13574機(jī)械制造基礎(chǔ)第10章焊接

1、第第1010章章 焊焊 接接 10.1 概概 述述 焊接是通過(guò)加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使焊件達(dá)到原子間結(jié)合的加工方法。 10.1.1 焊接的分類(lèi)焊接的分類(lèi) （1）熔焊 焊接過(guò)程中，將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法，稱(chēng)為熔焊。 （2）壓焊 焊接過(guò)程中必須對(duì)焊件施加壓力(加熱或不加熱)，以完成焊接的方法，稱(chēng)為壓焊。 （3）釬焊 采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)低于母材熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙，并與母材互相擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法，稱(chēng)為釬焊。 10.1.2 焊接的主要用途 （1）焊接主要用于制造金屬結(jié)構(gòu)件，如

2、鍋爐、壓力容器、船舶、橋梁、建筑、管道、車(chē)輛、起重機(jī)、海洋結(jié)構(gòu)、冶金設(shè)備。 （2）生產(chǎn)機(jī)器零件(或毛坯)，如重型機(jī)械和冶金設(shè)備中的機(jī)架、底座、箱體、軸、齒輪等；對(duì)于一些單件生產(chǎn)的特大型零件(或毛坯)，可通過(guò)焊接以小拼大，簡(jiǎn)化工藝。 （3）修補(bǔ)鑄、鍛件的缺陷和局部損壞的零件，這在生產(chǎn)中具有較大的經(jīng)濟(jì)意義。 世界上主要工業(yè)國(guó)家每年生產(chǎn)的焊件結(jié)構(gòu)約占鋼產(chǎn)量的45。第第1010章章 焊焊 接接 10.1.3 焊接的特點(diǎn) 焊接與鉚接等其他成形方法相比，具有以下特點(diǎn)： (1)能減輕結(jié)構(gòu)重量，節(jié)約大量金屬材料。 (2)能保證容器件具有較好的密封性。 (3)便于以小拼大，化大為小。 (4)可制造雙金屬結(jié)構(gòu)。

3、(5)但焊接也存在一些不足之處：如結(jié)構(gòu)不可拆，更換修理不方便；焊接接頭組織性能變壞在焊接應(yīng)力，容易產(chǎn)生焊接變形；容易出現(xiàn)焊接缺陷等。有時(shí)焊接質(zhì)量成為突出問(wèn)題，焊接接頭往往是鍋爐壓力容器等重要結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)特別注意。第第1010章章 焊焊 接接 10.1.4 焊接技術(shù)的發(fā)展方向 目前焊接技術(shù)正向高溫、高壓、高容量、高壽命、高生產(chǎn)率方向發(fā)展，并正在解決具有特殊性能材料的焊接問(wèn)題。如超高強(qiáng)度鋼、不銹鋼等特種鋼及有色金屬、異種金屬及復(fù)合材料的焊接。另外，焊接的自動(dòng)化程度也有了較大的進(jìn)展，如焊接機(jī)器人和遙控全方位焊接機(jī)的焊接。第第1010章章 焊焊 接接 10.2 熔焊冶金原理 熔焊按其所

4、用的焊接熱源不同分為電弧焊(如手工電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊等)、 電渣焊、氣焊、等離子弧焊、電子束焊、激光焊等多種方法。其冶金過(guò)程、結(jié)晶過(guò)程和接頭組織的變化規(guī)律是相似的。 10.2.1 焊接電弧 焊接電弧是熔化焊的能源。由焊接電源供給、具有一定電壓的兩極間或電極與母材間的氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象稱(chēng)為焊接電弧。電極可以是金屬絲、鎢極、碳棒或焊條。電弧中充滿(mǎn)了高溫電離氣體，并放出大量的光和熱。 第第1010章章 焊焊 接接 1. 焊接電弧的產(chǎn)生 焊接電弧的產(chǎn)生過(guò)程如圖10.1所示。第第1010章章 焊焊 接接 2. 焊接電弧的組成 (1) 陰極區(qū) 陰極區(qū)指電弧緊靠負(fù)電極的區(qū)域，此區(qū)域

