礙發(fā)生了塑性（也發(fā)生了相變）變形，冷卻時(shí)收縮同樣受到周圍的阻礙，且在回復(fù)到室溫后而產(chǎn)生了仍殘留在焊接區(qū)內(nèi)的拉應(yīng)力，這就是焊接殘余應(yīng)力。當(dāng)殘余應(yīng)力足夠大并超過(guò)焊件內(nèi)的拘束應(yīng)力時(shí)焊件便發(fā)生變形。這就是焊接殘余變形。由此可知焊接殘余應(yīng)力是導(dǎo)致變形的直

12、接原因。2、焊接變形的分類 焊接變形大致可分為七類：縱向收縮變形、橫向收縮變形、撓曲變形、角變形、波浪變形、錯(cuò)邊變形（長(zhǎng)度方向）和扭曲（螺旋）變形等。第三節(jié) 焊接應(yīng)力與變形的控制一、設(shè)計(jì)方面1、合理選擇構(gòu)件截面，提高構(gòu)件的抗變形能力 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)要盡量使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、截面對(duì)稱、有足夠的剛度；避免采用易變形和不易矯正的結(jié)構(gòu)形式；盡量采用型鋼、彎曲成型件和沖壓件（如工字鋼、槽鋼、角鋼）等代替焊接結(jié)構(gòu)。2、合理選擇焊接接頭形式 在滿足承載能力的前提下，盡量采用簡(jiǎn)單、合理的接頭形式。減少應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的不均勻度（復(fù)雜程度），避免應(yīng)力集中。如對(duì)接接頭形式簡(jiǎn)單、受力狀態(tài)好、易于裝配和矯正以及熔敷金屬填充量少等優(yōu)

13、點(diǎn)。3、合理選擇焊縫截面和坡口形式 對(duì)于T形和十字接頭，在強(qiáng)度相等時(shí)，開(kāi)坡口熔敷金屬的填充量要少于不開(kāi)坡口，這對(duì)減小焊接應(yīng)力、變形和降低成本均有利。特別是大厚板角接接頭的開(kāi)坡口焊接經(jīng)濟(jì)意義更大。因?yàn)榻呛缚p的尺寸（截面積）與焊腳尺寸的平方成正比，用坡口焊縫代替角焊縫，可大大節(jié)省人力和物力，降低熱輸入，減小應(yīng)力和變形，改善焊縫的受力狀態(tài)等。對(duì)厚度不等的焊件，要合理組合焊縫，坡口開(kāi)在較薄的一側(cè)。在工藝條件許可時(shí)，達(dá)到一定厚度（如12mm以上）的焊件，盡量采用X（對(duì)稱）型坡口代替V型坡口。總之，在保證焊縫承載能力及工藝條件允許的前提下，應(yīng)盡量采用焊縫截面尺寸小的坡口形式，以減少熔敷金屬的填充量、改善焊

14、接熱循環(huán) 、減小應(yīng)力和變形為原則。不要誤以為焊縫越高、越寬大越好。因?yàn)椋瑢?duì)接焊縫的強(qiáng)度是按焊件（即焊縫）厚度來(lái)計(jì)算的，與焊縫的寬度無(wú)關(guān)。角焊縫是按腰高來(lái)計(jì)算的，但也并非焊腳越高強(qiáng)度就越高（后面有講）。不同厚度低碳鋼板的最小焊腳尺寸： 板厚mm67-1819-3031-5051-100 最小焊腳mm346810 4、盡量減少不必要的焊縫 許多鋼結(jié)構(gòu)在壁厚設(shè)計(jì)時(shí)就強(qiáng)度而言，完全可以滿足承載要求，但其剛性和穩(wěn)定性卻顯不足。為減輕重量和降低成本，往往采用較薄板加焊大量筋板的方法來(lái)提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和剛性。這樣不僅不經(jīng)濟(jì)（總重量并未減輕），大大增加了裝配和焊接工作量，而且增大了焊接應(yīng)力和變形。另外，不要誤

