造船焊接講座

造船焊接講座第一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三緒論焊接基本理論幾種常用的焊接方法坡口形式焊接順序第二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三緒論隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接已成為金屬加工的一門獨(dú)立學(xué)科，并廣泛用于航空、航天、原子能、化工、造船、海洋工程、電子、建筑、交通運(yùn)輸、電力、機(jī)械制造等部門。一、焊接方法的分類：目前生產(chǎn)中使用的焊接方法很多，按其基本特點(diǎn)可分成三大類。

1、熔化焊其特點(diǎn)是利用局部熱源加熱被焊金屬的連接處及填充金屬（有時(shí)可不加填充金屬），使其溶化、互相熔合、冷卻凝固形成永久連接。

2、壓焊在加熱或不加熱的情況下，對焊接區(qū)施加一定壓力使兩個(gè)分離表面的金屬原子接近到晶格距離，形成金屬鍵使兩金屬連為一體。

3、釬焊熔化的釬料（熔點(diǎn)低于釬件的熔點(diǎn)）對固體釬件浸潤以保證液態(tài)釬料填滿釬縫，液態(tài)釬料與連接件的表面由分子或原子相互擴(kuò)散結(jié)合，冷凝后形成聯(lián)為一體的接頭。第三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三焊接分類圖：熔化焊壓焊釬焊焊接電弧焊氣焊碳極式金屬極式氧-乙炔焊空氣-乙炔焊氫-氧焊保護(hù)弧焊非保護(hù)弧焊非保護(hù)弧焊保護(hù)弧焊點(diǎn)焊電子束焊等離子焊埋弧焊惰性氣體保護(hù)焊CO2氣體保護(hù)焊電渣焊鍛焊冷壓焊摩擦焊電阻焊擴(kuò)散焊爆炸焊軟釬焊硬釬焊第四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三二、焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其在造船業(yè)中的應(yīng)用造船業(yè)中以焊接代替鉚接如同鋼材代替木材一樣是造船工業(yè)的一次劃時(shí)代的變革。自1921年世界上出現(xiàn)第一艘全焊結(jié)構(gòu)的船舶（載重量為500噸）以來，焊接工作者通過大量的實(shí)踐與研究使船舶焊接工藝得到成功和迅速發(fā)展?，F(xiàn)在不僅完全代替了鉚接，而且形成了較完整的船舶焊接工藝系統(tǒng)，為船舶建造向自動化、大型化、專業(yè)化發(fā)展提供了可靠的技術(shù)保證。a、焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：1、可節(jié)省大量金屬材料2、可改變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高4、焊接結(jié)構(gòu)密封性好5、成本低6、改善生產(chǎn)勞動條件第五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三b、焊接結(jié)構(gòu)的不足：1、焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中變化范圍比鉚接結(jié)構(gòu)大。鉚接結(jié)構(gòu)的鉚釘孔周圍應(yīng)力集中系數(shù)變化較小。焊接結(jié)構(gòu)中，焊縫不但起著類似鉚釘?shù)倪B接構(gòu)件的作用，而且與基體金屬連接組成一個(gè)整體，在外力的作用下一起變形。在焊縫根部焊趾處尺寸平滑過渡差，應(yīng)力集中較大，應(yīng)力集中對結(jié)構(gòu)的脆性斷裂和疲勞壽命有很大影響，應(yīng)采取合理的工藝和設(shè)計(jì)，減少焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中，以提高其強(qiáng)度和壽命。2、焊接結(jié)構(gòu)有較大的焊接應(yīng)力和變形絕大多數(shù)焊接方法都是采用局部加熱，加之焊接構(gòu)件的剛性不可避免會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和變形。應(yīng)力和變形不但能引起工藝缺陷，而且在一定條件下將影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、受壓穩(wěn)定性及尺寸穩(wěn)定性等。第六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三3、焊接結(jié)構(gòu)具有較大的性能不均勻性

