焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

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一、焊接基本概念

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

焊接：是通過加熱或加壓或兩者并用，用（或不用）填充材料將同種（或異種）金屬材料實(shí)現(xiàn)原子之間結(jié)合的加工方法。促進(jìn)原子或分子之間產(chǎn)生結(jié)合和擴(kuò)散的方法是加熱或加熱，或兩者并用。兩件可為同種或異種材料（金屬和非金屬）。

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二、焊接方法分類

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根據(jù)在焊接過程中金屬材料所處的狀態(tài)，焊接方法分熔焊、壓焊和釬焊等三大類。

熔焊：將待焊處的母材金屬熔化以形成焊縫的焊接方法稱為熔焊。常見的有電弧焊、氣焊、電渣焊、埋弧焊及各種氣體保護(hù)焊、激光焊等。其中又分為熔化極和非熔化極：熔化極有焊條電弧焊、藥芯焊絲電弧焊（MAG）、氬弧焊（MIG）、氣保焊；非熔化極有鎢極氬弧焊（TIG）、等離子弧焊等。當(dāng)前第3頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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壓焊：在焊接過程中，必須對焊件施加壓力（加熱或不加熱），以完成焊接的方法，稱為壓焊。加熱壓焊有電阻焊、氣壓焊、高頻焊、鍛焊、接觸焊、摩擦焊等；不加熱壓焊有的方法有冷壓焊、超聲波焊、爆炸焊等。

釬焊：是硬釬焊和軟釬焊的總稱，是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬作填充材料，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)釬料濕潤母材，并填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法。硬釬焊：采用硬釬料，釬料熔點(diǎn)在450℃以上；軟釬焊：采用軟釬料，釬料熔點(diǎn)在450℃以下。

常見的釬焊方法有烙鐵釬焊和火焰釬焊。主要特點(diǎn)是母材不熔化。

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熱作用局部性：與熱處理不同，屬于不均勻加熱。瞬時(shí)間性：熱源以一定速度（300mm/min左、右）移動(dòng)，加熱速度快，可達(dá)到1500℃/S，短時(shí)間內(nèi)可將大量熱量從加熱源傳遞到焊接工件上，而母材迅速將熱量導(dǎo)出而冷卻降溫。焊接加熱過程對焊縫質(zhì)量的影響：影響熔池金屬的理化反應(yīng)，造成不完全偏析，形成氣孔、夾雜等缺陷。由于熱傳導(dǎo)過程，使焊縫區(qū)域金屬產(chǎn)生淬硬、脆化、軟化等。由于不均勻加熱及冷卻，產(chǎn)生不均勻應(yīng)力狀態(tài)和變形，導(dǎo)致裂紋。

三、焊接過程特點(diǎn)及影響當(dāng)前第5頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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焊縫熔池的一次結(jié)晶：在焊接過程中，當(dāng)焊接熱源離開后金屬有液體轉(zhuǎn)變成固體的過程為一次結(jié)晶；特點(diǎn)為：熔池體積小，冷卻速度快，電弧焊時(shí)熔池體積為30cm3，質(zhì)量約為200g；冷速大約為100℃/S，當(dāng)含C量高、合金元素較多的鋼材將較易產(chǎn)生淬硬組織（馬氏體），產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。熔池液態(tài)金屬處于過熱狀態(tài)，溫度為1770±100℃，超過金屬熔點(diǎn)，合金元素?zé)龘p嚴(yán)重。熔池在運(yùn)動(dòng)過程狀態(tài)下結(jié)晶，熔池與熱源作同速移動(dòng)，熔池前半部處于熔化，后半部處于結(jié)晶狀態(tài)，熔池在運(yùn)動(dòng)下結(jié)晶。當(dāng)前第6頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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偏析：合金鋼中各組成元素在結(jié)晶時(shí)分布不均勻的現(xiàn)象。在一次結(jié)晶過程中，冷速快，已凝固金屬中的化學(xué)成分來不及擴(kuò)散，造成分布不均勻，從而產(chǎn)生偏析。偏析分為顯微偏析、區(qū)域偏析、層狀偏析等三種。二次結(jié)晶：當(dāng)高溫焊縫冷卻到室溫時(shí)，需要經(jīng)過一系列的組織相變過程稱為二次結(jié)晶。焊接過程中，熔滴過渡形態(tài)有粗滴過渡、短路過渡和噴射過渡。當(dāng)前第7頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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目的：對焊接區(qū)域進(jìn)行保護(hù)的目的是防止空氣侵入熔滴和熔池，以減少焊縫金屬中的H、N、O等含量。保護(hù)一般分為三種：氣體保護(hù)：Ar、CO2等（目前公司主要采用富氬氣體保護(hù)，成分為80%Ar+20%CO2)；渣保護(hù)：埋弧焊（采用焊劑HJ431、HJ330等）；氣—渣聯(lián)合保護(hù)：焊條電弧焊（焊接材料采用電焊條）。