15、以為焊縫越多和所謂加強(qiáng)筋越多越好。而正確的概念是盡可能減少焊縫數(shù)量。5、合理的焊縫布局（焊縫位置） A、設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能將焊縫安排在構(gòu)件（截面）的中性軸或接近中性軸。 B、焊縫要盡可能分散均布，不要集中于某一區(qū)域。 C、避免十字交叉焊縫。 D、焊縫要避開(kāi)幾何形狀突變、復(fù)雜等易造成應(yīng)力集中部位。二、工藝方面1、合理控制熱輸入、在保證熔深和熔合良好的前提下，盡可能減小焊接電流；、合理地選用多層或多層多道焊（焊條電弧焊時(shí)最佳層焊厚度不超過(guò)焊條直接徑），盡可能使溫度均勻。、對(duì)長(zhǎng)焊道盡量采用分段跳焊，盡可能避免沿一個(gè)方向連續(xù)施焊。2、采用合理的焊接順序、盡可能使焊件伸縮自由，一般先焊短焊縫，后焊長(zhǎng)焊縫。、

16、雙面不對(duì)稱坡口，應(yīng)先焊坡口尺寸小（熔敷金屬少）的一側(cè)。、采用雙人或多人對(duì)稱焊，盡可能使焊件受熱（受力）均勻。3、選用合理的焊接方法不同的焊接方法（如埋弧焊、焊條電弧焊、熔化極和非熔化極氣體保護(hù)焊等），其熱輸入不同。所以要選用合適焊接方法。 4、合理選用焊接材料 不要片面追求焊接速度和生產(chǎn)效率而采用大直徑焊接材料（焊條或焊絲）。因?yàn)樵诒ＷC熔合良好的前提下，直徑越大焊接電流就必須隨之增大。這樣熱輸入就越大。 對(duì)異種鋼焊接和需焊打底過(guò)渡層時(shí)，要考慮焊材的線脹系數(shù)盡可能與母材相同。 5、合理的預(yù)熱或加熱減應(yīng)區(qū) 合理的預(yù)熱可以減少焊接區(qū)域與其周圍母材的溫差（溫度梯度），從而降低焊接殘余應(yīng)力及其引起的變形

17、。 加熱減應(yīng)區(qū)法是使該區(qū)域與焊縫伸縮同步（焊縫的伸縮有一定的自由度），從而減少應(yīng)力和變形。 6、反變形 7、剛性固定第二章 焊接的有關(guān)基本概念 第一節(jié) 焊接接頭一、 焊接接頭的組成和作用焊接接頭由四部分組成：焊縫（混合區(qū)）、熔合區(qū)、熱影響區(qū)和母材。焊接接頭的作用大致可分為三種：、工作接頭 該接頭在結(jié)構(gòu)中的作用是將一個(gè)構(gòu)件的力傳至另一個(gè)構(gòu)件，其一旦破壞將會(huì)影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全。所以，對(duì)工作接頭必須進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。、聯(lián)系接頭 該接頭的作用是將兩個(gè)或更多的構(gòu)件聯(lián)結(jié)成一整體，并不傳遞力，所以即使其破壞也不會(huì)影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全。這種接頭通常不作強(qiáng)度計(jì)算。 、密封接頭 這種接頭的作用主要是保證結(jié)構(gòu)的致密性，可

18、以同時(shí)是工作接頭和聯(lián)系接頭。二、 常用焊接接頭的基本形式1、對(duì)接接頭定義：兩件表面構(gòu)成大于或等于135o，小于或等于180o夾角的接頭。對(duì)接接頭用于連接同一平面中的構(gòu)件，是各種形式接頭中受力狀態(tài)最好、傳力效率最高、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單和最節(jié)省材料的一種接頭形式。其對(duì)對(duì)口邊緣加工和裝配要求較高。 2、角接接頭 定義：兩件端部構(gòu)成大于30o，小于135o夾角的接頭。 3、T形接頭 定義：一件之端面與另一件表面構(gòu)成直角或近似直角的接頭。這種接頭焊縫向母材過(guò)渡較急劇，接頭在外力作用下力線扭曲很大，造成應(yīng)力分布極不均勻，在角焊縫的根部和過(guò)渡處都有很大的應(yīng)力集中，受力狀態(tài)復(fù)雜，承載能力較差，所以不是焊接結(jié)構(gòu)理想的接

