第11講 熔焊成形工藝基礎(chǔ)

1、材料成型基礎(chǔ)材料成型基礎(chǔ) 劉志衛(wèi)單位：機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)械制造與自動(dòng)化教研室手機(jī)郵箱：安徽理工大學(xué)安徽理工大學(xué)材料成型基礎(chǔ)材料成型基礎(chǔ)第第1111講講 熔焊成形工藝基礎(chǔ)熔焊成形工藝基礎(chǔ)焊接焊接 成形工藝基礎(chǔ)成形工藝基礎(chǔ)主要內(nèi)容主要內(nèi)容p一、概述p二、焊接電弧與電弧冶金過程p三、焊接接頭的組織和性能p四、焊接應(yīng)力與變形p五、焊接缺陷與檢驗(yàn)p 古代的焊接方法主要是鑄焊、釬焊和鍛焊。古代的焊接方法主要是鑄焊、釬焊和鍛焊。l 戰(zhàn)國時(shí)期制造的刀劍，刀刃為鋼，刀背為熟鐵，一般是經(jīng)過加熱鍛焊而成的。 l 中國商朝制造的鐵刃銅鉞，就是鐵與銅的鑄焊件。l 春秋戰(zhàn)國時(shí)期曾侯乙墓中的建鼓銅座

2、上有許多盤龍， 是分段釬焊連接而成的。 焊接概述焊接概述焊接發(fā)展史焊接發(fā)展史p 存在問題：存在問題：l 較長焊縫和厚板焊縫的焊接技術(shù)落后l 焊接技術(shù)自動(dòng)化水平不高（國外占80%，國內(nèi)占30%）l 焊接構(gòu)件易產(chǎn)生冷熱裂紋l 焊接人員的專業(yè)技術(shù)水平不足焊接概述焊接概述焊接發(fā)展現(xiàn)狀焊接發(fā)展現(xiàn)狀p 發(fā)展前景：發(fā)展前景：l 磁控焊接技術(shù)：通過磁場來實(shí)現(xiàn)焊接l 低溫焊接技術(shù)：“鳥巢”萬噸級(jí)以上的剛結(jié)構(gòu)件的焊接l 建立合理的焊工資格認(rèn)證體系l 電子焊接技術(shù)將被激光焊接取代焊接概述焊接概述焊接發(fā)展現(xiàn)狀焊接發(fā)展現(xiàn)狀p 現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，通過連接實(shí)現(xiàn)成形的工藝方法有很多，常用的連接方式有焊接焊接、膠接膠接和機(jī)械連

3、接機(jī)械連接p 焊接：焊接：l 通過加熱或加壓，或兩者同時(shí)并用，使兩個(gè)分離的物體產(chǎn)生原子間結(jié)合力而連接成一體的成形方法。焊接概述焊接概述連接方式連接方式p 現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，通過連接實(shí)現(xiàn)成形的工藝方法有很多，常用的連接方式有焊接焊接、膠接膠接和機(jī)械連接機(jī)械連接p 膠接：膠接：l 使用粘結(jié)劑來連接各種材料。焊接概述焊接概述連接方式連接方式p 現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，通過連接實(shí)現(xiàn)成形的工藝方法有很多，常用的連接方式有焊接焊接、膠接膠接和機(jī)械連接機(jī)械連接p 膠接：膠接：l 被粘物界面潤濕而產(chǎn)生粘附力，其粘結(jié)機(jī)理可以分為： 機(jī)械理論：機(jī)械理論：滲透到表面空隙，通過嚙合或鑲嵌作用 吸附理論：吸附理論：界面的分子

4、相互吸附 化學(xué)鍵理論：化學(xué)鍵理論：界面產(chǎn)生化學(xué)變化，通過化學(xué)鍵作用 靜電理論：靜電理論：界面產(chǎn)生雙電層，通過靜電相互吸引 擴(kuò)散理論：擴(kuò)散理論：界面分子之間相互擴(kuò)散，發(fā)生相溶作用焊接概述焊接概述連接方式連接方式p 現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，通過連接實(shí)現(xiàn)成形的工藝方法有很多，常用的連接方式有焊接焊接、膠接膠接和機(jī)械連接機(jī)械連接p 機(jī)械連接：機(jī)械連接：l 螺紋連接、銷釘連接、鍵連接、鉚釘連接。焊接概述焊接概述連接方式連接方式p 目前，我國是世界上少數(shù)的幾個(gè)擁有運(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星目前，我國是世界上少數(shù)的幾個(gè)擁有運(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星和載人飛船發(fā)射實(shí)力的國家。其中，火箭和飛船的殼體都是和載人飛船發(fā)射實(shí)力的國家。其中

