第1章焊接總論(第2講)2011

1、 第二講 1.2焊接變形與應(yīng)力1.3焊接缺陷及其防止1.4 焊接產(chǎn)品質(zhì)量檢驗第1章 焊接總論第1章 焊接總論1.2 焊接變形與應(yīng)力 焊接完成后經(jīng)常發(fā)現(xiàn)焊件結(jié)構(gòu)形狀和尺寸改變，甚至由于裂縫致使結(jié)構(gòu)斷裂。這類現(xiàn)象主要是由于焊接變形應(yīng)力引起的。 一般情況下，焊接應(yīng)力對結(jié)構(gòu)質(zhì)量影響不大，但有時可引起裂縫及影響焊后機械加工精度；焊接變形則給裝配工作帶來困難，并增加了矯正工作量。 第1章 焊接總論 1 焊接變形與焊接應(yīng)力的概念n焊接應(yīng)力按作用時間可分為焊接瞬時應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力。n焊接殘余應(yīng)力：焊后殘留在焊件內(nèi)的焊接應(yīng)力。n焊接變形： 焊接時，焊件所產(chǎn)生的變形為焊接變形。 焊接后，在焊件或結(jié)構(gòu)中殘留的變形

2、為焊接殘余變形。n焊接殘余變形主要有收縮變形，彎曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形等。 第1章 焊接總論2 焊接變形與應(yīng)力產(chǎn)生的原因 焊接時，焊件不均勻的局部加熱及冷卻是焊接變形和應(yīng)力產(chǎn)生的根本原因。 以平板對焊為例，若加熱時因熱膨脹而伸長不受周圍金屬限制，則其伸長自由進行。實際受周圍金屬阻礙，伸長不能實現(xiàn)，由此被加熱部分受壓應(yīng)力，周圍金屬受拉應(yīng)力。 焊件冷卻后，因被加熱金屬在加熱時產(chǎn)生了壓縮塑性變形，所以最后的長度比未被加熱金屬長度短些。 第1章 焊接總論金屬件在均勻加熱和冷卻時的應(yīng)力和變形（a） 焊接加熱時（b） 焊接冷卻后第1章 焊接總論3 焊接應(yīng)力與焊接變形之間的關(guān)系（1）焊接應(yīng)力分布

3、和焊接變形大小取決于材料的線膨脹系數(shù)、彈性模量、屈服點、焊件的形狀尺寸、材料的物性參數(shù)以及焊接參數(shù)等因素有關(guān)。（2）在焊接結(jié)構(gòu)中，焊接應(yīng)力和焊接變形同時存在，又相互制約。變形小而應(yīng)力卻增加了；反之，是焊接應(yīng)力減小，要允許焊件有一定程度的變形。這要根據(jù)具體情況而定，以減少應(yīng)力為主，還是減少變形為主。（3）生產(chǎn)中，要求焊接結(jié)構(gòu)既不能有較大的焊接變形，又不允許有較大的焊接應(yīng)力。第1章 焊接總論4 焊接變形的基本形式n（1）縱向及橫向的尺寸收縮變形，它是由于焊縫及近焊縫區(qū)縱向和橫向收縮引起，具體表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)長度、寬度縮短n（2）工件的彎曲，若焊縫分布在鋼板一側(cè)，則引起鋼板彎曲。n（3）扭曲、角變形，當(dāng)焊

4、縫在鋼板厚度方向分布不均勻或上下焊縫不是同時焊接時，都會引起扭曲或角變形。第1章 焊接總論 常見焊件變形的類型（a）縮短變形（c）彎曲變形（b）角變形第1章 焊接總論（d）扭曲變形（e）波浪變形 常見焊件變形的類型第1章 焊接總論5 預(yù)防和減少焊接變形和應(yīng)力的措施預(yù)防和減少焊接變形和應(yīng)力主要有兩方面：n結(jié)構(gòu)設(shè)計合理n采取正確的焊接工藝 第1章 焊接總論（1）選擇正確的焊接程序 a）收縮量大的焊縫應(yīng)該先焊。 如：一個結(jié)構(gòu)中，既有對接焊縫，又有角接焊縫，則應(yīng)先焊對接焊縫，后焊角焊縫。第1章 焊接總論（b）采用對稱焊接程序例如雙V型坡口，能有效減少焊縫變形。第1章 焊接總論（c）長焊縫焊接時，應(yīng)注意