19、頭。4、搭接接頭 定義：兩件部分重疊構(gòu)成的接頭。 這種接頭一般用于不重要的構(gòu)件中，其應(yīng)力分布不均勻，疲勞強(qiáng)度較低，不是焊接結(jié)構(gòu)理想的接頭。5、十字接頭 定義：三個(gè)件裝配成“十”字形的接頭。 這種接頭的特點(diǎn)與T形接頭類同。三、 焊縫的基本形式焊縫是焊接接頭的一個(gè)組成部分。根據(jù)其承載情況焊縫可分為兩種。一種焊縫與被連接的構(gòu)件是串聯(lián)的，它承擔(dān)著傳遞全部載荷的作用，一旦斷裂，結(jié)構(gòu)就立即失效。故稱其為工作焊縫（屬于工作接頭）。另一種焊縫與被連接的構(gòu)件是并聯(lián)的，它傳遞很小的載荷，主要構(gòu)件之間相互聯(lián)系的作用，焊縫一旦斷裂，結(jié)構(gòu)不會(huì)立即失效。 1、對(duì)接焊縫 定義：在焊件的坡口面間或一零件坡口與另一零件表面間焊

20、接的焊縫 。 對(duì)接焊縫的的焊接邊緣分為卷邊、平對(duì)或加工成V型、X型、K形和U型坡口（坡口形式取決于焊件的厚度、焊接方法和焊接工藝）。對(duì)接焊縫開(kāi)坡口的根本目的是為了確保接頭的質(zhì)量及其經(jīng)濟(jì)性。對(duì)接焊縫的受力狀態(tài)最好，承載能力最強(qiáng)。2、角焊縫 定義：沿兩直交或近直交零件的交線索焊接的焊縫。 角焊縫是一種應(yīng)用最廣泛的焊縫，以角焊縫構(gòu)成的的各種接頭，其幾何形狀都有急劇變化，力線的傳遞比對(duì)接焊縫復(fù)雜的多，焊縫的根部和趾部的應(yīng)力集中較大。按承載方向的不同，角焊縫可分為三種： 焊縫與載荷方向垂直的正面角焊縫； 焊縫與載荷相平行的側(cè)面角焊縫； 焊縫與載荷相傾斜的斜向角焊縫。正面角焊縫的破斷往往與受力方向成200

21、300，但強(qiáng)度計(jì)算時(shí)仍以與受力方向成450的最小截面計(jì)算斷面（按切應(yīng)力計(jì)算）。正面角焊縫的強(qiáng)度比側(cè)面角焊縫高20%-30%，側(cè)面角焊縫沿焊縫長(zhǎng)度上的分布是不均勻的。正面角焊縫的單位長(zhǎng)度承載能力并非與焊腳K的高度成正比，單位面積的強(qiáng)度K20mm時(shí)比K10mm時(shí)約降低20%（但屈服強(qiáng)度并不降低）。靜載時(shí)，如母材塑性良好，角焊縫的截面形狀對(duì)承載能力無(wú)明顯影響。但動(dòng)載時(shí)，表面凹形比平形的承載能力高，凸形最低。四、焊接接頭與焊縫焊縫只是焊接接頭的一個(gè)組成部分，焊接接頭的形式有多種，而焊縫歸納起來(lái)一般只有兩種：對(duì)接焊縫和角焊縫。由上述焊接接頭和焊縫的形式及定義可知，角焊縫一定是角接接頭，但角接接頭不一定就