5、，火箭和飛船的殼體都是采用了高強(qiáng)輕質(zhì)的材料，通過先進(jìn)的特種焊接和膠接技術(shù)制采用了高強(qiáng)輕質(zhì)的材料，通過先進(jìn)的特種焊接和膠接技術(shù)制造的。造的。焊接概述焊接概述焊接應(yīng)用焊接應(yīng)用焊接概述焊接概述焊接應(yīng)用焊接應(yīng)用焊接概述焊接概述焊接應(yīng)用焊接應(yīng)用在機(jī)器制造、造船工業(yè)、建筑工程、航空及航天工業(yè)機(jī)器制造、造船工業(yè)、建筑工程、航空及航天工業(yè)等應(yīng)用十分廣泛。舊金山的金門大橋，由舊金山的金門大橋，由8775087750噸鋼材焊接拼成。噸鋼材焊接拼成。 由焊接工藝制造全鋼結(jié)構(gòu)由焊接工藝制造全鋼結(jié)構(gòu)組成的帝國大廈建成。組成的帝國大廈建成。 焊接概述焊接概述焊接應(yīng)用焊接應(yīng)用在機(jī)器制造、造船工業(yè)、建筑工程、航空及航天工業(yè)機(jī)

6、器制造、造船工業(yè)、建筑工程、航空及航天工業(yè)等應(yīng)用十分廣泛。采用焊接工藝制造的核潛艇采用焊接工藝制造的核潛艇 小資料小資料：靈山大佛高：靈山大佛高88m88m；重；重800800多噸；由多噸；由15601560塊厚度為塊厚度為8mm8mm的青銅焊接而成。的青銅焊接而成。u根據(jù)焊接過程中金屬所處于的狀態(tài)不同，焊接方法可以分為熔焊、壓焊和釬焊三種。焊接概述焊接概述焊接的分類焊接的分類熔焊：熔焊：將金屬焊接處局部加熱到熔化狀態(tài)局部加熱到熔化狀態(tài)（通常還要加入填充金屬）形成熔池，冷卻結(jié)晶后形成焊縫，被焊金屬結(jié)合為不可分割的整體。壓焊：壓焊：在焊接過程中，無論加熱與否，均需要對(duì)工件施施加壓力加壓力，使工件

7、在固態(tài)或半固態(tài)固態(tài)或半固態(tài)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)連接。釬焊：釬焊：采用熔點(diǎn)金屬低于被焊金屬熔點(diǎn)金屬低于被焊金屬的釬料（填充物）熔熔化化之后，填充接頭間隙，并與被焊金屬相互擴(kuò)散以實(shí)現(xiàn)連接。p 與鉚接比，工藝簡單省金屬；與鉚接比，工藝簡單省金屬；焊接概述焊接概述焊接特點(diǎn)焊接特點(diǎn)p 氣密、水密性能好。氣密、水密性能好。 焊接概述焊接概述焊接特點(diǎn)焊接特點(diǎn)球形儲(chǔ)氣罐球形儲(chǔ)氣罐p 能化大為小，化小為大。能化大為小，化小為大。p 可實(shí)現(xiàn)不同材料間的連接?？蓪?shí)現(xiàn)不同材料間的連接。p 容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，效率高容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，效率高 p 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：易產(chǎn)生焊接應(yīng)力、變形、裂紋、夾渣等缺陷。易產(chǎn)生焊接應(yīng)力、變形、裂紋、夾渣等缺陷