5、很窄。 (2) 陽(yáng)極區(qū) 陽(yáng)極區(qū)指電弧緊靠正電極的區(qū)域，此區(qū)域較陰極區(qū)寬。 (3) 弧柱 弧柱指陰極區(qū)與陽(yáng)極區(qū)之間的部分。 用鋼焊條焊接鋼材時(shí)，陰極區(qū)產(chǎn)生的熱量約占電弧總熱量的36，溫度約為2400 K。陽(yáng)極區(qū)產(chǎn)生的熱量約占電弧總熱量的43，溫度約為2 600 K?；≈行臏囟瓤蛇_(dá)60008000 K。第第1010章章 焊焊 接接 3. 焊接電弧的極性及應(yīng)用 焊接電弧的熱量與焊接電流的平方和電壓的乘積成正比，電流愈大，電弧產(chǎn)生的總熱量就愈大。在焊接厚板時(shí)，可將工件接在陽(yáng)極(稱(chēng)正接)，使工件有足夠的熔深；而焊接薄板時(shí)，應(yīng)將工件接在陰極(稱(chēng)反接)，可防止因熔深過(guò)大而燒穿。交流電源焊接時(shí)，由于電流正負(fù)

6、極交替變化，故無(wú)正反接之分。 焊接過(guò)程中，電弧常會(huì)產(chǎn)生偏移，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電弧偏吹。最常見(jiàn)的電弧偏吹是受磁力作用而產(chǎn)生的磁偏吹。電弧偏吹對(duì)焊接工藝及焊件質(zhì)量具有很大影響。在焊接生產(chǎn)中應(yīng)引起重視。第第1010章章 焊焊 接接 10.2.2 熔焊原理 熔焊從母材和焊條被加熱熔化，到熔池的形成、停留、結(jié)晶，要發(fā)生一系列的冶金化學(xué) 反應(yīng)，從而影響焊縫的化學(xué)成分、組織和性能。 1. 熔焊冶金特點(diǎn) (1) 焊縫塑性和韌性下降 (2) 焊縫易產(chǎn)生氣孔和夾渣 2. 熔焊時(shí)應(yīng)采取的措施 （1）造成保護(hù)氣氛 （2）添加合金元素第第1010章章 焊焊 接接 10.3 常用焊接方法 目前常用的焊接方法有手工電弧焊、氣焊

7、、埋弧自動(dòng)焊、氣體保護(hù)焊、電渣焊、電子束焊、激光焊、電阻焊、摩擦焊、超聲波焊、釬焊等。 10.3.1 手工電弧焊 手工電弧焊是用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法。 1. 手工電弧焊電源 （1）對(duì)手工電弧焊電源的要求 手工電弧焊電源應(yīng)具有適當(dāng)?shù)目蛰d電壓和較高的引弧電壓，以利于引弧，保證安全；當(dāng)電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，焊接電流增大，電弧電壓應(yīng)急劇下降；還應(yīng)保證焊條與焊件短路時(shí)，短路電流不應(yīng)太大；同時(shí)焊接電流應(yīng)能靈活調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的焊件及焊條的要求。第第1010章章 焊焊 接接 （2）手工電弧焊電源的種類(lèi) 常用手工電弧焊電源的種類(lèi)有交流弧焊機(jī)、直流弧焊機(jī)和逆變焊機(jī)等。 交流弧焊機(jī) 它是一種特殊的降壓變壓器

8、，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪聲小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但電弧穩(wěn)定性較差。 直流弧焊機(jī) 直流弧焊機(jī)主要有弧焊發(fā)電機(jī)(由一臺(tái)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)直流弧焊發(fā)電機(jī)組成)和焊接整流器(整流式直流弧焊機(jī))兩種類(lèi)型。 逆變焊機(jī) 逆變電源是近幾年發(fā)展起來(lái)的新一代焊接電源，它從電網(wǎng)吸取三相380V交流電，經(jīng)整流濾波成直流，然后經(jīng)逆變器變成頻率為200030000Hz的交流電，再經(jīng)單相全波整流和濾波輸出。第第1010章章 焊焊 接接 2. 焊條 （1）焊條的組成和作用 焊條是涂有藥皮的供手工電弧焊使用的熔化電極，由藥皮和焊芯兩部分組成。 焊芯 焊芯在焊接過(guò)程中既是導(dǎo)電的電極，同時(shí)本身又熔化作為填充金屬，與熔化的母材共同形成焊縫金

9、屬。 藥皮 藥皮是壓涂在焊芯表面的涂料層，主要作用是在焊接過(guò)程中造氣造渣，起保護(hù)作用，防止空氣進(jìn)入焊縫，并防止焊縫高溫金屬不被空氣氧化；以免產(chǎn)生脫氧、脫硫、脫磷和滲合金等缺陷；并具有穩(wěn)弧、脫渣等作用，以保證焊條具有良好的工藝性能，形成美觀(guān)的焊縫。第第1010章章 焊焊 接接 （2）焊條的分類(lèi) 焊條按用途分為：碳鋼焊條、低合金鋼焊條、鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條、低溫鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條、特殊用途焊條。 焊條按藥皮性質(zhì)分為酸性焊條和堿性焊條兩類(lèi)。 酸性焊條 酸性焊條的熔渣呈酸性，藥皮中含有大量的酸性氧化物。其優(yōu)點(diǎn)是熔渣呈玻璃狀，容易脫渣；焊