焊接接頭金屬在焊接過程中經(jīng)受了不同熱循環(huán)、冶金過程，使焊接接頭處的金屬成分和組織與基體金屬有差別，形成了一個(gè)不均勻結(jié)構(gòu)（其不均勻性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鑄件和鍛件）。4、焊接接頭的整體性焊接結(jié)構(gòu)是一整體，一方面油密、水密、氣密性好；另一方面當(dāng)構(gòu)件產(chǎn)生裂紋會通過焊縫擴(kuò)展到另一構(gòu)件，裂紋一旦開始擴(kuò)展便不易制止，而鉚接接頭往往可以起到限制裂紋擴(kuò)展的作用。第七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三焊接基本理論常用名詞術(shù)語：坡口：根據(jù)設(shè)計(jì)或工藝需要，在焊件的待焊部位加工的一定幾何形狀的溝槽。單面坡口：只在焊件一面加工的坡口。雙面坡口：在焊件兩面均加工的坡口。坡口角度：兩坡口面之間的夾角。鈍邊：焊件開坡口時(shí)，沿焊件厚度方向未開坡口的端面部分。典型坡口示意圖板厚坡口角度鈍邊間隙第八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三焊趾：焊縫表面與母材的交界處。焊縫寬度：單道焊縫橫截面中，兩焊趾之間的距離。焊縫厚度：在焊縫橫截面中，從焊縫正面到焊縫背面的距離。焊腳：角焊縫的橫截面中，從一個(gè)焊件上的焊趾到另一個(gè)焊件表面的最小距離。熔深：在焊接接頭橫截面上，母材熔化的深度。余高：超出表面焊趾連線上面的那部分焊縫金屬的高度。焊道：每一次熔敷所形成的一條單道焊縫。焊層：多層焊時(shí)的每一個(gè)分層。每個(gè)焊層可由一條焊道或幾條并排相搭的焊道所組成。分段退焊：將焊件接縫劃分成若干段，每段施焊方向與整條焊縫增長方向相反的焊接方法。跳焊：將焊件接縫分成若干段，按預(yù)定次序和方向分段間隔施焊，完成整條焊縫的焊接法。第九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三焊接基本符號第十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三焊縫輔助符號第十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三第十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三角焊縫：在鋼結(jié)構(gòu)的焊接制作中，最經(jīng)常使用的焊縫型式是角焊縫。根據(jù)角焊縫的配置形式，可以將角焊縫分成頸部焊縫、側(cè)面焊縫、端面焊縫、角接焊縫和腹板焊縫。一般角焊縫都采用等腰的焊縫形狀，并可分為：一般應(yīng)避免這種焊縫形狀。它是不經(jīng)濟(jì)的并且具有最大的缺口效應(yīng)。僅在角接焊縫時(shí)使用這種焊縫形狀，甚至認(rèn)為是有利的。施工中認(rèn)為這種焊縫形狀是最經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)樗淮嬖诙嘤嗟暮缚p體積。盡管存在小的外部缺口效應(yīng)，但在主要承受靜載荷的構(gòu)件上仍可使用這種焊縫形狀。這種焊縫的焊縫體積大于平角焊縫的焊縫體積。凹形角焊縫具有最小的外部缺口效應(yīng)，因此優(yōu)先用于承受動載的構(gòu)件中。它們多半只能在船形位置焊接時(shí)得到。第十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三不等腰焊縫常用于端面焊縫的焊接，目的是減少缺口效應(yīng)。第十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三焊縫-焊接位置第十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三對管子來講：第十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三極性：就是電流流動方向，當(dāng)使用直流進(jìn)行焊接時(shí)，是十分重要的。直流正接（工件接正極）及直流反接的接線方法見下圖。有些直流的焊接電源備有開關(guān)裝置，以便一旦需要時(shí)用來改變焊接電流的極性。

直流正接：直流正接可用于手工焊焊接所有的鋼。其熔化速度與熔敷率高于直流反接，但熔深較淺而窄。由于直流正接的淺熔深能使薄零件的燒穿減到最少，故適于焊接縫隙或根部間隙過寬的接頭，以及用于堆焊。

