第3章 焊接與切割(第1節(jié))

1、第三章第三章 焊接與切割焊接與切割 返回返回 焊接焊接是現(xiàn)代制造技術(shù)中重要的金屬連接技是現(xiàn)代制造技術(shù)中重要的金屬連接技術(shù)。焊接成形技術(shù)的本質(zhì)在于：是利用加熱或加術(shù)。焊接成形技術(shù)的本質(zhì)在于：是利用加熱或加壓（或者加熱和加壓），使分離的兩部分金屬靠壓（或者加熱和加壓），使分離的兩部分金屬靠得足夠近，原子互相擴(kuò)散，形成原子間的結(jié)合的得足夠近，原子互相擴(kuò)散，形成原子間的結(jié)合的連接方法。連接方法。 在機(jī)械制造、建筑、車輛、石油化工、原子在機(jī)械制造、建筑、車輛、石油化工、原子能、航空航天等部門得到廣泛運(yùn)用。能、航空航天等部門得到廣泛運(yùn)用。焊接運(yùn)用焊接運(yùn)用 連接方法分類連接方法分類 可拆式連接：螺紋聯(lián)接、摩

2、擦聯(lián)接 不可拆式連接：焊接、粘接、鉚接焊接的特點(diǎn)焊接的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1）連接性能好，密封性好，承壓能力高）連接性能好，密封性好，承壓能力高 ；2）省料，重量輕，成本低；）省料，重量輕，成本低；3）加工裝配工序簡單，生產(chǎn)周期短）加工裝配工序簡單，生產(chǎn)周期短 ；4）易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。）易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：1 1）焊接結(jié)構(gòu)是不可拆卸的，要更換修理不便焊接結(jié)構(gòu)是不可拆卸的，要更換修理不便 ；2 2）焊接接頭的組織和性能往往要變壞；焊接接頭的組織和性能往往要變壞；3 3）要產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和焊接變形；要產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和焊接變形； 4 4）會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷，如裂紋、未焊透、夾渣、

3、氣會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷，如裂紋、未焊透、夾渣、氣孔等孔等。 焊接方法可分為：焊接方法可分為： 1 1）熔化焊：利用局部加熱的方法，把工件的焊熔化焊：利用局部加熱的方法，把工件的焊接處加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池，然后冷卻結(jié)晶，接處加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池，然后冷卻結(jié)晶，形成焊縫，將兩部分金屬連接稱為一個(gè)整體。形成焊縫，將兩部分金屬連接稱為一個(gè)整體。 2）壓力焊：在焊接過程中需要加壓的一類焊接）壓力焊：在焊接過程中需要加壓的一類焊接方法。方法。3）釬焊：利用熔點(diǎn)比母材低的填充金屬熔化后，）釬焊：利用熔點(diǎn)比母材低的填充金屬熔化后，填充接頭間隙并與固態(tài)的母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接填充接頭間隙并與固態(tài)的母材相互擴(kuò)散實(shí)

4、現(xiàn)連接的一種焊接方法。的一種焊接方法。 熔焊的焊接過程是利用熱源先把工件局部加熔焊的焊接過程是利用熱源先把工件局部加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池，然后隨著熱源向前移熱到熔化狀態(tài)，形成熔池，然后隨著熱源向前移去，熔池液體金屬冷卻結(jié)晶，形成焊縫。去，熔池液體金屬冷卻結(jié)晶，形成焊縫。 其焊接過程包括加熱過程、冶金過程和結(jié)晶其焊接過程包括加熱過程、冶金過程和結(jié)晶過程。過程。 根據(jù)熱源的不同可分為氣焊根據(jù)熱源的不同可分為氣焊、電弧焊、電渣、電弧焊、電渣焊、激光焊、電子束焊、等離子弧焊等，以下以焊、激光焊、電子束焊、等離子弧焊等，以下以電弧焊為例來分析。電弧焊為例來分析。 第一節(jié)第一節(jié) 焊接成形基礎(chǔ)焊接成形基礎(chǔ)

5、一、熔焊的冶金過程一、熔焊的冶金過程（一）焊接電?。ㄒ唬┖附与娀?、焊接電弧的產(chǎn)生、焊接電弧的產(chǎn)生 焊接電弧是在焊條與工件之間產(chǎn)生的強(qiáng)烈、焊接電弧是在焊條與工件之間產(chǎn)生的強(qiáng)烈、持久又穩(wěn)定的氣體放電現(xiàn)象。焊接引弧時(shí)，焊條持久又穩(wěn)定的氣體放電現(xiàn)象。焊接引弧時(shí)，焊條和工件瞬間接觸形成短路，強(qiáng)大的電流產(chǎn)生強(qiáng)烈和工件瞬間接觸形成短路，強(qiáng)大的電流產(chǎn)生強(qiáng)烈電阻熱使接觸點(diǎn)熔化甚至蒸發(fā)，當(dāng)焊條提起時(shí)，電阻熱使接觸點(diǎn)熔化甚至蒸發(fā)，當(dāng)焊條提起時(shí)，在電場作用下，熱的金屬發(fā)射大量電子，電子碰在電場作用下，熱的金屬發(fā)射大量電子，電子碰撞氣體使之電離，正、負(fù)離子和電子構(gòu)成電弧。撞氣體使之電離，正、負(fù)離子和電子構(gòu)成電弧。2、