10、接時(shí)由于保護(hù)氣氛的燃燒使熔池沸騰，能繼續(xù)除去金屬熔池中的氣體，所以對(duì)焊件上的油、銹、污不敏感，表現(xiàn)為工藝性能較好，電弧穩(wěn)定，交、直流弧焊機(jī)均可使用。第第1010章章 焊焊 接接 堿性焊條 堿性焊條的熔渣以堿性氧化物為主，由于堿性焊條焊縫金屬中含錳量比酸性焊條多，而有害元素(硫、磷、氫等)比酸性焊條少，故堿性焊條的力學(xué)性能(尤其是塑性和韌性)比酸性焊條好，且抗裂性好。第第1010章章 焊焊 接接 3. 焊條的型號(hào)和牌號(hào) （1）焊條型號(hào) 焊條型號(hào)是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的焊條代號(hào)。碳鋼焊條型號(hào)是根據(jù)熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度、藥皮類(lèi)型、焊接位置和焊接電流種類(lèi)劃分的（參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)或有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）。焊條型號(hào)中字母“E

11、”表示焊條；前兩位數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值；第三位數(shù)字表示焊條的焊接位置，“0”和“1”表示焊條適用于全位置焊接(平焊、立焊、仰焊、橫焊)，“2”表示焊條適用于平焊和平角焊，“4”表示焊條適用于向下立焊；第三和第四位數(shù)字組合時(shí)表示焊接電流種類(lèi)及藥皮類(lèi)型。 例如E4303，E焊條；43熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度43kgfmm2(420 MPa)；0焊條適用于全位置焊接；3鈦鈣型焊條藥皮，電流種類(lèi)為交流或直流。第第1010章章 焊焊 接接 （2）焊條牌號(hào) 焊條牌號(hào)是焊條行業(yè)統(tǒng)一的焊條代號(hào)。各種焊條牌號(hào)前都冠以相應(yīng)的拼音字母(或漢字)，其后由三位數(shù)字組成。拼音字母(或漢字)表示焊條各大類(lèi)，其后的前兩

12、位數(shù)字表示各大類(lèi)中的若干小類(lèi)，第三位數(shù)字表示藥皮類(lèi)型和電源種類(lèi)。 如J422，“J”表示結(jié)構(gòu)鋼焊條；“42”表示焊縫金屬抗拉強(qiáng)度不低于420 MPa(43 kgmm2)；“2”表示鈦鈣型藥皮，直流或交流。焊條牌號(hào)應(yīng)符合相應(yīng)焊條型號(hào)的技術(shù)要求。第第1010章章 焊焊 接接 4. 焊條的選用 （1）按強(qiáng)度等級(jí)和化學(xué)成分選用焊條 焊接一般結(jié)構(gòu)，如低碳鋼、低合金鋼結(jié)構(gòu)件時(shí)，一般選用與焊件強(qiáng)度等級(jí)相同的焊條，而不考慮化學(xué)成分相同或相近。 焊接異種結(jié)構(gòu)鋼時(shí)，按強(qiáng)度等級(jí)低的鋼種選用焊條。 焊接特殊性能鋼種，如不銹鋼、耐熱鋼時(shí)，應(yīng)選用與焊件化學(xué)成分相同或相近的特種焊條。 焊件的碳、硫、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大時(shí)，應(yīng)選用

13、堿性焊條。 焊接鑄造碳鋼或合金鋼時(shí)，因?yàn)樘己秃辖鹪氐馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，而且多數(shù)鑄件厚度、剛度較大，形狀復(fù)雜，故一般選用堿性焊條。第第1010章章 焊焊 接接 （2）按焊件的工作條件選用焊條 焊接承受動(dòng)載荷、交變載荷及沖擊載荷的結(jié)構(gòu)件時(shí)，應(yīng)選用堿性焊條。 焊接承受靜載荷的結(jié)構(gòu)件時(shí)，可選用酸性焊條。 焊接表面帶有油、銹、污等難以清理的結(jié)構(gòu)件時(shí)，應(yīng)選用酸性焊條。 焊接在特殊條件(如在腐蝕介質(zhì)、高溫等條件)下工作的結(jié)構(gòu)件時(shí)，應(yīng)選用特殊用途焊條。第第1010章章 焊焊 接接 （3）按焊件的形狀、剛度及焊接位置選用焊條 厚度、剛度大，形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，應(yīng)選用堿性焊條。 厚度、剛度不大，形狀一般，尤其是均可采