直流反接：對給定的焊接條件來說，直流反接所得的熔深最大。雖然焊接電流對熔深大小起決定作用，但是焊條以直流反接施焊時(shí)，其熔深比以直流正接或交流施焊的熔深更大一些。這個(gè)特點(diǎn)使直流反接比較適于焊接那些采用襯墊的坡口焊縫中的根部焊道，以及適用于除平焊以外其他焊接位置的焊縫中的根部焊道。第十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三不同電流特性的相對熔深第十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三交流電流：交流電流是在有規(guī)則的周期中交變地兼有正接與反接兩種極性。在每一周期中，電流從零開始，從一個(gè)方向升至其最大值，衰減至零；從相反的方向升至其最大值，并再衰減至零。與焊接電弧維持燃燒的同時(shí)，這些周期連續(xù)不斷的重復(fù)著。以相同的電流值進(jìn)行焊接時(shí)，用交流電的熔敷速度和熔深介于用直流正接和直流反接所得的之間。第十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三手工電弧焊：電弧在熔化的電極和工件之間燃燒，電弧和焊接熔池通過焊條產(chǎn)生的氣體和渣的保護(hù)防止空氣的侵入。手工電弧焊靈活方便、設(shè)備簡單是造船中廣泛使用的焊接方法。第二十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三埋弧焊：不可見電弧在熔化的電極與工件之間或兩個(gè)熔化電極之間燃燒，電弧和焊接區(qū)域由焊劑覆蓋，焊接熔池由焊劑所形成的渣保護(hù)而不受大氣侵入。該方法自1935年發(fā)明以來，由于具有焊接生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量好、勞動強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于船舶、機(jī)車、鍋爐、化工設(shè)備、重型機(jī)械制造中碳素鋼、低合金鋼、耐熱鋼、鎳合金等材料的焊接及某些材料的堆焊。第二十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三埋弧焊電流、電壓、焊速對焊縫形狀的影響：a）焊接電流對焊縫的影響焊縫寬度余高焊縫尺寸焊接電流I/A熔深第二十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三b)電弧電壓對焊縫形態(tài)的影響焊縫寬度余高焊縫尺寸焊接電壓U/V熔深第二十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三c）焊接速度對焊縫形態(tài)的影響焊縫寬度余高焊縫尺寸焊接速度v熔深第二十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三CO2氣體保護(hù)焊

20世紀(jì)30年代美國學(xué)者發(fā)明惰性氣體以來，惰性氣體保護(hù)焊主要以焊接鋁、鎂和鈦等活潑金屬及其合金，它不需要特殊焊劑可獲得高質(zhì)量焊縫。但惰性氣體昂貴難于推廣，為此1950-1952年前蘇聯(lián)和日本學(xué)者研究了一種在CO2氣體保護(hù)中使用焊絲的焊接方法，即CO2氣體保護(hù)焊。由送絲裝置將盤絲送到焊槍，焊絲自身作為電極，與母材間產(chǎn)生電弧，并在CO2氣體的保護(hù)下，熔化焊絲及母材達(dá)到接頭牢固連接的一種焊接方法。CO2氣體保護(hù)焊的優(yōu)點(diǎn)a）成本低廉。b）效率高。生產(chǎn)效率是手工電弧焊的1~5倍。c）明弧，氣體保護(hù)。焊接時(shí)便于觀察電弧和熔池。不須要特殊焊劑，便于進(jìn)行全位置焊接。d）不易產(chǎn)生冷裂紋。該方法為一種低氫焊接方法，焊接低合金鋼時(shí)焊縫金屬的含氫量很低，不易產(chǎn)生冷裂紋。第二十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三坡口形式部分一、簡介坡口的基本尺寸在前面已講過。坡口的主要作用是保證焊透，鈍邊的作用是防止燒穿，間隙的作用也是為了保證焊透。坡口的加工方法有剪切、氣割、刨削、車削、碳弧氣刨和風(fēng)鏟等。氣割只能加工Ⅰ形、V形和X形坡口，刨和車能加工Ⅰ形、V形、X形和U形坡口。二、坡口形式的選擇原則1、坡口形式主要根據(jù)接頭形式、鋼板厚度、焊接方法、施工方便性、經(jīng)濟(jì)性及加工坡口的設(shè)備條件等因素來選擇。手工焊時(shí)，鋼板厚度在6mm以下的對接接頭，如能確保焊透，可以不開坡口；但焊接重要的對接接頭時(shí)，4~6mm厚度也應(yīng)開坡口。埋弧焊時(shí)，鋼板厚度在16mm以下的對接接頭一般可以不開坡口；采取一定工藝措施后，20mm厚度以內(nèi)或略大于20mm的對接接頭也可以不開坡口。2、船體結(jié)構(gòu)中的角焊縫一般均不開坡口。但對承受較大載荷、高應(yīng)力及對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有特殊要求的角焊縫（例如主機(jī)基座及舷側(cè)第二十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三列板與強(qiáng)力甲板的角焊逢）,則應(yīng)根據(jù)“規(guī)范”規(guī)定或設(shè)計(jì)要求開單邊V形或K形坡口。3、厚度為6~30mm鋼板的對接可選用V形坡口。V形坡口加工方便，但焊接金屬量較多，焊接變形也較大。厚度為12~60mm鋼板的對接可選用X形坡口。X形坡口加工較復(fù)雜，但焊接金屬量較少，焊接變形及內(nèi)應(yīng)力也較少。U形坡口由于加工困難，較少采用，必要時(shí)僅在厚度大于40mm鋼板及鑄鋼件的對接時(shí)使用。4、在胎架或船臺上裝焊的板縫，當(dāng)選用V形坡口時(shí)，開坡口的一側(cè)一般應(yīng)位于有骨架的一面。帶仰焊的板縫，可選用不對稱X形坡口或預(yù)先用手工焊打底的自動焊接頭形式。對坡口尺寸的選定應(yīng)考慮盡量減小手工仰焊的工作量，并為氣刨、焊接的操作提供方便。二、常見坡口形式及尺寸現(xiàn)在以我們目前在建的85m駁船為例介紹一下常見的坡口形式及尺寸。第二十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三焊接方法板厚(mm)焊接位置示意圖備注埋弧焊SAW10～13平焊單道焊8～32多道焊清根手工焊SMAW8～32平焊+仰焊多道焊清根橫焊多道焊清根立焊多道焊清根第二十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三焊接方法板厚(mm)焊接位置示意圖備注CO2氣體保護(hù)焊FCAW