四、焊接過程中的保護(hù)原理及方法：當(dāng)前第8頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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焊接方法表示法焊接方法的英文縮寫：電弧焊——AWCO2氣體保護(hù)焊——CO2W埋弧自動(dòng)焊——SAW鎢極氬弧焊——GTAW電阻焊——RW（其中：電阻點(diǎn)焊——RSW；電阻縫焊——RSEW）焊接方法數(shù)字表示法：無氣體保護(hù)的電弧焊——11（其中：手工電弧焊——111）埋弧焊——12（其中：絲極埋弧自動(dòng)焊——121）熔化極氣體保護(hù)電弧焊——13（其中：CO2氣體保護(hù)焊——135）非熔化極氣體保護(hù)焊——14（其中：鎢極氬弧焊——141）電阻焊——2（其中：電阻點(diǎn)焊——21；電阻縫焊——22；電阻對焊——25）氣焊——3

五、幾種常用焊接方法的表示法當(dāng)前第9頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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概念：金屬材料的焊接性能是指材料對焊接加工的適應(yīng)性；即指金屬用一定的焊接方法和工藝要求下能否獲得優(yōu)良的接頭的性能和該接頭能否在使用條件下可靠地運(yùn)行。使用焊接性：焊接接頭或整個(gè)結(jié)構(gòu)滿足產(chǎn)品技術(shù)要求條件規(guī)定的使用性能和要求。焊接性不僅與材料本身的固有性能有關(guān)，同時(shí)也與許多焊接工藝條件有關(guān)。通過焊接試驗(yàn)來評(píng)定的主要標(biāo)準(zhǔn)，是產(chǎn)生裂紋的可能性和裂紋的多少，以及有無氣孔的產(chǎn)生。

六、常用金屬材料的焊接性能當(dāng)前第10頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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金屬材料的焊接性能與金屬材料的化學(xué)成分有很大關(guān)系，如：碳鋼的焊接性能就比合金鋼好；合金元素含量低的材料比合金元素含量高的焊接性能好；含碳量低的碳鋼的焊接性能比含碳量高的好。一般用碳當(dāng)量的大小來衡量:碳當(dāng)量（CE）＜0.4%時(shí)，鋼材的淬硬傾向不明顯，可焊性優(yōu)良，焊接時(shí)不必預(yù)熱。碳當(dāng)量（CE）=0.4%~0.6%時(shí)，鋼材的淬硬傾向逐漸明顯，需要采取適當(dāng)預(yù)熱，控制線能量等工藝措施。碳當(dāng)量（CE）＞0.6%時(shí)，淬硬傾向強(qiáng)，可焊性不好。當(dāng)前第11頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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影響材料焊接性的主要因素：材料因素：物理性能：熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率、熱容量等，如Cu、Al等熱導(dǎo)率大，結(jié)晶快，易產(chǎn)生氣孔等；化學(xué)性能：對氫、氮的敏感程度（主要影響元素C、S、P、O、N、H）；

工藝因素：焊接方法、工藝參數(shù)、焊接順序、預(yù)熱、后熱、焊后熱處理等。結(jié)構(gòu)因素：焊接結(jié)構(gòu)和接頭的設(shè)計(jì)形式（如形狀、尺寸、厚度、接頭坡口形式、焊縫布置及截面形狀）。使用條件：結(jié)構(gòu)的工作溫度、負(fù)載情況和工作介質(zhì)等，如低溫工作要求抗脆性斷裂；交變載荷要求焊縫抗疲勞性能。當(dāng)前第12頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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金屬材料分類：按含碳量分：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼按品質(zhì)分：普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼碳素鋼的焊接性：碳素鋼的焊接性隨含C量的增加而變差，因?yàn)楹珻量較高的鋼焊接時(shí)溫度快速冷卻下來容易被淬硬，而被淬硬的焊縫和熱影響區(qū)因?yàn)樗苄韵陆?，在焊接?yīng)力作用下易產(chǎn)生裂紋。當(dāng)前第13頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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碳素鋼的焊接性能及工藝要求：中碳鋼：淬硬傾向較大，熱影響區(qū)產(chǎn)生低塑性的馬氏體，焊接性能較差，35、45、55、ZG270-510、ZG310-570等，中碳鋼的焊接方法及工藝要求：預(yù)熱和控制層間溫度，一般在150℃左、右。盡量保證焊縫淺熔深焊接：采用小電流、小直徑焊條或焊絲。焊接完成后進(jìn)行熱處理：消除應(yīng)力處理580-650℃、后熱150-200℃保溫1.5-2小時(shí)。錘擊焊縫法，消除焊接應(yīng)力。當(dāng)前第14頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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高碳鋼：在焊接過程中會(huì)產(chǎn)生又脆又硬的高碳馬氏體，容易形成裂紋，難以焊接。一般不用這類鋼材制作焊接結(jié)構(gòu)件。焊接方法及工藝要求：先退火處理后再焊接操作。預(yù)熱：預(yù)熱溫度及層間溫度控制在350℃左、右。采用小電流、較低的焊接速度焊接。焊后保溫緩冷。