6、焊接電弧的結(jié)構(gòu)、焊接電弧的結(jié)構(gòu) 電弧由陰極區(qū)、陽極區(qū)和電弧由陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)三部分組成，如圖弧柱區(qū)三部分組成，如圖3-1所所示。示。1）陰極區(qū)：）陰極區(qū)：電子發(fā)射區(qū)，熱量電子發(fā)射區(qū)，熱量約占約占36%，平均溫度，平均溫度2400K；2）陽極區(qū)：）陽極區(qū)：受電子轟擊區(qū)域，受電子轟擊區(qū)域，熱 量 約 占熱 量 約 占 4 3 % ， 平 均 溫 度， 平 均 溫 度2600K；3）弧柱區(qū)：）弧柱區(qū)：陰、陽兩極間區(qū)域，陰、陽兩極間區(qū)域，幾乎等于電弧長度，熱量幾乎等于電弧長度，熱量21%，弧柱中心溫度可達(dá)弧柱中心溫度可達(dá)6000-8000K。圖圖3-1 電弧的結(jié)構(gòu)示意圖電弧的結(jié)構(gòu)示意圖電弧放電的

7、實(shí)質(zhì)：電弧放電的實(shí)質(zhì)：把電能轉(zhuǎn)換為熱能、光能和機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換過程。焊接電弧構(gòu)造及熱量、溫度分布焊接電弧構(gòu)造及熱量、溫度分布 焊接電弧的熱量及溫度分布焊接電弧的熱量及溫度分布 溫度分布 電弧分區(qū) 熱量分布 低碳鋼電極 碳棒電極 陰極區(qū) 38% 2400 3500 弧柱 20% 50008000 60008000 陽極區(qū) 42% 2600 4200 電弧的靜特性曲線電弧的靜特性曲線 電弧是一個(gè)非線性的負(fù)載。一定長度的電弧在穩(wěn)定狀態(tài)下，電弧電壓與電弧電流之間的關(guān)系，稱為焊接電弧的靜態(tài)伏安特性或靜態(tài)特性，如圖為電弧的靜態(tài)特性曲線，電弧兩端的電壓與通過電弧的電流不成正比，所以電弧是非線性負(fù)載。 a點(diǎn)：

8、未焊接時(shí)的電壓稱為焊機(jī)室載電壓(V) ab段：電離度低時(shí)，焊接電流增大，電弧電壓降低，電弧不穩(wěn)定； bc段：電離度高，焊接電流增大，電弧電壓維持不變(即電流可調(diào)，電壓不變)，電弧穩(wěn)定； 過c點(diǎn)：電弧電壓隨焊接電流增加而增大。 電弧長度增加，曲線上升（如圖紅線所示）。焊接電弧的穩(wěn)定性焊接電弧的穩(wěn)定性 焊接過程中，電弧容易引燃而保持穩(wěn)定的性能叫做電弧穩(wěn)定性。 影響電弧穩(wěn)定的因素：影響電弧穩(wěn)定的因素： 焊接電源：直流電源電弧穩(wěn)定性好，交流電源電弧穩(wěn)定性較差； 焊條類型：酸性焊條電弧穩(wěn)定性好，堿性焊條電弧穩(wěn)定性較差。 電弧偏吹：藥皮偏心 磁偏吹(不均勻直流磁場引起)（二）焊接冶金過程（二）焊接冶金過程

9、 焊接的冶金過程如圖焊接的冶金過程如圖3-23-2所示所示, ,母材、焊條受電弧高溫作用熔化母材、焊條受電弧高溫作用熔化形成金屬熔池，進(jìn)行熔化、氧化、形成金屬熔池，進(jìn)行熔化、氧化、還原、造渣、精煉及合金化等物還原、造渣、精煉及合金化等物理、化學(xué)過程。理、化學(xué)過程。 金屬與氧的作用對(duì)焊接質(zhì)量金屬與氧的作用對(duì)焊接質(zhì)量影響最大，氧與多種金屬發(fā)生氧影響最大，氧與多種金屬發(fā)生氧化反應(yīng)?；磻?yīng)。圖圖3-2 焊條電弧焊過程焊條電弧焊過程焊縫形成過程焊縫形成過程 電弧在焊接的過程中，不僅作為一個(gè)熱源加熱熔化焊條、焊絲與母材，同時(shí)還是一個(gè)力源。焊接時(shí)在電弧高溫的作用下，被焊金屬局部熔化，同時(shí)電弧中的氣體發(fā)生等離

10、子體流動(dòng)，焊條中的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體，這些都產(chǎn)生電弧吹力，在被焊金屬上形成了卵形的凹坑，這個(gè)凹坑稱為熔池。 焊接時(shí)焊條傾斜，在電弧吹力作用下，熔池的金屬被排向熔池后方，這樣電弧就能不斷地使深處的被焊金屬熔化，達(dá)到一定的熔深。 藥皮熔化過程中會(huì)產(chǎn)生氣體和液態(tài)熔渣。產(chǎn)生的氣體充滿在電弧和熔池的周圍，起到隔絕空氣的作用；液態(tài)熔渣浮在液體金屬表面，起保護(hù)液體金屬的作用。熔化的焊條金屬向熔池過渡，不斷填充焊縫。 能溶解在液態(tài)金屬中的氧化物（如氧化亞鐵），冷凝能溶解在液態(tài)金屬中的氧化物（如氧化亞鐵），冷凝時(shí)因溶解度下降而析出，嚴(yán)重影響焊縫質(zhì)量，時(shí)因溶解度下降而析出，嚴(yán)重影響焊縫質(zhì)量，如圖如圖3-33-3所所