22、是角焊縫。如開(kāi)坡口全焊透或部分焊透的角接接頭就是由對(duì)接焊縫和角焊縫組合而成的焊縫，稱為“組合焊縫”。第三章 焊接接頭的一般性能 熔化焊焊接接頭是采用高溫?zé)嵩催M(jìn)行局部加熱而形成，是一個(gè)激烈而又快速的局部冶金過(guò)程。焊縫金屬是由焊接填充材料與部分母材熔融凝固形成的具有“鑄造”特征的組織，其化學(xué)成分、組織和力學(xué)性能既不同于母材，也不同于焊材，而是兩者的混合體(稱之為混合區(qū))。近縫區(qū)受焊接熱循環(huán)和熱塑性變形的影響，組織和性能均會(huì)發(fā)生變化，特別是熔合線附近（稱熔合區(qū)）的變化更為明顯。因此，焊接接頭是一個(gè)不均勻體，缺陷無(wú)處不在（宏觀和微觀缺陷）。焊接接頭因焊縫的形狀和布置的不同而產(chǎn)生不同程度的應(yīng)力集中、殘余

23、應(yīng)力、變形和高剛性就構(gòu)成了焊接接頭的基本屬性。第一節(jié) 影響焊接接頭性能的基本因素 焊接結(jié)構(gòu)的破壞，大多從焊接接頭處開(kāi)始。因此焊接接頭性能的優(yōu)劣是能否保障焊接結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)。影響焊接接頭性能的因素很多，但歸納起來(lái)，大體可分為力學(xué)因素和冶金因素兩個(gè)方面。而這些因素又主要來(lái)源于結(jié)構(gòu)材料、焊接材料、設(shè)計(jì)、制造工藝和使用條件等。一、力學(xué)因素在力學(xué)方面影響焊接接頭性能的因素，主要為接頭形狀的不連續(xù)性、焊接缺陷殘余應(yīng)力、和焊接變形。這些缺陷造成的不連續(xù)性都是應(yīng)力集中的根源。特別是焊接缺陷中的未熔合和裂紋，往往是接頭破壞的直接起點(diǎn)。二、冶金因素 在冶金方面影響焊接接頭性能的因素，主要為焊接熱循環(huán)引起的組織變化

24、和焊接過(guò)程中熱塑性變形循環(huán)所產(chǎn)生的材質(zhì)變化。此外，焊后熱處理和矯正變形等工序都可能影響接頭的性能。第二節(jié) 焊接熱影響區(qū)（HAZ）及其性能 定義：焊接或切割過(guò)程中，材料因受熱的影響（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。熱影響區(qū)是焊接接頭的一個(gè)組成部分，其性能直接影響整個(gè)接頭的性能。在焊接熱循環(huán)的作用下，根據(jù)(不易淬火鋼)組織變化的特點(diǎn)，熱影響區(qū)可分為過(guò)熱（粗晶）區(qū)、重結(jié)晶（正火或細(xì)晶）區(qū)、不完全重結(jié)晶（不完全正火或部分相變）區(qū)和再結(jié)晶區(qū)。一、過(guò)熱區(qū) 該區(qū)緊鄰焊縫，溫度約為1100-1490（碳鋼）。由于加熱溫度很高，因此A晶粒長(zhǎng)得非常粗大，在快速冷卻下形成一種特殊的過(guò)熱組織魏氏組織（粗

25、大片狀F+片間P的混合體，脆性大）。這種魏氏組織的存在嚴(yán)重影響了金屬的塑性和韌性。焊接過(guò)程中，焊接熱輸入愈大，高溫停留時(shí)間愈長(zhǎng)，過(guò)熱愈嚴(yán)重，奧氏體晶粒長(zhǎng)得愈粗大，愈容易得到魏氏組織，焊接接頭的性能就愈差。這是低碳鋼焊接時(shí)引起熱影響區(qū)性能變壞的一個(gè)主要問(wèn)題。二、重結(jié)晶區(qū)該區(qū)溫度范圍大約在900-1100之間（Ac3以上），該區(qū)的主要特征是在加熱和冷卻過(guò)程中經(jīng)受了兩次重結(jié)晶相變的作用（特別是經(jīng)快速冷卻后），使晶粒得到了顯著的細(xì)化。對(duì)不易淬火鋼，其室溫組織為均勻而細(xì)小的F+P，相當(dāng)于經(jīng)正火處理后的細(xì)晶粒組織。因此，該區(qū)具有較高的綜合力學(xué)性能，甚至優(yōu)于母材。三、不完全重結(jié)晶區(qū)該區(qū)加熱的峰值溫度在Ac1