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概念：用焊接方法把金屬材料連接起來的接頭叫焊接接頭。接頭形式：對接接頭：有Ⅰ形坡口、V形坡口、X形坡口、U形坡口、單邊U形坡口、雙面U形坡口。T形接頭：有I形坡口、單邊V形、K形以及雙U形坡口四種形式。角接接頭：有I形坡口、單邊V形坡口、V形坡口及K形坡口四種形式。搭接接頭：分為I形坡口、圓孔內(nèi)塞焊及長孔內(nèi)角焊三種形式。卷邊接頭

七、接頭設(shè)計(jì)和形式當(dāng)前第16頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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接頭的設(shè)計(jì)和選擇原則：根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、材質(zhì)、技術(shù)要求等。根據(jù)采用的焊接方法及接頭的基本特性。根據(jù)承載荷的性質(zhì)、大?。ㄈ缋臁嚎s、彎曲、沖擊等）。根據(jù)工作環(huán)境要求。根據(jù)變形與控制及施焊的難易程度。根據(jù)接頭的焊前準(zhǔn)備和焊接費(fèi)用等。坡口的選擇原則：保證焊件的焊接質(zhì)量、焊縫能焊透。坡口容易加工（如U型坡口比V型坡口加工困難，費(fèi)用高）。盡可能減少金屬填充量。減少焊接變形。保證焊接可達(dá)性（如不能兩面焊接的可選用單面V型或U型坡口）不同位置的焊接操作要求：（平焊、立焊、橫焊、仰焊等四種操作方法）。當(dāng)前第17頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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產(chǎn)生原理：在焊接過程中，加熱是通過移動(dòng)的高溫電弧熱源進(jìn)行的，因此焊縫和焊縫附近的金屬溫度很高，其余大部分金屬不受熱。受熱金屬的膨脹。而周圍金屬不受熱，金屬不膨脹，相當(dāng)于鋼性固定。于是，受熱金屬的膨脹受到阻礙和抑制，產(chǎn)生了壓縮塑性變形。而焊完冷卻后，焊縫和焊縫附近的金屬，因收縮而變短，但又受到周圍未受熱金屬的限制，就使焊件產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，以致產(chǎn)生變形。

八、焊接應(yīng)力與變形當(dāng)前第18頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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應(yīng)力分為：按產(chǎn)生原因分為：熱應(yīng)力：由于溫差引起（溫差應(yīng)力），產(chǎn)生熱裂紋。相變應(yīng)力：由于局部金屬發(fā)生組織相變。塑變應(yīng)力：金屬局部發(fā)生拉伸或壓縮產(chǎn)生塑性變形后引起的內(nèi)應(yīng)力。按產(chǎn)生和存在時(shí)間分：焊接瞬時(shí)應(yīng)力：和熱應(yīng)力無本質(zhì)區(qū)別，熱應(yīng)力也是瞬時(shí)應(yīng)力（暫時(shí)應(yīng)力）殘余應(yīng)力：焊接完成冷卻后殘留在焊縫中的應(yīng)力，其對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、防腐蝕性能和尺寸穩(wěn)定均有影響。焊接變形：在焊接過程中產(chǎn)生的變形叫焊接變形。焊接變形的種類：縱向和橫向的收縮變形、彎曲變形、扭曲變形、角變形和波浪變形等。當(dāng)前第19頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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焊接殘余應(yīng)力的控制：焊接殘余應(yīng)力是可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝措施等進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制的，如降低殘余應(yīng)力產(chǎn)生的峰值，避免在大面積內(nèi)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力等。設(shè)計(jì)措施：盡量減少結(jié)構(gòu)上的焊縫數(shù)量和尺寸：多一條焊縫就多一處內(nèi)應(yīng)力源，過大的焊縫尺寸，焊接時(shí)受熱區(qū)域就大。避免焊縫過分集中，焊縫中間應(yīng)保持足夠的空間。在壓力容器設(shè)計(jì)中要求較嚴(yán)格。采用剛性較小的接頭形式。當(dāng)前第20頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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工藝措施：采用合理的焊接順序。降低焊縫拘束度。錘擊焊縫：使焊縫金屬延展，抵消一些焊縫區(qū)域的收縮，降低內(nèi)應(yīng)力，在焊縫強(qiáng)度高，塑性較差的材料中，一般在溫度較高時(shí)錘擊為好（溫度區(qū)間為800-500℃）。加熱減應(yīng)區(qū)：加熱那些阻礙焊接區(qū)域自由收縮的部位，使與焊接區(qū)域同時(shí)膨脹和收縮，減少焊接應(yīng)力。當(dāng)前第21頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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消除焊接殘余應(yīng)力的方法：整體高溫回火（消除應(yīng)力退火）：碳鋼及低合金鋼為580-680℃，時(shí)間一般不小于30min,也不必超過3小時(shí)。局部高溫回火：只對焊縫及附近的局部區(qū)域加熱。機(jī)械拉伸法。溫差法。振動(dòng)法。爆炸法。當(dāng)前第22頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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預(yù)防和減少焊接變形的措施