11、示；而大部分金屬氧化物（如硅、錳化合物）不溶于液態(tài)示；而大部分金屬氧化物（如硅、錳化合物）不溶于液態(tài)金屬，可隨渣浮出，凈化熔池，提高焊縫質(zhì)量。金屬，可隨渣浮出，凈化熔池，提高焊縫質(zhì)量。 氫易溶入熔池，在焊縫中形成氣孔，或聚集在焊縫缺氫易溶入熔池，在焊縫中形成氣孔，或聚集在焊縫缺陷處造成氫脆。陷處造成氫脆。圖圖3-3 氧（氧化亞鐵）對(duì)低氧（氧化亞鐵）對(duì)低碳鋼機(jī)械性能的影響碳鋼機(jī)械性能的影響圖圖3-4 氫、氮在鐵中的溶氫、氮在鐵中的溶解度與溫度的關(guān)系解度與溫度的關(guān)系圖圖3-3 氧（氧化亞鐵）對(duì)低氧（氧化亞鐵）對(duì)低碳鋼機(jī)械性能的影響碳鋼機(jī)械性能的影響圖圖3-4 氫、氮在鐵中的溶氫、氮在鐵中的溶解度與

12、溫度的關(guān)系解度與溫度的關(guān)系 其次空氣中的氮?dú)庠诟邷貢r(shí)大量溶于液體金屬，冷卻其次空氣中的氮?dú)庠诟邷貢r(shí)大量溶于液體金屬，冷卻結(jié)晶時(shí)，氮溶解度下降，結(jié)晶時(shí)，氮溶解度下降，如圖如圖3-43-4所示所示；析出的氮在焊縫；析出的氮在焊縫中形成氣孔，部分還以針狀氮化物（中形成氣孔，部分還以針狀氮化物（FeFe4 4N N）形式析出；焊）形式析出；焊縫中含氮量提高，使焊縫的強(qiáng)度和硬度增加，塑性和韌性縫中含氮量提高，使焊縫的強(qiáng)度和硬度增加，塑性和韌性劇烈下降。劇烈下降。 焊縫的冶金過程與一般冶金過程比較，具有以焊縫的冶金過程與一般冶金過程比較，具有以下特點(diǎn)：下特點(diǎn)： 1 1）金屬熔池體積小，熔池處于液態(tài)時(shí)間短，

13、）金屬熔池體積小，熔池處于液態(tài)時(shí)間短，冶金反應(yīng)不充分；冶金反應(yīng)不充分； 2）熔池溫度高，使金屬元素強(qiáng)烈的燒損和蒸）熔池溫度高，使金屬元素強(qiáng)烈的燒損和蒸發(fā)，冷卻速度快，易產(chǎn)生應(yīng)力和變形，甚至開裂。發(fā)，冷卻速度快，易產(chǎn)生應(yīng)力和變形，甚至開裂。 為保證焊縫質(zhì)量，可從兩方面采取措施：為保證焊縫質(zhì)量，可從兩方面采取措施： 1 1）減少有害元素進(jìn)入熔池。主要采用機(jī)械）減少有害元素進(jìn)入熔池。主要采用機(jī)械保護(hù)，如焊條藥皮、埋弧焊焊劑、和氣體保護(hù)焊保護(hù)，如焊條藥皮、埋弧焊焊劑、和氣體保護(hù)焊的保護(hù)氣體（的保護(hù)氣體（COCO2 2, ,氬氣）等）。氬氣）等）。 2 2）清除已進(jìn)入熔池的有害元素，增加合金）清除已進(jìn)入

14、熔池的有害元素，增加合金元素。如焊條藥皮里加合金元素進(jìn)行脫氧、去氫、元素。如焊條藥皮里加合金元素進(jìn)行脫氧、去氫、去硫、滲合金等。去硫、滲合金等。 （三）焊接熱循環(huán)（三）焊接熱循環(huán) 焊接熱循環(huán)焊接熱循環(huán)：在焊接加熱和：在焊接加熱和冷卻過程中，焊接接頭上某點(diǎn)的冷卻過程中，焊接接頭上某點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化的過程如圖溫度隨時(shí)間變化的過程如圖3-53-5所示。不同點(diǎn)，其熱循環(huán)是不同，所示。不同點(diǎn)，其熱循環(huán)是不同，即最高加熱溫度，加熱速度和冷即最高加熱溫度，加熱速度和冷卻速度均不同。對(duì)焊接質(zhì)量起重卻速度均不同。對(duì)焊接質(zhì)量起重要影響的參數(shù)有：最高加熱溫度、要影響的參數(shù)有：最高加熱溫度、在過熱溫度在過熱溫度11