14、用平焊的結(jié)構(gòu)件，應(yīng)根據(jù)具體焊件選用合適的酸性焊條。 除平焊外，立焊、橫焊、仰焊等焊接位置的結(jié)構(gòu)件應(yīng)選用全位置焊條。 此外，還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選用適當(dāng)?shù)暮笚l。如需用低氫型焊條，又缺少直流弧焊電源時(shí)，應(yīng)選用加入穩(wěn)弧劑的低氫型交、直流兩用的焊條。第第1010章章 焊焊 接接 5. 手工電弧焊焊接工藝規(guī)范 焊接工藝規(guī)范包括焊條型號(hào)(牌號(hào))、焊條直徑、焊接電流、坡口形狀、焊接層數(shù)等參數(shù)的選擇。其中有些已在前面述及，現(xiàn)僅就焊條直徑、焊接電流和焊接層數(shù)的選擇問(wèn)題簡(jiǎn)述如下。 （1）焊條直徑的選擇 焊條直徑主要取決于焊件厚度、接頭形式、焊縫位置、焊(道)數(shù)等因素。平焊時(shí)根據(jù)焊件厚度選用焊條的原則見(jiàn)表10.1。焊件

15、厚度 /mm224410121414焊條直徑 /mm1.52.02.53.23.24455表10.1 焊條直徑的選擇第第1010章章 焊焊 接接 （2）焊接電流的選擇 焊接電流主要根據(jù)焊條直徑來(lái)選擇，對(duì)平焊低碳鋼和低合金鋼焊件，焊條直徑為36mm時(shí)，其電流大小可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式選擇： I=（3050）d 式中 I焊接電流（A）； d焊條直徑（mm）。 實(shí)際工作時(shí)，電流的大小還應(yīng)考慮焊件厚度、接頭型式、焊接位置和焊條種類(lèi)等因素。 第第1010章章 焊焊 接接 10.3.2 埋弧自動(dòng)焊 埋弧自動(dòng)焊是將焊條電弧焊的引弧、焊條送進(jìn)、電弧移動(dòng)幾個(gè)動(dòng)作改由機(jī)械自動(dòng)完成，電弧在焊劑層下燃燒。 1. 埋弧自動(dòng)焊的

16、焊接過(guò)程 埋弧自動(dòng)焊機(jī)由焊接電源、焊車(chē)和控制箱三部分組成。常用焊機(jī)型號(hào)有MZ一1000和MZl1000兩種。“MZ”表示埋弧自動(dòng)焊機(jī)，“1000”表示額定電流為1000A。 埋弧自動(dòng)焊接過(guò)程縱斷面如圖10.2所示。第第1010章章 焊焊 接接 2. 焊接材料 埋弧自動(dòng)焊焊接材料有焊絲和焊劑。焊絲除了作電極和填充材料外，還司以起到滲合金、脫氧、去硫等冶金作用。焊劑的作用相當(dāng)于焊條藥皮，分為熔煉焊劑和非熔煉焊劑兩類(lèi)，非熔煉焊劑又可分為燒結(jié)焊劑和粘結(jié)焊劑兩種。熔煉焊劑主要起保護(hù)作用；非熔煉焊劑除保護(hù)作用外，還有冶金處理作用。 3. 埋弧焊工藝 埋弧焊對(duì)下料、坡口準(zhǔn)備和裝配要求均較高。裝配時(shí)要求用優(yōu)質(zhì)

17、焊條點(diǎn)固。由于埋弧焊焊接電流大、熔深大，因此板厚在24mm以下的工件可以采用I形坡口單面焊或雙面焊。但一般板厚10mm就開(kāi)坡口，常用V形坡口、X形坡口、U形坡口和組合形坡口。能采用雙面焊的均采用雙面焊，以便焊透，減少焊接變形。第第1010章章 焊焊 接接 埋弧焊一般在平焊位置焊接，由于引弧處和斷弧處焊縫質(zhì)量不易保證，焊前可在接縫兩端焊上引弧板和引出板，如圖10.3所示，焊后再去掉。為保證焊縫成形和防止燒穿，生產(chǎn)中常用焊劑墊和墊板，如圖10.4所示，或用焊條電弧焊封底 第第1010章章 焊焊 接接埋弧焊焊接筒體環(huán)焊縫時(shí)采用滾輪架，使筒體(工件)轉(zhuǎn)動(dòng)，焊絲位置不動(dòng)。為防止熔池金屬和熔渣從筒體表面流