8、。焊接概述焊接概述焊接特點(diǎn)焊接特點(diǎn)p 電?。弘娀。簭?qiáng)烈而持久的氣體放電現(xiàn)象；將一極為工件，另一極為填充金屬絲或焊條接通電源，短暫接觸并迅速分離，兩極相互接觸時(shí)發(fā)生短路，形成電?。籶 電弧形成后，只要兩極之間保持一定的電位差，即可維持電弧的燃燒。焊接電弧與電弧冶金過程焊接電弧與電弧冶金過程焊接電弧焊接電弧電壓低、電流大、溫度高、能量大、移動(dòng)好2030V十幾安幾千安p 焊接電弧是由弧焊機(jī)提供的，根據(jù)電流不同，可分為兩類：交流弧焊機(jī)和直流弧焊機(jī)p 直流電焊機(jī)焊接時(shí)，有兩種接線方法：直流正接：直流正接：工件接陽極，焊條接陰極直流反接：直流反接：工件接陰極，焊條接陽極焊接電弧與電弧冶金過程焊接電弧與電弧

9、冶金過程焊接電弧焊接電弧焊接厚板時(shí)應(yīng)該選焊接厚板時(shí)應(yīng)該選擇哪種方法？擇哪種方法？焊接薄板時(shí)應(yīng)該選焊接薄板時(shí)應(yīng)該選擇哪種方法？擇哪種方法？p 液態(tài)金屬、熔渣和氣體三者相互作用，是金屬再冶煉的過程。但焊接化學(xué)冶金過程又有著與一般冶煉過程不同的特點(diǎn)。p 首先：首先：焊接冶金溫度高，液態(tài)金屬會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的氧化、氮化反應(yīng)和大量金屬蒸發(fā)；油、銹、水在電弧高溫下分解出的H 原子可溶入液態(tài)金屬中，導(dǎo)致接頭塑性和韌性降低（氫脆），以至產(chǎn)生裂紋。焊接電弧與電弧冶金過程焊接電弧與電弧冶金過程焊接冶金過程焊接冶金過程p 液態(tài)金屬、熔渣和氣體三者相互作用，是金屬再冶煉的過程。但焊接化學(xué)冶金過程又有著與一般冶煉過程不同的特

10、點(diǎn)。p 其次：其次：焊接熔池小，冷卻快，使各種冶金反應(yīng)難以達(dá)到平衡狀態(tài)；焊縫中化學(xué)成分不均勻，且熔池中氣體、氧化物等來不及浮出，容易形成氣孔、夾渣等缺陷，甚至產(chǎn)生裂紋。焊接電弧與電弧冶金過程焊接電弧與電弧冶金過程焊接冶金過程焊接冶金過程p 為了保證焊縫質(zhì)量，通常會(huì)采取以下措施：（1）對(duì)熔化金屬進(jìn)行機(jī)械保護(hù)，使之與空氣隔開。焊接電弧與電弧冶金過程焊接電弧與電弧冶金過程焊接冶金過程焊接冶金過程p 為了保證焊縫質(zhì)量，通常會(huì)采取以下措施：（2）對(duì)焊接熔池進(jìn)行冶金處理，通過在焊接材料（焊條藥皮、焊絲、焊劑）中加入脫氧劑（主要是錳鐵和硅鐵）和合金元素，在焊接過程中排除熔池中的FeO，并補(bǔ)償合金元素的燒損。

11、焊接電弧與電弧冶金過程焊接電弧與電弧冶金過程焊接冶金過程焊接冶金過程去除有害元素（氧、氫、硫等）去除有害元素（氧、氫、硫等）添加有益合金元素（錳、硅等）添加有益合金元素（錳、硅等）焊接接頭的在組織和性能焊接接頭的在組織和性能焊接接頭焊接接頭焊縫附近各點(diǎn)溫度曲線焊縫附近各點(diǎn)溫度曲線在焊接的過程中，靠近焊縫的金屬相當(dāng)于受到一次不同規(guī)范的熱處理，組織和性能發(fā)生了變化，形成了所謂的熱影響區(qū)。p 焊接接頭是由相互聯(lián)系，而在組織和性能上又有區(qū)別的三部分組成，包括焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)。焊接接頭的在組織和性能焊接接頭的在組織和性能焊接接頭焊接接頭p 焊縫金屬是由母材和焊條（絲）熔化形成的熔池冷卻結(jié)晶而成的