設(shè)計(jì)措施：合理選擇結(jié)構(gòu)的截面形狀和尺寸。合理選擇焊縫尺寸和形式：在保證焊縫強(qiáng)度、滿足焊接工藝條件下，盡可能采用較小的焊縫尺寸。對于受力較大的丁字接頭和十字接頭，在保證強(qiáng)度相同的條件下，采用開坡口角焊縫可減少變形。在薄板結(jié)構(gòu)中如果沒有密封性等要求，則可用點(diǎn)焊或塞焊來代替長縫的熔化焊。盡可能減少不必要的焊縫：盡可能采用各種型材、沖壓件和鍛件。合理地安排焊縫位置：盡可能使焊縫布置對稱于結(jié)構(gòu)截面的中性軸，或者靠近中性軸。當(dāng)前第23頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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工藝措施：反變形法：是焊接生產(chǎn)中常用的工藝措施。剛性固定法：在裝配時(shí)可以用夾具、專用胎具、壓鐵、臨時(shí)工藝支撐桿等來對構(gòu)件進(jìn)行剛性固定。合理地選擇焊接方法和焊接規(guī)范：選用能量比較集中的焊接熱源，可減少焊接塑性變形區(qū)，有效防止焊接變形。如：CO2氣體保護(hù)焊，電流密度大，能量集中，線能量比較小，不僅生產(chǎn)效率高，而且構(gòu)件的焊接變形比手工電弧焊小。選擇合理的組裝、焊接順序：這是焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中防止或減少變形十分重要的工藝措施。合理的裝配焊接順序不僅能減少構(gòu)件的焊接變形，而且還能降低結(jié)構(gòu)的焊接應(yīng)力。在對焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配焊接時(shí)，有的需要整體裝配后再進(jìn)行焊接，而有的結(jié)構(gòu)需分小總成裝配焊接后再總裝焊接。要根據(jù)具體的情況正確選擇合理的裝配焊接順序。

當(dāng)前第24頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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焊接變形的矯正：

機(jī)械矯正：對低碳鋼結(jié)構(gòu)，可在焊后直接用此法進(jìn)行矯正；但對于一般合金鋼焊接結(jié)構(gòu)，焊后應(yīng)先進(jìn)行消除應(yīng)力處理，然后才能進(jìn)行機(jī)械矯正，否則矯正困難，并可能因此而產(chǎn)生構(gòu)件的斷裂。對于薄板焊后的波浪變形，可采用錘擊焊縫區(qū)的拉伸應(yīng)力區(qū)域的方法，使該區(qū)域的纖維伸長，減少板邊的壓應(yīng)力而得到矯正?；鹧婕訜岢C正：對構(gòu)件進(jìn)行局部加熱，使加熱區(qū)產(chǎn)生壓縮塑性變形，冷卻后發(fā)生收縮，從而達(dá)到矯正目的。一般加熱部位溫度控制在600~800℃左右。對于有淬火敏感性的鋼一般不采用此法，對于低合金結(jié)構(gòu)鋼，應(yīng)根據(jù)各種鋼材的特點(diǎn)，嚴(yán)格控制加熱溫度和冷卻速度。加熱方法：點(diǎn)狀加熱（適用于板厚小于8mm的波浪式變形矯正）；線狀加熱（多用于變形較大或剛性較大的結(jié)構(gòu)）；三角形加熱（適用于矯正板厚較大，剛性較強(qiáng)的彎曲變形）。當(dāng)前第25頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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概述：在焊接接頭中由于焊接所引起的各種裂紋統(tǒng)稱焊接裂紋。焊接裂紋在焊縫金屬和熱影響區(qū)都可能產(chǎn)生。焊接結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的破壞事故大部分都是由焊接裂紋所引起。裂紋的危害：減少了焊接接頭的工作截面，因而降低了焊接結(jié)構(gòu)的承載能力。構(gòu)成了嚴(yán)重的應(yīng)力集中，既降低了結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度，又容易引發(fā)結(jié)構(gòu)的脆性破壞。造成泄漏。表面裂紋容易造成或加速結(jié)構(gòu)的腐蝕。留下隱患，使結(jié)構(gòu)變得不可靠。