15、0011000 0C C以上停留時(shí)間以上停留時(shí)間和冷卻速度等。其特點(diǎn)是加熱和和冷卻速度等。其特點(diǎn)是加熱和冷卻速度都很快。對(duì)易淬火鋼，冷卻速度都很快。對(duì)易淬火鋼，焊后發(fā)生空冷淬火，對(duì)其它材料，焊后發(fā)生空冷淬火，對(duì)其它材料，易產(chǎn)生焊接變形、應(yīng)力及裂紋。易產(chǎn)生焊接變形、應(yīng)力及裂紋。 圖圖3-5 焊接熱循環(huán)曲線焊接熱循環(huán)曲線 以低碳鋼為例，說以低碳鋼為例，說明焊接過程造成金屬組明焊接過程造成金屬組織和性能的變化。如圖織和性能的變化。如圖3-6所示，受焊接熱循環(huán)所示，受焊接熱循環(huán)的影響，焊縫附近的母的影響，焊縫附近的母材組織或性能發(fā)生變化材組織或性能發(fā)生變化的區(qū)域，叫的區(qū)域，叫焊接熱影響焊接熱影響區(qū)區(qū)，

16、熔化焊焊縫和母材，熔化焊焊縫和母材的交界線叫熔合線，熔的交界線叫熔合線，熔合線兩側(cè)有一個(gè)很窄的合線兩側(cè)有一個(gè)很窄的焊縫與熱影響區(qū)的過渡焊縫與熱影響區(qū)的過渡區(qū)，叫區(qū)，叫熔合區(qū)熔合區(qū)。焊接接。焊接接頭由頭由焊縫區(qū)、熔合區(qū)和焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)熱影響區(qū)組成。組成。( (四）焊接接頭組織和性能四）焊接接頭組織和性能圖圖4-6 低碳鋼焊接接頭的組織變化低碳鋼焊接接頭的組織變化1 1、焊縫區(qū)、焊縫區(qū) 焊接熱源向前移去后，熔焊接熱源向前移去后，熔池液體金屬迅速冷卻結(jié)晶，結(jié)池液體金屬迅速冷卻結(jié)晶，結(jié)晶從熔池底部未熔化的半個(gè)晶晶從熔池底部未熔化的半個(gè)晶粒開始，垂直熔合線向熔池中粒開始，垂直熔合線向熔池中心生

17、長，呈柱狀樹枝晶，如圖心生長，呈柱狀樹枝晶，如圖3-73-7所示；結(jié)晶過程中將在最所示；結(jié)晶過程中將在最圖圖3-7 焊縫的柱狀樹枝晶焊縫的柱狀樹枝晶后結(jié)晶部位產(chǎn)生成分偏析。同時(shí)焊縫組織是從液體金屬結(jié)晶后結(jié)晶部位產(chǎn)生成分偏析。同時(shí)焊縫組織是從液體金屬結(jié)晶的鑄態(tài)組織，晶粒粗大，成分偏析，組織不致密。但由于熔的鑄態(tài)組織，晶粒粗大，成分偏析，組織不致密。但由于熔池小，冷卻快，化學(xué)成分控制嚴(yán)格，碳、硫、磷都較低，并池小，冷卻快，化學(xué)成分控制嚴(yán)格，碳、硫、磷都較低，并含有一定合金元素，故可使焊縫金屬的力學(xué)性能不低于母材。含有一定合金元素，故可使焊縫金屬的力學(xué)性能不低于母材。2 2、熔合區(qū)、熔合區(qū)：化學(xué)成：

18、化學(xué)成分不均勻，組織粗分不均勻，組織粗大，往往是粗大的大，往往是粗大的過熱組織或粗大的過熱組織或粗大的淬硬組織，使強(qiáng)度淬硬組織，使強(qiáng)度下降，塑性、韌性下降，塑性、韌性極差，產(chǎn)生裂紋和極差，產(chǎn)生裂紋和脆性破壞，脆性破壞，性能是性能是焊接接頭中最差的焊接接頭中最差的。圖圖3-6 低碳鋼焊接接頭的組織變化低碳鋼焊接接頭的組織變化3、熱影響區(qū)熱影響區(qū) ：熱影響區(qū)各點(diǎn)的最高加熱溫度不同，其組：熱影響區(qū)各點(diǎn)的最高加熱溫度不同，其組織變化也不相同。如圖織變化也不相同。如圖3-63-6所示，熱影響區(qū)可分為過熱區(qū)、所示，熱影響區(qū)可分為過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)和再結(jié)晶區(qū)。正火區(qū)、部分相變區(qū)和再結(jié)晶區(qū)。 圖圖3-

19、6 低碳鋼焊接接頭的組織變化低碳鋼焊接接頭的組織變化1 ） 過 熱 區(qū) ：） 過 熱 區(qū) ： 最 高 加 熱 溫 度最 高 加 熱 溫 度11000C以上的區(qū)域，晶粒粗大，以上的區(qū)域，晶粒粗大，甚至產(chǎn)生過熱組織。塑性和韌性甚至產(chǎn)生過熱組織。塑性和韌性明顯下降，明顯下降，是熱影響區(qū)中機(jī)械性是熱影響區(qū)中機(jī)械性能最差的部位。能最差的部位。2 2）正火區(qū)：）正火區(qū)：最高加熱溫度從最高加熱溫度從Ac3至至11000C的區(qū)域，焊后空冷得到的區(qū)域，焊后空冷得到晶粒較細(xì)小的正火組織，機(jī)械性晶粒較細(xì)小的正火組織，機(jī)械性能較好。能較好。3 3）部分相變區(qū)：）部分相變區(qū)：最高加熱溫度最高加熱溫度從從AcAc1 1至