12、。p 焊縫金屬在結(jié)晶時(shí)，以熔池和母材金屬的交界處的半熔化金屬晶粒為晶核，沿著垂直于散熱面方向反向生長為柱狀晶。焊接接頭的在組織和性能焊接接頭的在組織和性能焊縫焊縫結(jié)晶之前結(jié)晶之前結(jié)晶過程結(jié)晶過程結(jié)晶結(jié)束結(jié)晶結(jié)束p 焊縫金屬是由母材和焊條（絲）熔化形成的熔池冷卻結(jié)晶而成的。焊接接頭的在組織和性能焊接接頭的在組織和性能焊縫焊縫焊縫組織是鑄態(tài)組織，故晶粒粗大、成分偏析，組織不致密。但由于焊絲本身的雜質(zhì)含量低及合金化作用，使焊縫化學(xué)成分優(yōu)于母材，所以焊縫金屬的力學(xué)性能一般不低于母材。 p 焊縫與熱影響區(qū)的的過渡區(qū)稱焊縫與熱影響區(qū)的的過渡區(qū)稱熔合區(qū)熔合區(qū)，也稱，也稱半熔化區(qū)半熔化區(qū). .焊接接頭的在組織

13、和性能焊接接頭的在組織和性能熔合區(qū)熔合區(qū)熔合區(qū)液-固相線之間，焊縫到母材的過渡區(qū)域，寬度0.10.4mm。焊接時(shí)，該區(qū)內(nèi)液態(tài)金屬與未熔化的母材金屬共存，冷卻后，其組織為部分鑄態(tài)組織和部分過熱組織，化學(xué)成分和組織極不均勻，是焊接接頭中力學(xué)性能是焊接接頭中力學(xué)性能最差的薄弱部位最差的薄弱部位。p 熱影響區(qū)按加熱溫度的不同熱影響區(qū)按加熱溫度的不同, ,可劃分為可劃分為過熱區(qū)過熱區(qū)、正火區(qū)正火區(qū)、部部分相變區(qū)分相變區(qū)等區(qū)域。等區(qū)域。焊接接頭的在組織和性能焊接接頭的在組織和性能過熱區(qū)過熱區(qū)過熱區(qū)固相線至1100之間，寬度約13mm。焊接時(shí)，該區(qū)域內(nèi)奧氏體晶粒嚴(yán)重長大，冷卻后得到晶粒粗大的過熱組織，塑性和

14、韌性明顯下降p 熱影響區(qū)按加熱溫度的不同熱影響區(qū)按加熱溫度的不同, ,可劃分為可劃分為過熱區(qū)過熱區(qū)、正火區(qū)正火區(qū)、部部分相變區(qū)分相變區(qū)等區(qū)域。等區(qū)域。焊接接頭的在組織和性能焊接接頭的在組織和性能正火區(qū)正火區(qū)正火區(qū)1100Ac3之間，寬約1.24.0mm。焊后空冷使該區(qū)的金屬進(jìn)行了正火處理，故其組織為均勻而細(xì)小的鐵素體和珠光體，力學(xué)性能優(yōu)于母材。p 熱影響區(qū)按加熱溫度的不同熱影響區(qū)按加熱溫度的不同, ,可劃分為可劃分為過熱區(qū)過熱區(qū)、正火區(qū)正火區(qū)、部部分相變區(qū)分相變區(qū)等區(qū)域。等區(qū)域。焊接接頭的在組織和性能焊接接頭的在組織和性能部分正火區(qū)部分正火區(qū)不完全重結(jié)晶區(qū)也稱部分正火區(qū)，溫度在Ac3Ac1之間

15、。焊接時(shí)，只有部分組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體；冷卻后獲得細(xì)小的鐵素體和珠光體，其余部分仍為原始組織，因此晶粒大小不均勻，力學(xué)性能也較差。p 熱影響區(qū)按加熱溫度的不同熱影響區(qū)按加熱溫度的不同, ,可劃分為可劃分為過熱區(qū)過熱區(qū)、正火區(qū)正火區(qū)、部部分相變區(qū)分相變區(qū)等區(qū)域。等區(qū)域。焊接接頭的在組織和性能焊接接頭的在組織和性能再結(jié)晶區(qū)再結(jié)晶區(qū)溫度在Ac1450之間。只有焊接前經(jīng)過冷塑性變形的母材金屬，才會(huì)在焊接過程中出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象。該區(qū)域金屬的力學(xué)性能變化不大，只是塑性有所增加。如果焊前未經(jīng)冷塑性變形，則熱影響區(qū)中就沒有再結(jié)晶區(qū)。p 一般焊接熱影響區(qū)一般焊接熱影響區(qū)寬度愈小寬度愈小，焊接接頭的，焊接接頭的力學(xué)性能