5、焊接方向和順序例如：平板的拼焊第1章 焊接總論（2）反變形法n反變形法即：預(yù)先將焊件在變形相反的方向加以彎曲，以抵消因焊接后收縮所產(chǎn)生的變形，例如平板的反變形。 （a）焊前反變形 （b）焊后第1章 焊接總論（3）固定法、預(yù)熱法、焊后熱處理n固定法：焊接前將焊件固定，可減少焊后變形。固定方法很多，且焊接時不必過分考慮焊接程序。n預(yù)熱法：預(yù)熱目的是使焊接區(qū)的溫度和結(jié)構(gòu)溫度差減少，以降低焊接變形和抗力，對于可焊性差的材料常用此法，如中碳鋼、鑄鐵、特殊鋼等。對鋼焊件，預(yù)熱溫度一般為100350。 n焊后熱處理：消除應(yīng)力退火是消除焊接應(yīng)力的有效方法，對于重要結(jié)構(gòu)和精密構(gòu)件，都可以使用該方法。第1章 焊接

6、總論1.3 焊接缺陷及其防治n焊接是大型安裝工程建設(shè)中的一項關(guān)鍵工作，其質(zhì)量的好壞、效率的高低直接影響工程的安全運行和制造工期。n結(jié)合工程建造期間的施工管理經(jīng)驗，在人員、設(shè)備材料、標(biāo)準(zhǔn)文件和環(huán)境等方面加強焊接管理，有針對性地采取嚴格措施，可確保焊接質(zhì)量優(yōu)良，確保優(yōu)質(zhì)焊接工程的實現(xiàn)。 第1章 焊接總論幾種質(zhì)量較好的焊縫第1章 焊接總論超級鋼激光焊接接頭板厚3mm，線能量為180J/mm超級鋼等離子弧焊接接頭板厚3mm，線能量為830J/mm第1章 焊接總論1.3.1 常見的焊接缺陷n1、外觀缺陷：外觀缺陷(表面缺陷)是指不用借助于儀器,從工件表面可以發(fā)現(xiàn)的缺陷。 常見的外觀缺陷有咬邊、焊瘤、凹陷

7、及焊接變形等,有時還有表面氣孔和表面裂紋。單面焊的根部未焊透等。 第1章 焊接總論1 外觀缺陷A A、咬邊、咬邊沿著焊縫邊緣在母材部分形成的低于基體表面的凹陷或溝槽, 是由于電弧將焊縫邊緣的母材熔化后沒有得到熔敷金屬的充分補充所留下的缺口。第1章 焊接總論咬邊的原因及后果 原因：是電弧熱量太高,即電流太大,運條速度太小所造成的。 后果：咬邊減小了母材的有效截面積,降低結(jié)構(gòu)的承載能力,同時還會造成應(yīng)力集中,發(fā)展為裂紋源。 第1章 焊接總論B 焊瘤n焊縫中的液態(tài)金屬流到加熱不足未熔化的母材上或從焊縫根部溢出,冷卻后形成的未與母材熔合的金屬瘤即為焊瘤. 第1章 焊接總論 原因：焊接規(guī)范過強、焊條熔化

8、過快、焊條質(zhì)量欠佳(如偏芯),焊接電源特性不穩(wěn)定及操作姿勢不當(dāng)?shù)榷既菀讕砗噶觥Ｔ跈M、立、仰位置更易形成焊瘤。 后果：焊瘤常伴有未熔合、夾渣缺陷,易導(dǎo)致裂紋。同時,焊瘤改變了焊縫的實際尺寸,會帶來應(yīng)力集中。管子內(nèi)部的焊瘤減小了它的內(nèi)徑,可能造成流動物堵塞。焊瘤的形成原因及后果第1章 焊接總論 防止焊瘤的措施: 使焊縫處于平焊位置, 正確選用規(guī)范, 選用無偏芯焊條, 合理操作。 第1章 焊接總論 凹坑指焊縫表面或背面局部的低于母材的部分。C 凹坑第1章 焊接總論 原因：凹坑多是由于收弧時焊條(焊絲)未作短時間停留造成的(此時的凹坑稱為弧坑),仰、立、橫焊時,常在焊縫背面根部產(chǎn)生內(nèi)凹。 后果：凹坑