26、Ac3之間，約750-900。該區(qū)的特點(diǎn)是只有部分金屬經(jīng)受了重結(jié)晶相變，剩余部分為未經(jīng)重結(jié)晶的原始F晶粒。因此，該區(qū)是一個(gè)粗晶粒與細(xì)晶粒的混合區(qū)（混晶區(qū)），其室溫組織為原始粗大F+經(jīng)重結(jié)晶后的細(xì)小F+粒狀P。所以該區(qū)的性能也并不很好。四、再結(jié)晶區(qū) 在結(jié)晶與重結(jié)晶不同，重結(jié)晶時(shí)金屬內(nèi)部晶格要發(fā)生變化，即由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格（如加熱時(shí)由，冷卻時(shí)又由）。而再結(jié)晶是金屬在冷作變形加工過(guò)程中，破碎的晶粒被加熱到相變點(diǎn)Ac1以下某一再結(jié)晶溫度時(shí)再次恢復(fù)為完整的晶粒（破鏡重圓）。該區(qū)的室溫組織為等軸F，再結(jié)晶后因冷作變形產(chǎn)生的應(yīng)力和硬化現(xiàn)象消失，再結(jié)晶區(qū)的強(qiáng)度和硬度均低于冷作變形狀態(tài)的母材，但塑性和韌

27、性都得到改善。因此，再結(jié)晶區(qū)在整個(gè)焊接接頭中是一個(gè)軟化區(qū)。如果焊前母材是未經(jīng)冷作變形的熱軋鋼板或是退火狀態(tài)下的鋼板，在焊接熱影響區(qū)內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)再結(jié)晶區(qū)。關(guān)于藍(lán)脆區(qū)：在低碳鋼的焊接熱影響區(qū)內(nèi)，除了上述幾個(gè)組織不同于母材的區(qū)域外，還可能存在一個(gè)組織上與母材沒(méi)有差別，但塑性和韌性卻顯著低于母材的脆化區(qū)，通常稱為“藍(lán)脆區(qū)”。該區(qū)的溫度范圍可擴(kuò)大到200-750。關(guān)于這種脆化的機(jī)理目前尚不十分清楚，一般都認(rèn)為是由動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效而引起，即所謂“熱應(yīng)變脆化”，這種時(shí)效是焊接過(guò)程中熱和應(yīng)變同時(shí)作用（受熱和變形同時(shí)發(fā)生）下的時(shí)效。這類時(shí)效脆化都與固溶于鐵中的自由氮（N）含量關(guān)系密切。一般低碳鋼和低合金鋼中的自由N原子較多，所以它們的熱應(yīng)變脆化傾向較大，特別是低碳沸騰鋼的熱影響區(qū)中這種脆化較為嚴(yán)重。因此，低碳鋼和低合金鋼焊接時(shí)要注意熱影響區(qū)中Ac1以下區(qū)域的脆化問(wèn)題。第三節(jié) 焊接熱循環(huán)定義：在焊接熱源作用下，焊件上某點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化的過(guò)程，稱之為焊接熱循環(huán)。其實(shí)質(zhì)就是焊接溫度場(chǎng)的變化過(guò)程。一、焊接熱循環(huán)參數(shù)：1、加熱速度2、最高加熱（峰值）溫度3、相變點(diǎn)（Ac1）以上溫度停留時(shí)間4、冷卻速度(或冷卻時(shí)間)。二、影響焊接熱循環(huán)的因素1、熱輸入 定義：熔焊時(shí)，由焊接能源輸入給單位長(zhǎng)度焊縫上的熱能。公式表示為： q=IU/V 單位：J/mm 其中：I 焊接電流 單位：安培AU 電弧電壓 單位：伏特