九、焊接裂紋分類及產(chǎn)生原理當(dāng)前第26頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

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裂紋的分類按焊接裂紋的分布形態(tài)分：按裂紋產(chǎn)生的區(qū)域——焊縫裂紋和熱影響區(qū)裂紋；按相對于焊道的方向——縱向裂紋和橫向裂紋；按裂紋的尺寸大小——宏觀裂紋和微觀裂紋；按裂紋分布位置——表面裂紋、內(nèi)部裂紋和弧坑（火口）裂紋；按相對于焊縫斷面位置——焊趾裂紋、根部裂紋、焊道下裂紋。按裂紋產(chǎn)生的機(jī)理分：熱裂紋——包括結(jié)晶裂紋、液化裂紋、多邊化裂紋；冷裂紋——包括延遲裂紋、淬硬脆化裂紋、低塑性脆化裂紋；再熱裂紋；層狀撕裂；應(yīng)力腐蝕裂紋。當(dāng)前第27頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

焊接熱裂紋：在焊接過程中，焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)時(shí)所產(chǎn)生的焊接裂紋稱為熱裂紋。其斷口為藍(lán)黑色。焊接熱裂紋可分為：結(jié)晶裂紋、液化裂紋、多邊化裂紋三類。結(jié)晶裂紋：只產(chǎn)生在焊縫中，多呈縱向分布在焊縫中心，也有呈弧形分布在焊縫中心線兩側(cè)。弧坑裂紋亦屬結(jié)晶裂紋。液化裂紋：在母材近縫區(qū)或多層焊的前一焊道因受熱作用而在液化的晶界上形成的焊接裂紋稱液化裂紋。多邊化裂紋：焊接時(shí)在金屬多邊化晶界上形成的一種熱裂紋稱多邊化裂紋。是由于在高溫時(shí)塑性很低而造成的，故又稱高溫低塑性裂紋。這種裂紋多發(fā)生在純金屬或單相奧氏體焊縫中。目前對這種裂紋還缺乏深入研究。焊接再熱裂紋：焊后，工件在一定溫度范圍再次加熱而產(chǎn)生的裂紋稱再熱裂紋有些結(jié)構(gòu)在焊后并未發(fā)現(xiàn)裂紋，而在焊后消除應(yīng)力的熱處理過程中才出現(xiàn)裂紋，這種裂紋又稱消除應(yīng)力處理裂紋，簡稱SR裂紋。有些焊接結(jié)構(gòu)焊后沒有裂紋，而在一定溫度下長期工作時(shí)才產(chǎn)生裂紋。當(dāng)前第28頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

焊接再熱裂紋特點(diǎn)只發(fā)生在某些金屬內(nèi)，即僅在含有一定沉淀強(qiáng)化元素的金屬焊件中產(chǎn)生。而一般的低碳鋼和固溶強(qiáng)化類的低合金高強(qiáng)鋼均無再熱裂紋傾向。只發(fā)生在某一溫度區(qū)，與再熱溫度和再熱時(shí)間有關(guān)。只發(fā)生在熱影響區(qū)粗晶區(qū)的晶界上，在母材、焊縫和熱影響區(qū)的細(xì)晶部位均不產(chǎn)生再熱裂紋。在焊接區(qū)必須同時(shí)存在有殘余應(yīng)力和不同程度的應(yīng)力集中，因此在大拘束焊件或應(yīng)力集中部位最容易產(chǎn)生再熱裂紋。

預(yù)防熱裂紋的主要措施：控制焊縫金屬中有害物質(zhì)的含量；預(yù)熱：減小焊縫熔池的冷卻速度，降低焊接應(yīng)力；

采用堿性焊條或堿性焊劑：增強(qiáng)脫S能力，提高焊縫抗熱裂紋性；

調(diào)整焊接工藝參數(shù)：減少電流、減少焊縫厚度，提高抗裂性能；采用收弧板：焊縫弧坑冷卻速度較快，因偏析在弧坑產(chǎn)生熱裂紋。當(dāng)前第29頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

冷裂紋：焊接接頭冷卻到較低溫度下（鋼在Ms溫度以下）時(shí)產(chǎn)生的焊接裂紋。主要特點(diǎn)：鋼在焊接接頭冷卻到室溫后并在一定時(shí)間（幾小時(shí)、十幾小時(shí)或十幾天）才才出現(xiàn)的焊接冷裂紋稱延遲裂紋（最常見）。焊接冷裂紋主要發(fā)生在中碳鋼、高碳鋼、低合金鋼或中合金高強(qiáng)鋼、Ti及Ti合金鋼中，多發(fā)生在接頭熱影響區(qū)或熔合線上，個(gè)別情況下出現(xiàn)在焊縫中。