16、愈好力學(xué)性能愈好。影響熱影響區(qū)寬度的因素有影響熱影響區(qū)寬度的因素有加熱的最高溫度加熱的最高溫度、相變溫度以上的相變溫度以上的停留時(shí)間停留時(shí)間等。等。如果焊件大小、厚度、材料、接頭形式一定時(shí)，焊接方法焊接方法的影響也很大。焊接接頭的在組織和性能焊接接頭的在組織和性能熱影響區(qū)寬度的影響因素?zé)嵊绊憛^(qū)寬度的影響因素焊接方法焊接方法 各區(qū)平均尺寸各區(qū)平均尺寸 總寬度總寬度 過熱區(qū)過熱區(qū) 正火區(qū)正火區(qū) 部分正火區(qū)部分正火區(qū) 手工電弧焊手工電弧焊 埋弧焊埋弧焊 電渣焊電渣焊 氣氣 焊焊 電子束焊電子束焊 2.22.23.0 3.0 0.80.81.2 1.2 181820 20 21 21 1.51.52.

17、5 2.5 0.80.81.7 1.7 5.05.07.0 7.0 4.0 4.0 2.22.23.0 3.0 0.70.71.0 1.0 2.02.03.0 3.0 2.0 2.0 5.95.98.5 8.5 2.32.33.9 3.9 252530 30 27 27 0.050.050.75 0.75 焊接低碳鋼時(shí)熱影響區(qū)的平均尺寸焊接低碳鋼時(shí)熱影響區(qū)的平均尺寸 （mm）p 因按等強(qiáng)度原則選擇焊條，所以焊縫的強(qiáng)度一般不低于母材，其韌性也接近母材，只有塑性略有降低；p 而焊接接頭上塑性和韌性最低的區(qū)域在熔合區(qū)和過熱區(qū)，這主要是由于粗大的過熱組織所造成的；p 由于在這兩個(gè)區(qū)域，拉應(yīng)力最大，所以

18、它們是焊接接頭中最薄弱的部位，往往成為裂紋發(fā)源地。焊接接頭的在組織和性能焊接接頭的在組織和性能改善焊接接頭組織和性能的措施改善焊接接頭組織和性能的措施p （1）使熱影響區(qū)的冷卻速度適當(dāng)。對(duì)低碳鋼低碳鋼，用細(xì)焊絲、小電流、高焊速，可提高接頭韌性，減輕接頭脆化；對(duì)易淬硬對(duì)易淬硬鋼鋼，在不出現(xiàn)硬脆馬氏體時(shí)適當(dāng)提高冷卻速度，可以細(xì)化晶粒，有利于改善接頭性能。p （2）采用多層焊多層焊，利用后層對(duì)前層的回火作用，使前層的組織和性能得到改善。p （3）進(jìn)行焊后熱處理焊后熱處理。焊后進(jìn)行退火或正火處理可以細(xì)化晶粒，改善焊接接頭的力學(xué)性能。焊接接頭的在組織和性能焊接接頭的在組織和性能改善焊接接頭組織和性能的措

19、施改善焊接接頭組織和性能的措施焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的原因焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的原因加熱和冷卻受到拘束，不能自由膨脹和收縮，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、變形加熱和冷卻受到拘束，不能自由膨脹和收縮，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、變形焊接中焊接中冷卻后冷卻后焊接過程是一個(gè)焊接過程是一個(gè)不均勻的加熱過程不均勻的加熱過程。 焊件各部位在焊件各部位在熱脹冷縮熱脹冷縮和和塑性變形塑性變形的影響下產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)的影響下產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、變形或裂紋。力、變形或裂紋。p 焊后殘留在焊件內(nèi)的應(yīng)力和變形稱為焊后殘留在焊件內(nèi)的應(yīng)力和變形稱為焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力和和焊焊接殘余變形接殘余變形；焊件應(yīng)力和焊接變形總是同時(shí)存在。；焊件應(yīng)力和焊接