18、失，保證焊縫成形良好，機(jī)頭應(yīng)逆旋轉(zhuǎn)方向偏離焊件中心一定距離a起焊，如圖10.5所示。第第1010章章 焊焊 接接 4. 埋弧焊的特點(diǎn)和應(yīng)用 埋弧自動(dòng)焊與手工電弧焊相比，有以下特點(diǎn)： （1）埋弧焊電流比手工電弧焊高68倍，不須更換焊條，沒(méi)有飛濺，生產(chǎn)率提高510倍。 （2）埋弧焊焊劑供給充足，保護(hù)效果好，冶金過(guò)程完善，焊接工藝參數(shù)穩(wěn)定，焊接質(zhì)量好且穩(wěn)定；對(duì)操作者技術(shù)要求低，焊縫成形美觀(guān)。 （3）改善了勞動(dòng)條件，沒(méi)有弧光，沒(méi)有飛濺，煙霧也很少，勞動(dòng)強(qiáng)度較輕。 （4）埋弧焊適應(yīng)性差，只焊平焊位置，通常焊接直縫和環(huán)縫，不能焊空間位置焊縫和不規(guī)則焊縫。 （5）設(shè)備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，投資大，裝配要求高，調(diào)整等準(zhǔn)

19、備工作量較大。第第1010章章 焊焊 接接 10.3.3 氣體保護(hù)焊 1. 氬弧焊 氬弧焊是使用氬氣作為保護(hù)氣體的氣體保護(hù)焊。 按所用電極不同，氬弧焊分為鎢極(非熔化極)氬弧焊(圖10.6a)和熔化極(金屬極)氬弧焊(圖10.6b)兩種。第第1010章章 焊焊 接接 2. C02氣體保護(hù)焊 C02氣體保護(hù)焊是以C02作為保護(hù)氣體，以焊絲作電極，以自動(dòng)或半自動(dòng)方式進(jìn)行焊接。 C02氣體在電弧高溫下能分解，有氧化性，會(huì)燒損合金元素。因此，不能用來(lái)焊接有色金屬和合金鋼。C02氣體保護(hù)焊的焊接裝置如圖137所示。 第第1010章章 焊焊 接接 10.3.4 電渣焊 電渣焊是利用電流通過(guò)液態(tài)熔渣所產(chǎn)生的

20、電阻熱加熱熔化母材與電極的焊接方法。按電極形式分為絲極電焊渣、板極電渣焊、熔嘴電渣焊和管極電渣焊。如圖108所示.第第1010章章 焊焊 接接 10.3.5 電阻焊 電阻焊是焊件組合后通過(guò)電極施加壓力，利用電流通過(guò)接觸處及焊件附近產(chǎn)生的電阻熱，將焊件加熱到塑性或局部熔化狀態(tài)，再施加壓力形成焊接接頭的焊接方法。分為點(diǎn)焊、縫焊、對(duì)焊三種，如圖10.9。 第第1010章章 焊焊 接接 1. 點(diǎn)焊 點(diǎn)焊是利用柱狀電極通電加壓在搭接的兩焊件間產(chǎn)生電阻熱，使焊件局部熔化形成一個(gè)熔核，將接觸面焊成一個(gè)焊點(diǎn)的一種焊接方法。 2. 縫焊 縫焊過(guò)程與點(diǎn)焊相似，都屬于搭接電阻焊。 3. 對(duì)焊 (1) 電阻對(duì)焊 電阻

21、對(duì)焊是將兩個(gè)工件裝夾在對(duì)焊機(jī)電極鉗口內(nèi)，先加預(yù)壓使兩焊件端面壓緊，再通電加熱，使被焊處達(dá)到塑性溫度狀態(tài)后斷電并迅速加壓頂鍛，使高溫端面產(chǎn)生一定塑性變形而完成焊接。 (2) 閃光對(duì)焊 閃光對(duì)焊是兩焊件先不接觸，接通電源，再移動(dòng)焊件使之接觸。第第1010章章 焊焊 接接 10.3.6 釬焊 釬焊是采用熔點(diǎn)比母材低的金屬材料作釬料，將焊件與釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，低于母材熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙，并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接的焊接方法。 釬焊按釬料熔點(diǎn)分為軟釬焊和硬釬焊兩大類(lèi)。 1. 軟釬焊 釬料熔點(diǎn)在450以下的釬焊叫軟釬焊。 2. 硬釬焊 硬釬焊釬料熔點(diǎn)在450以上，接頭強(qiáng)度較