開始時(shí)少量出現(xiàn)，隨時(shí)間增長逐漸增多和擴(kuò)展。冷裂紋分類：淬硬脆化裂紋：又稱淬火裂紋，一些淬硬傾向較大的鋼種易出現(xiàn)。一般焊后立即出現(xiàn)，在熱影響區(qū)和焊縫上都可產(chǎn)生。低塑性脆化裂紋：是某些塑性較低的材料冷至低溫時(shí)，由于收縮而引起的應(yīng)變超過了材料本身所具有的塑性儲(chǔ)備或材料變脆而產(chǎn)生裂紋。如鑄鐵補(bǔ)焊，堆焊硬質(zhì)合金和焊接高鉻合金時(shí)易出現(xiàn)，通常是焊后立即出現(xiàn)，無延遲現(xiàn)象。當(dāng)前第30頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

延遲裂紋：可分為三類：焊道下裂紋：是在靠近堆焊焊道的熱影響區(qū)內(nèi)所形成的焊接冷裂紋，常與熔合線平行，有時(shí)也垂直。焊趾裂紋：是沿應(yīng)力集中的焊趾處所形成的焊接冷裂紋，其走向常與焊縫縱向平行，并由焊趾表面開始向母材深處延伸。焊根裂紋：是沿應(yīng)力集中的焊縫根部所形成的，其走向從焊縫根部開始伸向熱影響區(qū)或焊縫中。防止冷裂紋的主要措施：控制焊縫金屬的含氫量。預(yù)熱：減慢焊接接頭的冷卻速度以降低淬硬傾向。后熱（消氫處理）：指焊接結(jié)束或焊完一條焊縫后，將焊件或焊接接頭區(qū)立即加熱到150-250℃并保溫一段時(shí)間，消氫處理是在300-400℃加熱溫度內(nèi)進(jìn)行。采用較大的焊接線能量，減慢接頭的冷卻速度。采用奧氏體不銹鋼焊條，由于奧氏體組織塑性好，可減少焊接應(yīng)力，并能溶解較多的氫。當(dāng)前第31頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

焊接結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)：在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡可能采用最合理的結(jié)構(gòu)形式和焊接工藝，以保證：在滿足設(shè)計(jì)功能要求下，焊接工作量能減至最少；焊接件可不再需要或只需要少量的機(jī)械加工；焊接變形和焊接應(yīng)力能減至最少；能為焊接操作者創(chuàng)造良好的勞動(dòng)條件；結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高。概括起來講就是要保證產(chǎn)品的制造合理性、經(jīng)濟(jì)合理性、使用安全性。下面就一些具體的事項(xiàng)說明如下：

十、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與要求當(dāng)前第32頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

制造合理性方面：焊接件應(yīng)具有好的定位——保證組裝的可操作性。考慮焊接時(shí)操作方便，結(jié)構(gòu)特殊更應(yīng)考慮焊縫的布置。毛坯上與其他件連接的部分應(yīng)離開焊縫至少3mm。焊縫的位置應(yīng)使焊接設(shè)備的調(diào)整次數(shù)和工件的翻轉(zhuǎn)次數(shù)最少。經(jīng)濟(jì)合理性方面：考慮最有效的焊接位置，以最小量焊接達(dá)到最大量效果。在不影響產(chǎn)品性能的前提下，長焊縫盡量采用間斷焊縫。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，盡量設(shè)計(jì)為平焊、橫焊，避免立焊、仰焊。正確選用角焊縫的計(jì)算厚度。角焊縫在較小的負(fù)載下，不必計(jì)算強(qiáng)度，可按經(jīng)驗(yàn)確定焊角高度尺寸k，即按連接鋼板中較薄的板厚考慮。單面角焊縫k≥0.6δ；雙面角焊縫k≥0.3δ。一般k不應(yīng)超過12mm，根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算k值需大于12mm時(shí)，應(yīng)選擇其他形式的焊縫。一般情況下盡量不要把焊縫布置在加工面上。根據(jù)不同的焊接方法和板厚確定合理的坡口形式。當(dāng)前第33頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

使用安全性方面：避免將焊縫設(shè)計(jì)在應(yīng)力容易集中的地方，特別是重要部件或承受反復(fù)載荷的焊接件，更應(yīng)注意這一點(diǎn)。合理布置構(gòu)件的相互位置，以保證焊接件的剛性。焊縫的根部在避免處于受拉應(yīng)力的狀態(tài)。直接傳遞負(fù)載的焊接件，采用整體嵌接為好，將工作焊縫轉(zhuǎn)為聯(lián)系焊縫。箱形焊接結(jié)構(gòu)件應(yīng)設(shè)計(jì)為折彎件的拼焊。避免焊縫過分集中，以防止裂紋、減少變形；同時(shí)，焊縫間應(yīng)保持足夠的距離。焊接端部產(chǎn)生銳角的地方，應(yīng)盡量使角度變緩；薄板筋的銳角必須去掉，因?yàn)榧饨翘幰兹刍?。焊縫應(yīng)交錯(cuò)布置，避免交叉焊縫，特別是厚截面時(shí)更應(yīng)注意。合理安排焊縫位置，焊縫應(yīng)相對構(gòu)件中性軸，或靠近中性軸，以減少收縮力矩或彎曲變形。如有困難，則應(yīng)使較厚的焊縫布置在靠近中性軸，較薄的焊縫布置在另一邊。當(dāng)前第34頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