20、至AcAc3 3的區(qū)域，只有部分組的區(qū)域，只有部分組織發(fā)生相變，晶粒不均勻，性能織發(fā)生相變，晶粒不均勻，性能較差。較差。 低碳鋼焊低碳鋼焊接接頭的組織、接接頭的組織、性能變化如圖性能變化如圖3-6所示，所示，熔合熔合區(qū)和過熱區(qū)性區(qū)和過熱區(qū)性能最差，能最差，熱影熱影響區(qū)越小越好，響區(qū)越小越好，其影響因素有其影響因素有焊接方法、焊焊接方法、焊接規(guī)范、接頭接規(guī)范、接頭形式等。形式等。圖圖3-6 低碳鋼焊接接頭的組織變化低碳鋼焊接接頭的組織變化4、影響焊接接頭性能的因素影響焊接接頭性能的因素 焊接接頭的機(jī)械性能決定于它的化學(xué)成分和組織。焊接接頭的機(jī)械性能決定于它的化學(xué)成分和組織。具體有：具體有：1 1

21、）焊接材料，焊絲和焊劑都要影響焊縫的化學(xué)成分；）焊接材料，焊絲和焊劑都要影響焊縫的化學(xué)成分；2 2）焊接方法，一方面影響組織粗細(xì)，一方面影響有害雜）焊接方法，一方面影響組織粗細(xì)，一方面影響有害雜質(zhì)含量；質(zhì)含量；3 3）焊接工藝。）焊接工藝。 焊接時(shí)，為保證焊接質(zhì)量而選定的諸物理量（如焊接電焊接時(shí)，為保證焊接質(zhì)量而選定的諸物理量（如焊接電流、電弧電壓、焊接速度、線能量等）的總稱，叫流、電弧電壓、焊接速度、線能量等）的總稱，叫焊接工藝焊接工藝參數(shù)參數(shù)； 線能量線能量: :指熔化焊時(shí)，焊接能源輸入給單位長度焊縫上的指熔化焊時(shí)，焊接能源輸入給單位長度焊縫上的能量。能量。 顯然焊接工藝參數(shù)，影響顯然焊接

22、工藝參數(shù)，影響焊接接頭輸入能量的大小，影焊接接頭輸入能量的大小，影響焊接熱循環(huán)，從而影響熱影響區(qū)的大小和接頭組織粗細(xì)。響焊接熱循環(huán)，從而影響熱影響區(qū)的大小和接頭組織粗細(xì)。4 4）焊后熱處理：如正火，能細(xì)化接頭組織，改善性能。）焊后熱處理：如正火，能細(xì)化接頭組織，改善性能。5 5）接頭形式，工件厚度、施焊環(huán)境溫度和預(yù)熱等均會(huì)影響）接頭形式，工件厚度、施焊環(huán)境溫度和預(yù)熱等均會(huì)影響焊后冷卻速度，從而影響接頭的組織和性能。焊后冷卻速度，從而影響接頭的組織和性能。 1 1、金屬焊接性的概念：、金屬焊接性的概念： 焊接性是金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性，主要指在一焊接性是金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性，主要指在一

23、定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。 包括包括工藝焊接性工藝焊接性，即在一定焊接工藝條件下，一定的，即在一定焊接工藝條件下，一定的金屬形成焊接缺陷的敏感性；金屬形成焊接缺陷的敏感性；使用焊接性使用焊接性，焊接接頭對(duì)使，焊接接頭對(duì)使用要求的適應(yīng)性，包括焊接接頭的力學(xué)及其他特殊性能。用要求的適應(yīng)性，包括焊接接頭的力學(xué)及其他特殊性能。 焊接性能隨焊接方法、焊接材料和焊接工藝而變，不焊接性能隨焊接方法、焊接材料和焊接工藝而變，不同條件下焊接性能有很大差別。如鈦的手工電弧焊接性極同條件下焊接性能有很大差別。如鈦的手工電弧焊接性極差，但氬弧焊則好

24、。差，但氬弧焊則好。二、金屬的焊接性能二、金屬的焊接性能2 2、金屬焊接性的間接評(píng)價(jià)方法、金屬焊接性的間接評(píng)價(jià)方法 碳當(dāng)量法碳當(dāng)量法：在粗略估計(jì)碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接性：在粗略估計(jì)碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接性能時(shí)，把鋼中的合金元素（包括碳）的含量按其對(duì)焊接性能時(shí)，把鋼中的合金元素（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，其總和叫碳當(dāng)量。其計(jì)算影響程度換算成碳的相當(dāng)含量，其總和叫碳當(dāng)量。其計(jì)算公式如下：公式如下： 1556CuNiVMoCrMncwwwwwwwCE 碳當(dāng)量越高，焊接性越差。一般當(dāng)碳當(dāng)量越高，焊接性越差。一般當(dāng)CECE0.6%時(shí)，冷裂傾向嚴(yán)重，焊接性差，需采時(shí)，冷裂傾