22、高，都在200MPa以上。釬焊構(gòu)件的接頭形式均采用搭接或套件鑲接,如圖10.10所示。第第1010章章 焊焊 接接第第1010章章 焊焊 接接 10.4 焊接應(yīng)力、變形及其防止措施。 10.4.1 焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生 以平板對(duì)接焊為例來(lái)分析應(yīng)力和變形的產(chǎn)生過(guò)程，如圖10.11所示。第第1010章章 焊焊 接接 10.4.2 焊接變形的基本形式 焊接時(shí)，在任何情況下焊接應(yīng)力總是存在的。但由于焊接方法、工件材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等因素，會(huì)產(chǎn)生不同的變形形式。焊接變形的基本形式如圖10.12所示。 第第1010章章 焊焊 接接 10.4.3 預(yù)防焊接變形的工藝措施 預(yù)防焊接變形的方法有： 1. 反變形法 通過(guò)

23、試驗(yàn)或計(jì)算，預(yù)先確定焊后可能發(fā)生變形的大小和方向，將工件安裝在相反方向位置上，或預(yù)先使焊件向相反方向變形，以抵消焊后所發(fā)生的變形，如圖10.13所示。第第1010章章 焊焊 接接 2. 剛性固定法 當(dāng)焊件剛性較小時(shí)，可利用外加剛性固定以減小焊接變形，如圖10.14所示。這種方法能有效地減小焊接變形，但會(huì)產(chǎn)生大的焊接應(yīng)力。 第第1010章章 焊焊 接接 3. 合理安排焊接次序 合理的焊接順序是盡可能使焊件能自由收縮，對(duì)稱(chēng)截面梁焊接次序要交替進(jìn)行。焊接長(zhǎng)焊縫(1m以上)可采用退焊法、跳焊法、分中對(duì)稱(chēng)焊法等，如圖10.15所示。第第1010章章 焊焊 接接 4. 焊前預(yù)熱、焊后處理 預(yù)熱可以減小焊件

24、各部分溫差，降低焊后冷卻速度，減小殘余應(yīng)力。在允許的條件下，焊后進(jìn)行去應(yīng)力退火或用錘子均勻地敲擊焊縫，使之得到延伸，均可有效地減小殘余應(yīng)力，從而減小焊接變形。第第1010章章 焊焊 接接 10.4.4 焊接變形的矯正 1. 機(jī)械矯正法 在機(jī)械力的作用下矯正焊接變形，使焊件恢復(fù)到要求的形狀和尺寸。如圖10.16所示。 2. 火焰矯正法 利用氧一乙炔焰對(duì)焊件適當(dāng)部分加熱，利用加熱時(shí)的壓縮塑性變形和冷卻時(shí)的收縮變形來(lái)矯正原來(lái)的變形，如圖10.17所示。第第1010章章 焊焊 接接 10.5 常用金屬材料的焊接 10.5.1 金屬材料的焊接性 1. 金屬焊接性概念 金屬焊接性是金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)

25、性。 2. 金屬焊接性的評(píng)定 鋼中的碳和合金元素對(duì)鋼的焊接性的影響程度是不同的。碳的影響最大，其他合金元素可以折合成碳的影響來(lái)估算被焊材料的焊接性。換算后的總和稱(chēng)為碳當(dāng)量。 （2）焊接性試驗(yàn) 焊接性試驗(yàn)是評(píng)價(jià)金屬焊接性最為準(zhǔn)確的方法。例如焊接裂紋試驗(yàn)、接頭力學(xué)性能試驗(yàn)、接頭腐蝕性試驗(yàn)等。第第1010章章 焊焊 接接 10.5.2 碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的焊接 1. 低碳鋼的焊接 低碳鋼的含碳量為c0.25，碳當(dāng)量小，沒(méi)有淬硬傾向，冷裂傾向小，焊接性良好。除電渣焊外，焊前一般不需要預(yù)熱，焊接時(shí)不需要采取特殊工藝措施，適合各種方法焊接。只有板厚大于50mm，在0以下焊接時(shí)，應(yīng)預(yù)熱10015