9、減小了焊縫的有效截面積,弧坑常帶有弧坑裂紋和弧坑縮孔。 凹坑的形成原因及后果第1章 焊接總論 防止凹坑的措施 選用有電流衰減系統(tǒng)的焊機, 盡量選用平焊位置, 選用合適的焊接規(guī)范, 收弧時讓焊條在熔池內(nèi)短時間停 留或環(huán)形擺動,填滿弧坑。第1章 焊接總論n未焊滿是指焊縫表面上連續(xù)的或斷續(xù)的溝槽。 D 未焊滿第1章 焊接總論 原因：填充金屬不足是產(chǎn)生未焊滿的根本原因。規(guī)范太弱,焊條過細,運條不當(dāng)?shù)葧?dǎo)致未焊滿。 后果：未焊滿同樣削弱了焊縫,容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,同時,由于規(guī)范太弱使冷卻速度增大,容易帶來氣孔、裂紋等。 防止未焊滿的措施: 加大焊接電流,加焊蓋面焊縫。 未焊滿的形成原因及后果第1章 焊接總

10、論E 燒穿n燒穿是指焊接過程中,熔深超過工件厚度,熔化金屬自焊縫背面流出,形成穿孔性缺陷。第1章 焊接總論 原因：焊接電流過大,速度太慢,電弧在焊縫處停留過久,都會產(chǎn)生燒穿缺陷。工件間隙太大,鈍邊太小也容易出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象。 后果：燒穿是鍋爐壓力容器產(chǎn)品上不允許存在的缺陷,它完全破壞了焊縫,使接頭喪失其聯(lián)接及承載能力。 燒穿的形成原因及后果第1章 焊接總論 防止燒穿的措施： 選用較小電流并配合合適的焊接速度, 減小裝配間隙, 在焊縫背面加設(shè)墊板或藥墊, 使用脈沖焊,能有效地防止燒穿。第1章 焊接總論2、氣孔和夾渣A、氣孔 氣孔是指焊接時,熔池中的氣體未在金屬凝固前逸出,殘存于焊縫之中所形成的空穴。

11、 其氣體可能是熔池從外界吸收的,也可能是焊接冶金過程中反應(yīng)生成的。第1章 焊接總論焊縫氣孔缺陷焊縫氣孔缺陷第1章 焊接總論氣孔從其形狀上分,有球狀氣孔、條蟲狀氣孔; 從數(shù)量上可分為單個氣孔和群狀氣孔。群狀氣孔又分均勻分布氣孔,密集狀氣孔和鏈狀分布氣孔 按氣孔內(nèi)氣體成分分類,有氫氣孔、氮氣孔、二氧化碳氣孔、一氧化碳氣孔、氧氣孔等。熔焊氣孔多為氫氣孔和一氧化碳氣孔。 (1)氣孔的分類氣孔的分類第1章 焊接總論(2)產(chǎn)生氣孔的主要原因產(chǎn)生氣孔的主要原因 母材或填充金屬表面有銹、油污等,焊條及焊劑未烘干會增加氣孔量,因為銹、油污及焊條藥皮、焊劑中的水分在高溫下分解為氣體,增加了高溫金屬中氣體的含量。焊

12、接線能量過小,熔池冷卻速度大,不利于氣體逸出。焊縫金屬脫氧不足也會增加氧氣孔。 第1章 焊接總論(3)氣孔的危害氣孔的危害 氣孔減少了焊縫的有效截面積,使焊縫疏松,從而降低了接頭的強度、塑性,還會引起泄漏。氣孔也是引起應(yīng)力集中的因素。氫氣孔還可能促成冷裂紋。 第1章 焊接總論(4)防止氣孔的措施防止氣孔的措施a.清除焊絲,工作坡口及其附近表面的油污、鐵銹、水分和雜物。 b.采用堿性焊條、焊劑,并徹底烘干。 c.采用直流反接并用短電弧施焊。 d.焊前預(yù)熱,減緩冷卻速度。 e.用偏強的規(guī)范施焊。 第1章 焊接總論B、夾渣 n夾渣是指焊后溶渣殘存在焊縫中的現(xiàn)象。第1章 焊接總論3、裂紋 焊縫中原子結(jié)