盡量減少焊縫的數(shù)量，在可能的情況下，用沖壓結(jié)構(gòu)代替肋板結(jié)構(gòu)，特別是對薄板結(jié)構(gòu)十分有效。蒙皮采用接觸點(diǎn)焊代替熔化焊，可減少變形。丁字接頭受集中載荷作用時(shí)，必須使集中載荷作用處有足夠的剛度。在不同厚度鋼板的對接焊接件設(shè)計(jì)時(shí)，兩板的厚度差（δ—δ1）超過下列允許數(shù)值時(shí)，應(yīng)在較厚板上作出單面或雙面削薄，其削薄長度L=3（δ—δ1）：較薄板厚度δ1為2~5mm時(shí)，允許厚度差（δ—δ1）為1mm；較薄板厚度δ1為5~9mm時(shí)，允許厚度差（δ—δ1）為2mm較薄板厚度δ1為9~12mm時(shí)，允許厚度差（δ—δ1）為3mm；較薄板厚度δ1為大于12mm時(shí)，允許厚度差（δ—δ1）為4mm。當(dāng)前第35頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

焊接結(jié)構(gòu)組焊件設(shè)計(jì)圖樣上應(yīng)表明的焊接方面的內(nèi)容：正確完整的焊縫標(biāo)注符號(hào)；選定的焊接方法及所選用的焊接材料（焊接材料也可不標(biāo)明而由工藝確定）；焊后消除應(yīng)力處理要求；校正焊接變形要求；焊縫質(zhì)量等級(jí)要求（如：X射線、超聲波探傷的等級(jí)要求）；當(dāng)同一圖樣上全部焊縫采用的焊接方法完全相同時(shí)，焊縫符號(hào)尾部表示焊接方法的代號(hào)可省略不標(biāo)注，但必須在“技術(shù)要求”中注明“全部焊縫均采用……焊”等字樣；當(dāng)大部分焊接方法相同時(shí)，也可在“技術(shù)要求”中注明“除圖樣中注明的焊接方法外，其余焊縫均采用……焊”等字樣；當(dāng)斷續(xù)焊縫、對稱斷續(xù)焊縫、交錯(cuò)斷續(xù)焊縫的段數(shù)無嚴(yán)格要求時(shí)，允許省略焊縫段數(shù)標(biāo)注；

當(dāng)前第36頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

同種鋼材焊接時(shí)焊材選用原則：從焊件的力學(xué)性能和化學(xué)成分方面考慮，焊材的選用原則為：根據(jù)等強(qiáng)原則選擇滿足母材力學(xué)性能的焊材。焊材的化學(xué)成分符合或接近母材。母材中含C、S、P等有害成分較高時(shí)，應(yīng)選擇抗裂性和抗氣孔性能好的焊材。從焊件的工作條件和使用性能方面考慮，焊材的選用原則為：在承受動(dòng)載荷和沖擊載荷情況下，選擇焊材時(shí)除保證強(qiáng)度外，對沖擊韌性、延伸率均有較高要求。接觸腐蝕介質(zhì)的，必須根據(jù)介質(zhì)的種類、濃度、工作溫度以及區(qū)分是一般腐蝕還是晶間腐蝕等，選擇合適的焊材。在磨損條件下，應(yīng)區(qū)分是一般磨損還是受沖擊磨損，是常溫還是受高溫磨損等，選擇相應(yīng)的耐磨焊材。非常溫條件下工作時(shí)，應(yīng)選擇相應(yīng)的保證低溫或高溫力學(xué)性能的焊材。十一、焊接材料的選用原則當(dāng)前第37頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

從焊件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力狀態(tài)考慮，焊材的選用原則為：形狀復(fù)雜，剛性大或大厚件的焊件，焊縫金屬在冷卻時(shí)收縮應(yīng)力大，容易產(chǎn)生裂紋，必須選擇抗裂性好的焊材。受條件限制不能翻轉(zhuǎn)的焊件，須選擇能進(jìn)行相應(yīng)位置（或全位置）焊接的焊材。從施焊條件和設(shè)備方面考慮，焊材的選用原則為：某些鋼材（如珠光體耐熱鋼）需焊后消除應(yīng)力熱處理，但受熱處理設(shè)備條件限制（或本身結(jié)構(gòu)限制）不能進(jìn)行熱處理時(shí)，應(yīng)改用非母材金屬材料焊材（如奧氏體不銹鋼焊材），可不必焊后熱處理。在狹小或通風(fēng)條件差的施焊場合，應(yīng)選用低塵低毒焊材。從經(jīng)濟(jì)合理性方面考慮，焊材的選用原則為：在使用性能相同的情況下，應(yīng)盡量選擇價(jià)格較低的焊材。當(dāng)前第38頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