20、變形總是同時(shí)存在。焊接時(shí)內(nèi)應(yīng)力存在規(guī)律：焊接時(shí)內(nèi)應(yīng)力存在規(guī)律： 加熱膨脹受阻加熱膨脹受阻（受壓：（受壓：“-”） 冷卻收縮又阻冷卻收縮又阻（受拉：（受拉：“”）焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的原因焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的原因p 焊接變形焊接變形的本質(zhì)是焊縫區(qū)的壓縮塑性變形，而工件因焊接接頭形式、焊接位置、鋼板厚度、焊接順序等不同，會(huì)產(chǎn)生各種不同的變形。焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形焊接變形的基本形式焊接變形的基本形式p 焊接變形焊接變形的本質(zhì)是焊縫區(qū)的壓縮塑性變形，而工件因焊接接頭形式、焊接位置、鋼板厚度、焊接順序等不同，會(huì)產(chǎn)生各種不同的變形。焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形焊接變形的基

21、本形式焊接變形的基本形式p 焊接變形焊接變形的本質(zhì)是焊縫區(qū)的壓縮塑性變形，而工件因焊接接頭形式、焊接位置、鋼板厚度、焊接順序等不同，會(huì)產(chǎn)生各種不同的變形。焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形焊接變形的基本形式焊接變形的基本形式p 焊接變形焊接變形的本質(zhì)是焊縫區(qū)的壓縮塑性變形，而工件因焊接接頭形式、焊接位置、鋼板厚度、焊接順序等不同，會(huì)產(chǎn)生各種不同的變形。焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形焊接變形的基本形式焊接變形的基本形式焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形焊接變形的基本形式焊接變形的基本形式當(dāng)焊縫當(dāng)焊縫1 1橫向收縮大于焊縫橫向收縮大于焊縫2 2時(shí)時(shí)當(dāng)焊縫當(dāng)焊縫1 1左端收縮大于右端時(shí)左端收縮大于右端時(shí)當(dāng)焊縫當(dāng)焊

22、縫1 1左端收縮大于右端，焊左端收縮大于右端，焊縫縫3 3右端收縮大于左端時(shí)右端收縮大于左端時(shí)p 焊接變形焊接變形的本質(zhì)是焊縫區(qū)的壓縮塑性變形，而工件因焊接接頭形式、焊接位置、鋼板厚度、焊接順序等不同，會(huì)產(chǎn)生各種不同的變形。焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形焊接變形的基本形式焊接變形的基本形式焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形焊接變形的基本形式焊接變形的基本形式變形形式變形形式 示意圖示意圖 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因 收縮變形收縮變形 由焊接后焊縫的縱向（沿焊縫長度由焊接后焊縫的縱向（沿焊縫長度方向）和橫向（沿焊縫寬度方向）收方向）和橫向（沿焊縫寬度方向）收縮引起縮引起 角角 變變 形形 由于焊縫橫截面形狀上下不

23、對(duì)稱，由于焊縫橫截面形狀上下不對(duì)稱，焊縫橫向收縮不均引起焊縫橫向收縮不均引起 彎曲變形彎曲變形 T T形梁焊接時(shí)，焊縫布置不對(duì)稱，由形梁焊接時(shí)，焊縫布置不對(duì)稱，由焊縫縱向收縮引起焊縫縱向收縮引起 扭曲變形扭曲變形 工字梁焊接時(shí)，由于焊接順序和焊工字梁焊接時(shí)，由于焊接順序和焊接方向不合理引起結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)扭曲接方向不合理引起結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)扭曲 波浪變形波浪變形 薄板焊接時(shí)，焊接應(yīng)力使薄板局部薄板焊接時(shí)，焊接應(yīng)力使薄板局部失穩(wěn)而引起失穩(wěn)而引起 p 焊接應(yīng)力和變形會(huì)引起結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的改變，影響結(jié)構(gòu)精度，甚至?xí)鸷附恿鸭y，造成事故，還會(huì)影響到焊后機(jī)械加工的精度。p 減小焊接應(yīng)力和變形，可以改善焊接質(zhì)量，大