8～32平焊+仰焊多道焊清根橫焊多道焊清根立焊多道焊清根平焊帶陶瓷襯墊的單面焊第二十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三焊接方法板厚(mm)焊接位置示意圖備注CO2氣體保護(hù)焊FCAW

8～32橫焊帶陶瓷襯墊的單面焊立焊帶陶瓷襯墊的單面焊第三十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三一、船體焊接的總原則：1、對一船體結(jié)構(gòu)施焊時(shí)，總體上應(yīng)按從中央向左右、前后的順序進(jìn)行。對稱結(jié)構(gòu)應(yīng)由雙數(shù)焊工同時(shí)進(jìn)行對稱焊接。2、對一條焊縫進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)視焊縫在船體結(jié)構(gòu)中所處的位置，由靠近結(jié)構(gòu)中央的一端向結(jié)構(gòu)邊緣的一端施焊或從焊縫中點(diǎn)向兩端施焊。3、使用手工焊、CO2焊焊接較長焊縫（SMAW：長度大于1m；CO2焊：長度大于2m）時(shí)，應(yīng)采用分段退焊法、分中分段退焊法或跳焊法，如圖所示。立向下焊接時(shí)采用直通焊。4、多層焊時(shí)，每層焊道的焊接方向要一致，各層的焊接方向可以相反。焊道的接頭應(yīng)相互錯(cuò)開，錯(cuò)開距離不小于30mm。

焊接順序部分第三十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三第三十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三二、船體建造各階段的焊接順序1、拼板板列拼板焊接時(shí)，根據(jù)板縫的排列情況可按圖2(a)、(b)、(c)、(d)進(jìn)行。第三十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三2、船體構(gòu)件船體內(nèi)部的桁材、肋骨及構(gòu)架與平板等的焊接順序應(yīng)符合下列要求：

a)結(jié)構(gòu)中同時(shí)存在對接與角接焊縫時(shí)，應(yīng)先焊對接，后焊角接，具體順序見圖(a)、(b)。b)結(jié)構(gòu)中同時(shí)存在立角焊縫與平角焊縫時(shí)，應(yīng)先焊立角焊縫，后焊平角焊縫，具體順序見圖(c)。第三十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三第三十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三3、平面組件（分段）a）如構(gòu)件需要對接焊，應(yīng)預(yù)先進(jìn)行。b）板與各構(gòu)件間的角焊縫的焊接順序例示于圖(a)、(b)，其中圖(a)適合于對稱結(jié)構(gòu)。c）如角焊縫的端部位于分段的合攏邊，則在該段部應(yīng)留出約200mm的長度暫時(shí)不焊，待合攏時(shí)再焊，如圖(c)所示。第三十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三第三十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期三4、立體分段制作⑴典型順序a）按3要求，在平面組件制作中預(yù)先完成甲板、外底板與縱骨間角焊縫的焊接。b）縱桁、肋板與內(nèi)底板平面組件定位焊后，按照圖圖(a)所示的順序，由雙數(shù)焊工對稱焊接1⑴─2⑵─3⑶─4⑷…區(qū)內(nèi)的縱桁、縱骨與肋板間的立角焊縫。c）上述立角焊縫完成后，按圖(b)所示的順序與方向，由雙數(shù)焊工對稱焊接1⑴─2⑵─3⑶─4⑷…區(qū)內(nèi)的縱桁、肋板與底板間的平角焊縫。但位于分段合攏邊的角焊縫端部應(yīng)留出200mm的長度暫時(shí)不焊，待船臺合攏時(shí)再焊，如3中圖(c)所示。d）外底