25、向嚴(yán)重，焊接性差，需采用較高的預(yù)熱溫度和其他嚴(yán)格的工藝措施。用較高的預(yù)熱溫度和其他嚴(yán)格的工藝措施。 值得注意的是鋼材的焊接性還受結(jié)構(gòu)剛度、焊后應(yīng)力值得注意的是鋼材的焊接性還受結(jié)構(gòu)剛度、焊后應(yīng)力條件、環(huán)境溫度的影響；故應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行抗裂試驗(yàn)條件、環(huán)境溫度的影響；故應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行抗裂試驗(yàn)及使用焊接性試驗(yàn)。及使用焊接性試驗(yàn)。 1 1、焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因、焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因 焊件在焊接過程中受到局部加焊件在焊接過程中受到局部加熱和冷卻是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的熱和冷卻是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的主要原因。圖主要原因。圖3-9是低碳鋼平板對(duì)接是低碳鋼平板對(duì)接焊時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力和變形的示意圖。焊時(shí)產(chǎn)生

26、應(yīng)力和變形的示意圖。 平板焊接時(shí)，要產(chǎn)生熱脹冷縮；平板焊接時(shí)，要產(chǎn)生熱脹冷縮；加熱時(shí)，如自由膨脹則如加熱時(shí)，如自由膨脹則如a）中虛）中虛線所示，但由于受到阻礙，產(chǎn)生同線所示，但由于受到阻礙，產(chǎn)生同樣伸長；故高溫處產(chǎn)生壓應(yīng)力，低樣伸長；故高溫處產(chǎn)生壓應(yīng)力，低溫處產(chǎn)生拉應(yīng)力；兩者平衡。冷卻溫處產(chǎn)生拉應(yīng)力；兩者平衡。冷卻后，由于冷卻速度不同，高溫處冷后，由于冷卻速度不同，高溫處冷卻慢，收縮大，同樣最后在高溫處卻慢，收縮大，同樣最后在高溫處產(chǎn)生拉應(yīng)力，低溫處產(chǎn)生壓應(yīng)力。產(chǎn)生拉應(yīng)力，低溫處產(chǎn)生壓應(yīng)力。圖圖3-9 平板對(duì)接焊的應(yīng)力平板對(duì)接焊的應(yīng)力a) 焊接過程中焊接過程中b) 冷卻后冷卻后三、焊接應(yīng)力和變

27、形三、焊接應(yīng)力和變形 一般情況下，焊件塑性好，結(jié)構(gòu)剛度小時(shí)，焊件收縮一般情況下，焊件塑性好，結(jié)構(gòu)剛度小時(shí)，焊件收縮容易，焊件變形大，焊接應(yīng)力??；反之焊接變形小，焊接容易，焊件變形大，焊接應(yīng)力??；反之焊接變形小，焊接應(yīng)力大。焊接變形的基本形式應(yīng)力大。焊接變形的基本形式如表如表3-13-1所示。所示。 表表3-1 焊接變形的基本形式焊接變形的基本形式2、焊接應(yīng)力與變形的危害焊接應(yīng)力與變形的危害焊接應(yīng)力焊接應(yīng)力：1 1）增加結(jié)構(gòu)工作時(shí)的應(yīng)力，降低承載能力；）增加結(jié)構(gòu)工作時(shí)的應(yīng)力，降低承載能力；2 2）引起焊接裂紋，甚至脆斷；）引起焊接裂紋，甚至脆斷；3 3）促使產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。）促使產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂

28、紋。4 4）殘余應(yīng)力衰減會(huì)產(chǎn)生變形，引起形狀、尺寸不穩(wěn)定。）殘余應(yīng)力衰減會(huì)產(chǎn)生變形，引起形狀、尺寸不穩(wěn)定。 焊接變形焊接變形：1）使工件形狀尺寸不合要求；）使工件形狀尺寸不合要求；2）影響組裝質(zhì)量；）影響組裝質(zhì)量；3）矯正焊接變形很費(fèi)工時(shí)，增加成本，降低接頭塑性；）矯正焊接變形很費(fèi)工時(shí)，增加成本，降低接頭塑性；4）使結(jié)構(gòu)形狀發(fā)生變化，并產(chǎn)生附加應(yīng)力，降低承載能）使結(jié)構(gòu)形狀發(fā)生變化，并產(chǎn)生附加應(yīng)力，降低承載能力。力。 3 3、焊接應(yīng)力和變形的防止、焊接應(yīng)力和變形的防止 （1 1）焊接應(yīng)力）焊接應(yīng)力的防止及消除措施的防止及消除措施1 1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要避免焊縫密集交叉，焊縫截面和長度要盡可能小；）結(jié)構(gòu)