24、大提高焊接結(jié)構(gòu)的承載能力。焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形對(duì)結(jié)構(gòu)的影響焊接應(yīng)力與變形對(duì)結(jié)構(gòu)的影響p 1焊前預(yù)熱焊前預(yù)熱預(yù)熱減小焊件上各部分的溫差，降低焊縫區(qū)的冷卻速度，從而減小焊接應(yīng)力和變形,預(yù)熱溫度一般為400以下。p 2選擇合理的焊接順序選擇合理的焊接順序焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形預(yù)防和減小預(yù)防和減小焊接應(yīng)力和變形的工藝措施焊接應(yīng)力和變形的工藝措施1）盡量使焊縫能自由收縮，這樣產(chǎn)生的殘余應(yīng)力小p 2選擇合理的焊接順序焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形預(yù)防和減小預(yù)防和減小焊接應(yīng)力和變形的工藝措施焊接應(yīng)力和變形的工藝措施2）采用分散對(duì)稱焊工藝，長焊縫盡可能采用分段退焊或跳焊的方法進(jìn)行焊接

25、，這樣加熱時(shí)間短、溫度低且分布均勻，可減小焊接應(yīng)力和變形。p 3.加熱減應(yīng)區(qū)加熱減應(yīng)區(qū)鑄鐵補(bǔ)焊時(shí)，在補(bǔ)焊前可對(duì)鑄件上的適當(dāng)部位進(jìn)行加熱，以減少焊接時(shí)對(duì)焊接部位伸長的約束，焊后冷卻時(shí)，加熱部位與焊接處一起收縮，從而減小焊接應(yīng)力。焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形預(yù)防和減小預(yù)防和減小焊接應(yīng)力和變形的工藝措施焊接應(yīng)力和變形的工藝措施被加熱的部位稱為減應(yīng)區(qū)，這種方法叫做加熱減應(yīng)區(qū)法。利用這個(gè)原理也可以焊接一些剛度比較大的焊縫。p 4反變形法反變形法焊接前預(yù)測焊接變形量和變形方向，在焊前組裝時(shí)將被焊工件向焊接變形相反的方向進(jìn)行人為的變形，以達(dá)到抵消焊接變形的目的。焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形預(yù)防和減小預(yù)防和減

26、小焊接應(yīng)力和變形的工藝措施焊接應(yīng)力和變形的工藝措施p 5剛性固定法剛性固定法焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形預(yù)防和減小預(yù)防和減小焊接應(yīng)力和變形的工藝措施焊接應(yīng)力和變形的工藝措施p 利用夾具、胎具等強(qiáng)制手段，以外力固定被焊工件來減小焊接變形。該法能有效地減小焊接變形，但會(huì)產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，所以一般只用于塑性較好的低碳鋼結(jié)構(gòu)p 1消除焊接應(yīng)力的方法（1）錘擊焊縫 焊后用圓頭小錘對(duì)紅熱狀態(tài)下的焊縫進(jìn)行錘擊，可以延展焊縫，釋放焊接應(yīng)力。（2）焊后熱處理 焊件進(jìn)行去應(yīng)力退火，對(duì)于消除焊接應(yīng)力具有良好效果。碳鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼焊件整體加熱到580680，保溫后空冷或隨爐冷卻，一般可消除80%90%的殘余應(yīng)力。

27、大型焊件，可采用局部高溫退火來降低應(yīng)力峰值。焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形消除消除焊接應(yīng)力和矯正焊接變形的方法焊接應(yīng)力和矯正焊接變形的方法p 1消除焊接應(yīng)力的方法（3）機(jī)械拉伸法對(duì)焊件進(jìn)行加載，使焊縫區(qū)產(chǎn)生微量塑性拉伸，可以使殘余應(yīng)力降低。例如，壓力容器在進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，將試驗(yàn)壓力加到工作壓力的1.21.5倍，這時(shí)焊縫區(qū)發(fā)生微量塑性變形，應(yīng)力被釋放。焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形消除消除焊接應(yīng)力和矯正焊接變形的方法焊接應(yīng)力和矯正焊接變形的方法p 2矯正焊接變形的措施常用的矯正方法有：（1）機(jī)械矯正焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形消除消除焊接應(yīng)力和矯正焊接變形的方法焊接應(yīng)力和矯正焊接變形的方法利用機(jī)械力