26、0。 對(duì)于沸騰鋼，硫、磷雜質(zhì)含量較高且分布不均勻，焊接時(shí)裂紋傾向較大；厚板焊接時(shí)還有層狀撕裂傾向。因此，重要結(jié)構(gòu)應(yīng)選用鎮(zhèn)靜鋼焊接。 在手工電弧焊中，一般選用E4303(結(jié)422)和E4315(結(jié)427)焊條；埋弧自動(dòng)焊，常選用H08A或H08MnA焊絲和HJ431焊劑。第第1010章章 焊焊 接接 2. 中碳鋼的焊接 中碳鋼的含碳量為0.250.6，當(dāng)c0.4，其焊接特點(diǎn)是淬硬傾向和冷裂紋傾向較大；焊縫金屬熱裂傾向較大。因此，焊前必須預(yù)熱至150250。焊接中碳鋼常用手工電弧焊，選用E5015(結(jié)507)焊條。采用細(xì)焊條、小電流、開(kāi)坡口、多層焊，盡量防止含碳量高的母材過(guò)多地熔入焊縫。焊后應(yīng)緩慢

27、冷卻，防止冷裂紋的產(chǎn)生。厚件可考慮用電渣焊。 3. 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的焊接 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼一般采用焊條電弧焊和埋弧自動(dòng)焊，焊接含有其他合金元素和強(qiáng)度等級(jí)較高的材料時(shí)，應(yīng)選擇適宜的焊接方法，制定合理的焊接參數(shù)和嚴(yán)格的焊接工藝。第第1010章章 焊焊 接接 10.5.3 不銹鋼的焊接 不銹鋼材料中奧氏體不銹鋼應(yīng)用最廣。其中以1Crl8Ni9Ti鋼最為典型。它焊接性良好，適用于手工電弧焊、氬弧焊和埋弧自動(dòng)焊。手工電弧焊選用化學(xué)成分相同的奧氏體不銹鋼焊條；氬弧焊和埋弧自動(dòng)焊所用的焊絲化學(xué)成分應(yīng)與母材相同，如焊1Crl8Ni9Ti時(shí)選用HOCr20Nil0Nb焊絲，埋弧焊用HJ260焊劑。 工程上

28、有時(shí)需要把不銹鋼與低碳鋼或低合金鋼焊接在一起，如1Crl8Ni9Ti與Q235焊接，通常用手工電弧焊。焊條選用既不能用奧氏體不銹鋼焊條，也不能用低碳鋼焊條(如E4303)，而應(yīng)選E30916或E30915不銹鋼焊條，保證焊縫金屬組織是奧氏體加少量鐵素體，防止產(chǎn)生焊接裂紋。第第1010章章 焊焊 接接 10.6 焊接結(jié)構(gòu)工藝性 10.6.1 焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇 隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)上常用的金屬材料一般均可焊接。但材料的焊接性不同，焊后接頭質(zhì)量差別很大。因此，應(yīng)盡可能選擇焊接性能好的焊接材料來(lái)制造焊接構(gòu)件。 10.6.2 焊接方法的選擇 焊接方法選擇的主要依據(jù)是材料的焊接性、工件的結(jié)構(gòu)形式、厚

29、度和各種焊接方法的適用范圍、生產(chǎn)率等。目前常用焊接方法可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或手冊(cè)。第第1010章章 焊焊 接接 10.6.3 焊接接頭設(shè)計(jì) 1. 接頭形式設(shè)計(jì) （1）對(duì)接接頭 對(duì)接接頭受力比較均勻，節(jié)省材料，但對(duì)下料尺寸精度要求高。 （2）搭接接頭 搭接接頭因被焊工件不在同一平面上，受力時(shí)接頭產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力，但對(duì)下料尺寸精度要求低。 （3）角接接頭和T形接頭 角接接頭和T形接頭受力都比對(duì)接接頭復(fù)雜，但接頭成一定角度或直角連接時(shí)，必須采用這類(lèi)接頭形式。對(duì)于薄板氣焊或鎢極氬弧焊，為了避免燒穿或?yàn)榱耸∪ヌ畛浜附z，常采用卷邊接頭。第第1010章章 焊焊 接接 2. 焊縫布置 （1）焊縫布置應(yīng)盡可能分散 焊