13、合遭到破壞,形成新的界面而產(chǎn)生的縫隙橫裂紋第1章 焊接總論中心裂紋第1章 焊接總論u 根據(jù)裂紋尺寸大小分為(1)宏觀裂紋 (2)微觀裂紋 (3)超顯微裂紋，指晶間裂紋和晶內(nèi)裂紋。u從產(chǎn)生溫度上,裂紋分為兩類: (1) 熱裂紋:產(chǎn)生于Ac3線附近的裂紋。一般是焊接完畢即出現(xiàn)。這種裂紋主要發(fā)生在晶界,裂紋面上有氧化色彩,失去金屬光澤。 (2) 冷裂紋:指在焊畢冷至馬氏體轉(zhuǎn)變溫度M3點以下產(chǎn)生的裂紋,一般是在焊后一段時間才出現(xiàn)。 A 裂紋的分類第1章 焊接總論熱裂紋發(fā)生于焊縫金屬凝固末期熱裂紋發(fā)生于焊縫金屬凝固末期,敏感溫度區(qū)敏感溫度區(qū)大致在固相線附近的高溫區(qū)。大致在固相線附近的高溫區(qū)。 熱裂紋都是

14、沿晶界開裂熱裂紋都是沿晶界開裂,通常發(fā)生在低合金鋼、通常發(fā)生在低合金鋼、奧氏體不銹鋼、雜質(zhì)較多的碳鋼等材料的氣焊縫奧氏體不銹鋼、雜質(zhì)較多的碳鋼等材料的氣焊縫中。中。熱裂紋(結(jié)晶裂紋) 的形成第1章 焊接總論a.產(chǎn)生于較低溫度,且產(chǎn)生于焊后一段時間以后,故又稱延遲裂紋。b.主要產(chǎn)生于熱影響區(qū),也有發(fā)生在焊縫區(qū)的。c.冷裂紋可能是沿晶開裂,穿晶開裂或兩者混合出現(xiàn)。d.冷裂紋引起的構(gòu)件破壞是典型的脆斷。冷裂紋的形成第1章 焊接總論壓力容器事故除極少數(shù)是由于設(shè)計不合理,選材不當(dāng)引起的,絕大部分是由于裂紋引起的脆性破壞。尤其是冷裂紋：a.瘁硬組織(馬氏體)減小了金屬的塑性儲備。 b.接頭的殘余應(yīng)力使焊縫

15、受拉。 c.接頭內(nèi)有一定的含氫量。 在所有的裂紋中,冷裂紋的危害性最大。B裂紋的危害第1章 焊接總論4、其他缺陷(1)未焊透(2)未熔合(3)焊縫化學(xué)成分或組織成分不符合要求(4)過熱和過燒(5)白點第1章 焊接總論1.4 焊接產(chǎn)品質(zhì)量檢驗 n焊接檢驗可以分為破壞性檢驗、非破壞性檢驗和聲發(fā)射檢測三大類。第1章 焊接總論焊接產(chǎn)品質(zhì)量檢驗破壞性試驗力學(xué)性能試驗拉伸試驗、彎曲試驗、沖擊試驗、壓扁試驗、硬度試驗、疲勞試驗化學(xué)分析實驗化學(xué)分析、腐蝕試驗金相檢驗宏觀檢驗、微觀檢驗、斷口檢驗非破壞性試驗外觀檢驗外觀形狀、尺寸、表面缺陷強度檢驗水壓試驗、氣壓試驗致密性試驗氣密性試驗、吹氣試驗、氨滲漏試驗、煤油試驗、載水試驗、沉水試驗、水沖試驗、氦檢漏試驗無損檢測技術(shù)射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測、渦流檢測聲發(fā)射檢測表1 焊接產(chǎn)品質(zhì)量檢驗 第1章 焊接總論檢驗過程檢驗過程檢驗內(nèi)容檢驗內(nèi)容焊前檢驗基本金屬質(zhì)量、焊接材料質(zhì)量、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計、焊件備料、焊件裝配質(zhì)量、焊接試板、輔機具、工具、焊接環(huán)境、焊接預(yù)熱、焊工資格焊接過程檢驗焊接規(guī)范、復(fù)核焊接材料、焊接順序、焊道表面質(zhì)量、后熱、焊后熱處理焊后檢驗外觀檢查、無損檢測、力學(xué)性能、金相檢驗、焊縫鐵素體含量、致密性檢驗、焊縫強度檢驗等。安裝調(diào)試質(zhì)量檢驗資料齊全、質(zhì)量證明文件、實物與技術(shù)文件一致性、產(chǎn)品重要部位、易