29、設(shè)計(jì)要避免焊縫密集交叉，焊縫截面和長度要盡可能??； 2 2）采取合理的焊接順序，使焊縫較自由的收縮；）采取合理的焊接順序，使焊縫較自由的收縮；如圖如圖3-103-10所示所示；圖圖3-10 合理安排焊接順序合理安排焊接順序 一般焊接順序?yàn)椋阂话愫附禹樞驗(yàn)椋? 1）先焊收縮量較大的）先焊收縮量較大的焊縫；焊縫；2) 2) 工作時(shí)受力較大的工作時(shí)受力較大的焊縫；焊縫；3) 3) 先焊錯(cuò)開的短焊縫，先焊錯(cuò)開的短焊縫，后焊直通的長焊縫。后焊直通的長焊縫。 3 3）焊縫仍處在較高溫度時(shí)，錘擊或輾壓焊縫使金屬伸長，）焊縫仍處在較高溫度時(shí)，錘擊或輾壓焊縫使金屬伸長，減少殘余應(yīng)力；減少殘余應(yīng)力；4 4）采用小

30、線能量焊接，多層焊，減少殘余應(yīng)力；）采用小線能量焊接，多層焊，減少殘余應(yīng)力；5 5）焊前預(yù)熱可減少工件溫差，減少殘余應(yīng)力；）焊前預(yù)熱可減少工件溫差，減少殘余應(yīng)力；6 6）焊后進(jìn)行去應(yīng)力退火，消除焊接殘余應(yīng)力。）焊后進(jìn)行去應(yīng)力退火，消除焊接殘余應(yīng)力。 （2）焊接變形）焊接變形的防止和消除措施的防止和消除措施1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要避免焊縫密集交叉，焊縫截面和長度要盡可結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要避免焊縫密集交叉，焊縫截面和長度要盡可能小，與防止應(yīng)力一樣也是減少變形的有效措施；能小，與防止應(yīng)力一樣也是減少變形的有效措施；2 2）焊前組裝時(shí)，采用反變形法）焊前組裝時(shí)，采用反變形法 ，如圖如圖3-113-11，3-123-12，

31、3-133-13所所示；示；圖圖3-11 平板對(duì)接焊反變形平板對(duì)接焊反變形圖圖3-12 工字梁反變形工字梁反變形圖圖3-13 殼體焊接反變形殼體焊接反變形3 3）剛性固定法，但會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，）剛性固定法，但會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，如圖如圖3-143-14所所示；示；4 4）采用合理的焊接規(guī)范；）采用合理的焊接規(guī)范；a) 平板對(duì)接焊平板對(duì)接焊 b) 法蘭焊接法蘭焊接圖圖3-14 剛性固定防止變形剛性固定防止變形5 5）選用合理的焊接順序，）選用合理的焊接順序，如圖如圖3-103-10的對(duì)稱焊，的對(duì)稱焊，圖圖3-153-15的的分段退焊。分段退焊。圖圖3-10 合理安排焊接順序合理安排焊接順

32、序 圖圖3-15 長焊縫的分段退焊長焊縫的分段退焊6 6）采用機(jī)械或火焰矯正法來減少變形。）采用機(jī)械或火焰矯正法來減少變形。如圖如圖3-163-16，3-173-17所示。所示。 圖圖3-16 機(jī)械矯正法機(jī)械矯正法 圖圖3-17 火焰矯正法火焰矯正法 由于焊接產(chǎn)生的焊接接頭不完好的現(xiàn)象叫焊接由于焊接產(chǎn)生的焊接接頭不完好的現(xiàn)象叫焊接缺陷，主要有未焊透、未熔合、咬邊，氣孔、裂紋、缺陷，主要有未焊透、未熔合、咬邊，氣孔、裂紋、夾渣、焊瘤等。夾渣、焊瘤等。四、焊接缺陷四、焊接缺陷 未焊透未焊透 未熔合未熔合 咬邊咬邊 焊接時(shí)接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象。焊接時(shí)接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象。沿焊趾或焊根產(chǎn)生的溝

33、槽。沿焊趾或焊根產(chǎn)生的溝槽。焊縫金屬與母材之間或焊道金屬之間未完全熔化結(jié)合的現(xiàn)象。焊縫金屬與母材之間或焊道金屬之間未完全熔化結(jié)合的現(xiàn)象。 氣孔氣孔 裂紋裂紋 夾渣夾渣 焊后殘留在焊縫中的氣體形成的孔穴。焊后殘留在焊縫中的氣體形成的孔穴。焊后殘留在焊縫中的熔渣或非金屬雜質(zhì)。焊后殘留在焊縫中的熔渣或非金屬雜質(zhì)。 焊接缺陷的危害焊接缺陷的危害 1 1）產(chǎn)生應(yīng)力集中，增加焊接結(jié)構(gòu)工作時(shí)的應(yīng)）產(chǎn)生應(yīng)力集中，增加焊接結(jié)構(gòu)工作時(shí)的應(yīng)力，降低承載能力；力，降低承載能力；2 2）引起裂紋，縮短使用壽命；）引起裂紋，縮短使用壽命；3 3）造成脆斷。）造成脆斷。 由于忽視焊接產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)造成的事故屢見不鮮：由于忽視