28、產(chǎn)生塑性變形來矯正焊接變形，這種方法適用于塑性較好、厚度不大的焊件。p 2矯正焊接變形的措施常用的矯正方法有：p （2）火焰矯正焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形消除焊接應(yīng)力和矯正焊接變形的方法消除焊接應(yīng)力和矯正焊接變形的方法利用金屬局部受熱后的冷卻收縮來抵消已發(fā)生的焊接變形。這種方法主要用于低碳鋼和低淬硬傾向的低合金鋼。一般采用氣焊焊炬，不需專門設(shè)備，其效果主要取決于火焰加熱的位置和加熱溫度。加熱溫度范圍通常在600800。p 在焊接生產(chǎn)過程中，由于設(shè)計(jì)、工藝、操作中各種因素的影響，往往會(huì)產(chǎn)生各種焊接缺陷。焊接缺陷不僅會(huì)影響焊縫的美觀，還有可能減小焊縫的有效承載面積，造成應(yīng)力集中引起斷裂，影響焊接

29、結(jié)構(gòu)使用的可靠性。焊接缺陷與檢驗(yàn)焊接缺陷與檢驗(yàn)焊接缺陷焊接缺陷p 在焊接生產(chǎn)過程中，由于設(shè)計(jì)、工藝、操作中各種因素的影響，往往會(huì)產(chǎn)生各種焊接缺陷。焊接缺陷不僅會(huì)影響焊縫的美觀，還有可能減小焊縫的有效承載面積，造成應(yīng)力集中引起斷裂，影響焊接結(jié)構(gòu)使用的可靠性。焊接缺陷與檢驗(yàn)焊接缺陷與檢驗(yàn)焊接缺陷焊接缺陷p 在焊接生產(chǎn)過程中，由于設(shè)計(jì)、工藝、操作中各種因素的影響，往往會(huì)產(chǎn)生各種焊接缺陷。焊接缺陷不僅會(huì)影響焊縫的美觀，還有可能減小焊縫的有效承載面積，造成應(yīng)力集中引起斷裂，影響焊接結(jié)構(gòu)使用的可靠性。焊接缺陷與檢驗(yàn)焊接缺陷與檢驗(yàn)焊接缺陷焊接缺陷p 常用的非破壞性檢驗(yàn)方法：1.外觀檢驗(yàn)用肉眼或借助樣板、低倍

30、放大鏡(520倍)檢查焊縫成形、焊縫外形尺寸是否符合要求，焊縫表面是否存在缺陷，所有焊縫在焊后都要經(jīng)過外觀檢驗(yàn)。焊接缺陷與檢驗(yàn)焊接缺陷與檢驗(yàn)焊接質(zhì)量檢驗(yàn)焊接質(zhì)量檢驗(yàn)p 常用的非破壞性檢驗(yàn)方法：2致密性檢驗(yàn) 對(duì)于貯存氣體、液體、液化氣體的各種容器、反應(yīng)器和管路系統(tǒng)，都需要對(duì)焊縫和密封面進(jìn)行致密性試驗(yàn)，常用方法如下：（1）水壓 工作壓力的1.21.5倍,保持5min以上,降至工作壓力,并用圓頭小錘沿焊縫輕輕敲擊,檢查焊縫的滲漏情況。（2）氣壓 注入壓縮空氣，檢查滲漏位置。也可將容器放水槽，然后向焊件中通入壓縮空氣，觀察是否有氣泡冒出。（3）煤油 對(duì)不受壓容器的檢漏。在焊縫一側(cè)涂上白堊粉白堊粉水溶液，待干燥后，在另一側(cè)涂刷煤油煤油。若焊縫有穿透性缺陷，則會(huì)在涂有白堊粉的一側(cè)出現(xiàn)明顯的油斑。焊接缺陷與檢驗(yàn)焊接缺陷與檢驗(yàn)焊接質(zhì)量檢驗(yàn)焊接質(zhì)量檢驗(yàn)p 常用的非破壞性檢驗(yàn)方法：p 3.磁粉檢驗(yàn)檢驗(yàn)焊件表面或近表面處缺陷(裂紋、氣孔、夾渣等)。將焊件放置在磁場中磁化，使其內(nèi)部通過分布均勻的磁力線，并在焊縫表面撒上細(xì)磁鐵粉，若焊縫表面無缺陷，則磁鐵粉均勻分布，若表面有缺陷，則一部分磁力線會(huì)繞過缺陷，暴露在空氣中，形成漏磁場，則該處出現(xiàn)磁粉集聚現(xiàn)象