30、縫應(yīng)盡可能分散，避免過(guò)分集中和交叉。兩焊縫間距一般要求大于三倍板厚且不小于100mm，如圖10.18所示。 第第1010章章 焊焊 接接 （2）焊縫應(yīng)避開(kāi)應(yīng)力集中部位 焊接接頭往往是焊接結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，存在殘余應(yīng)力和焊接缺陷。因此，焊縫應(yīng)避開(kāi)應(yīng)力較大部位，尤其是應(yīng)力集中部位。如焊接鋼梁焊縫不應(yīng)在梁的中間而應(yīng)如圖10.19d所示均分；壓力容器一般不用平板封頭、無(wú)折邊封頭，而應(yīng)采用碟形封頭和球性封頭等，如圖10.19c所示。第第1010章章 焊焊 接接 （3）焊縫布置應(yīng)盡可能對(duì)稱(chēng) 焊縫對(duì)稱(chēng)布置可使焊接變形相互抵消。如圖10.20中a、b偏于截面重心一側(cè)，焊后會(huì)產(chǎn)生較大的彎曲變形；圖c、d、e焊縫對(duì)

31、稱(chēng)布置，焊后不會(huì)產(chǎn)生明顯變形。第第1010章章 焊焊 接接 （4）焊縫布置應(yīng)便于焊接操作 手工電弧焊時(shí)，要考慮焊條能到達(dá)待焊部位。點(diǎn)焊和縫焊時(shí)，應(yīng)考慮電極能方便進(jìn)入待焊位置。如圖10.21,圖10.22所示。第第1010章章 焊焊 接接 （5）盡量減小焊縫長(zhǎng)度和數(shù)量 減少焊縫長(zhǎng)度和數(shù)量，可減少焊接加熱，從而減少焊接應(yīng)力和變形，同時(shí)減少焊接材料消耗，降低成本，提高生產(chǎn)率。圖10.23是采用型材和沖壓件減少焊縫的設(shè)計(jì)。 第第1010章章 焊焊 接接 （6）焊縫應(yīng)盡量避開(kāi)機(jī)械加工表面 有些焊接結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行機(jī)械加工，為保證加工表面精度不受影響，焊縫應(yīng)避開(kāi)這些加工表面，如圖10.24所示。第第1010章

32、章 焊焊 接接 3. 坡口形式設(shè)計(jì) 根據(jù)GBT337594規(guī)定，焊條電弧焊常采用的基本坡口形式有I形坡口、V形坡口、X形坡口、U形坡口等四種。 在板厚相等的情況下，X形坡口比V形坡口需要的填充金屬少，所需焊接工時(shí)也少，并且焊后角變形??；當(dāng)然，X形坡口需要雙面焊。U形坡口根部較寬，容易焊透；也比V形坡口節(jié)約焊條，節(jié)省工時(shí)，焊接變形也較小。但因U形坡口形狀復(fù)雜，加工成本較高。要求焊透的受力焊縫，在焊接工藝可行的情況下，能雙面焊的盡量采用雙面焊。這樣，容易全部焊透，保證焊接質(zhì)量，焊接變形也小。 第第1010章章 焊焊 接接 10.7 焊接質(zhì)量檢驗(yàn) 10.7.1 焊接檢驗(yàn)過(guò)程 焊接檢驗(yàn)過(guò)程包括焊前、焊

33、中（焊接生產(chǎn)過(guò)程中）和焊后成品檢驗(yàn)。 10.7.2 焊接檢驗(yàn)方法 1. 外觀(guān)檢驗(yàn) 用肉眼或放大鏡(小于20倍)檢查外部缺陷。 2. 無(wú)損檢驗(yàn) （1）射線(xiàn)檢驗(yàn) （2）超聲波檢驗(yàn) （3）磁粉檢驗(yàn) （4）著色檢驗(yàn)第第1010章章 焊焊 接接 3. 焊后成品強(qiáng)度檢驗(yàn) 焊后成品強(qiáng)度檢驗(yàn)主要是水壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)。用于檢查鍋爐、壓力容器、壓力管道等焊縫接頭的強(qiáng)度。 4. 致密性檢驗(yàn) （1）煤油檢驗(yàn) 在被檢焊縫的一側(cè)刷上石灰水溶液，待干后再在另一側(cè)涂煤油，借助煤油的穿透能力，當(dāng)焊縫有裂縫等穿透性缺陷時(shí)，石灰粉上呈現(xiàn)出煤油潤(rùn)濕的痕跡，據(jù)此發(fā)現(xiàn)焊接缺陷。 （2）吹氣檢驗(yàn) 吹氣檢驗(yàn)是在焊縫一側(cè)吹壓縮空氣，另一側(cè)刷肥皂水，若有穿透性缺陷，該部位會(huì)出現(xiàn)氣泡，即可發(fā)現(xiàn)焊接缺陷。第第1010章章 焊焊 接接 10.8 焊接新技術(shù)簡(jiǎn)介 10.8.1 等離子弧焊接和切割 如果讓自由電弧的弧柱受到壓縮，弧