34、焊接產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)造成的事故屢見不鮮： XXX XXX年年X X月月X X日，上海某熱電廠供熱管道發(fā)生爆炸。日，上海某熱電廠供熱管道發(fā)生爆炸。 原因：焊后檢查不嚴(yán)，未焊透深度達(dá)板厚的原因：焊后檢查不嚴(yán)，未焊透深度達(dá)板厚的80%80%。 XXXXXX年年X X月月X X日，遼寧某化纖廠盛氮球罐水壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)生日，遼寧某化纖廠盛氮球罐水壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)生爆裂。爆裂。 原因：竣工檢查時(shí)漏檢裂紋。原因：竣工檢查時(shí)漏檢裂紋。1 1、焊接裂紋、焊接裂紋 一是熱裂紋，指在固相線附近的高溫一是熱裂紋，指在固相線附近的高溫產(chǎn)生的裂紋；產(chǎn)生的裂紋； 二是冷裂紋，對(duì)鋼指在馬氏體開始轉(zhuǎn)二是冷裂紋，對(duì)鋼指在馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度以下

35、產(chǎn)生的裂紋。變溫度以下產(chǎn)生的裂紋。 （1 1）熱裂紋）熱裂紋：經(jīng)常發(fā)生在焊縫區(qū)，在結(jié)晶過程中產(chǎn)：經(jīng)常發(fā)生在焊縫區(qū)，在結(jié)晶過程中產(chǎn)生的叫結(jié)晶裂紋；在熱影響區(qū)的過熱區(qū)，晶間低熔點(diǎn)雜生的叫結(jié)晶裂紋；在熱影響區(qū)的過熱區(qū)，晶間低熔點(diǎn)雜質(zhì)發(fā)生熔化，產(chǎn)生液化裂紋。其特征都是沿晶界開裂，質(zhì)發(fā)生熔化，產(chǎn)生液化裂紋。其特征都是沿晶界開裂，有氧化色。有氧化色。 產(chǎn)生原因有產(chǎn)生原因有： a)a)晶界存在液態(tài)間層，焊縫結(jié)晶時(shí)，低熔點(diǎn)雜質(zhì)偏晶界存在液態(tài)間層，焊縫結(jié)晶時(shí)，低熔點(diǎn)雜質(zhì)偏析；析； b)b)存在焊接拉應(yīng)力，將晶界液態(tài)間層拉裂。存在焊接拉應(yīng)力，將晶界液態(tài)間層拉裂。 熱裂紋防止措施熱裂紋防止措施：a a）限制鋼材和焊

36、條、焊劑的低熔點(diǎn)雜質(zhì)，如硫磷含量；）限制鋼材和焊條、焊劑的低熔點(diǎn)雜質(zhì)，如硫磷含量；b b）控制焊接規(guī)范；）控制焊接規(guī)范；c c）調(diào)整焊縫化學(xué)成分，避免低熔點(diǎn)共晶，縮小結(jié)晶溫度）調(diào)整焊縫化學(xué)成分，避免低熔點(diǎn)共晶，縮小結(jié)晶溫度范圍，改善焊縫組織，細(xì)化焊縫晶粒，提高塑性，減少范圍，改善焊縫組織，細(xì)化焊縫晶粒，提高塑性，減少偏析；偏析；d d）采用能減少焊接應(yīng)力的工藝措施；）采用能減少焊接應(yīng)力的工藝措施；e e）操作上填滿弧坑。）操作上填滿弧坑。 （2 2）冷裂紋：）冷裂紋：在焊縫區(qū)和熱影響區(qū)均可能產(chǎn)生。冷裂在焊縫區(qū)和熱影響區(qū)均可能產(chǎn)生。冷裂紋的形態(tài)有：焊道下裂紋、焊趾裂紋、焊根裂紋，如圖紋的形態(tài)有：

37、焊道下裂紋、焊趾裂紋、焊根裂紋，如圖3-3-1818所示所示 ；其特點(diǎn)是無分支，為穿晶型，無氧化色。；其特點(diǎn)是無分支，為穿晶型，無氧化色。 圖圖3-18 焊接冷裂紋焊接冷裂紋a焊道下裂紋焊道下裂紋 b焊趾裂紋焊趾裂紋c焊根裂紋焊根裂紋產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：a a）焊接接頭存在淬硬焊接接頭存在淬硬組織，接頭性能脆化；組織，接頭性能脆化；b）擴(kuò)散氫的含量較多，）擴(kuò)散氫的含量較多，使接頭性能脆化，并使接頭性能脆化，并造成很大的局部壓力。造成很大的局部壓力。c）存在較大的焊接拉）存在較大的焊接拉伸應(yīng)力。伸應(yīng)力。冷裂紋防止措施冷裂紋防止措施：a a）選用堿性焊條，減少氫含量，提高焊縫金屬塑性；）選用堿性焊條，減少氫含量，提高焊縫金屬塑性； b）焊條和焊劑使用前嚴(yán)格烘干，去除水分，減少擴(kuò)散氫）焊條和焊劑使用前嚴(yán)格烘干，去除水分，減少擴(kuò)散氫含量；含量；c）清除焊絲和坡口及兩側(cè)母材的銹、油、水，減少氫來源；）清除焊絲和坡口及兩側(cè)母材的銹、油、水，減少氫來源；d）焊前預(yù)熱，焊后緩冷；）焊前預(yù)熱，焊后緩冷；e）采用合理的焊接順序和工藝措施，減少焊接應(yīng)力；）采用合理的焊接順序和工藝措施，減少焊接應(yīng)力；f ）焊后立即進(jìn)行消氫處理；焊后立即進(jìn)行消氫處理；g）焊后進(jìn)