異種鋼、復(fù)合鋼焊接時(shí)焊材選用原則一般碳鋼和低合金鋼的焊接（如Q235A與Q345A、45＃與Q345A等）：應(yīng)使焊接接頭的強(qiáng)度大于被焊鋼材中最低的強(qiáng)度。應(yīng)使焊接接頭的塑性和沖擊韌性不低于被焊鋼材。為防止焊接裂紋，應(yīng)根據(jù)焊接性較差的母材選取焊材。低合金鋼與不銹鋼的焊接：一般選用含Cr、Ni比母材高，塑性、抗裂性較好的奧氏體不銹鋼焊材。對于不重要的焊件，可選用與不銹鋼相應(yīng)的焊材。當(dāng)前第39頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

手工電弧焊：利用電弧熱熔化焊條和局部工件，形成連接的一種焊接方法。特點(diǎn)：具有靈活、機(jī)動(dòng)，適用性廣泛，可進(jìn)行全位置焊接；所用設(shè)備簡單、耐用性好、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。但勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量不夠穩(wěn)定，決定于操作者水平。富氬氣體保護(hù)焊：利用富氬氣體（80%Ar+20%CO2）進(jìn)行保護(hù)，以燃燒于工件與焊絲間的電弧做熱源的一種焊接方法。特點(diǎn)：成本低，為埋弧焊和手工焊的40%左右，質(zhì)量較好，生產(chǎn)效率高，操作性能好，大電流時(shí)飛濺較大，成型不夠美觀，設(shè)備較復(fù)雜。鎢極氬弧焊：利用高熔點(diǎn)鎢棒作為一個(gè)電極，以工件作為另一個(gè)電極，并利用氬氣作為保護(hù)介質(zhì)的一種焊接方法。簡稱TIG焊。特點(diǎn)：熱量集中，熔池小，焊接速度快，熱影響區(qū)窄，焊接變形小，電弧穩(wěn)定，飛濺小，成形美觀，設(shè)備較貴。氣焊：利用可燃?xì)怏w與氧氣混合燃燒的火焰所產(chǎn)生的高熱（可達(dá)3000℃）熔化焊件和焊絲進(jìn)行焊接的一種焊接方法。

十二、目前公司主要的焊接方法當(dāng)前第40頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)

整個(gè)公司目前的焊接裝備與同行競爭企業(yè)比較還相對滯后。同行企業(yè)于90年代初期就開始采用焊接機(jī)器人進(jìn)行產(chǎn)品的焊接，90年代中期開始大規(guī)模采用這種先進(jìn)的制造技術(shù)進(jìn)行金屬結(jié)構(gòu)件的焊接自動(dòng)化生產(chǎn)。采用焊接專機(jī)、弧焊機(jī)器人等自動(dòng)化焊接方法進(jìn)行生產(chǎn)，已成為一個(gè)企業(yè)結(jié)構(gòu)件制作能力的象征。公司目前只有平地機(jī)前機(jī)梁焊接專機(jī)、滾輪焊接專機(jī)、攪拌車（站）筒體焊接操作機(jī)、起重機(jī)各節(jié)臂焊接專機(jī)、轉(zhuǎn)塔臺(tái)環(huán)焊專機(jī)等幾臺(tái)半自動(dòng)焊接設(shè)備，少部分關(guān)重件配置了焊接變位機(jī)，基本上還是以手工焊接為主，暫未配置弧焊機(jī)器人。同行業(yè)狀況：廣西柳工于上世紀(jì)九十年代就購置了4臺(tái)igm弧焊機(jī)器人用于焊接裝載機(jī)前車架中的主焊縫。江蘇常林采用一臺(tái)igm弧焊機(jī)器人焊接裝載機(jī)前車架主要焊縫，主要部件都配置了焊接變位機(jī)。陜建采用了兩臺(tái)igm弧焊機(jī)器人用于攤鋪機(jī)熨平板架的焊接。天工采用兩臺(tái)瑞典ABB公司的弧焊機(jī)器人（IRB2400型）用于平地機(jī)牽引架和前機(jī)架的焊接。

十三、目前公司焊接生產(chǎn)狀況當(dāng)前第41頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)十四、世界焊接技術(shù)發(fā)展趨勢

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)隨著焊接技術(shù)迅速發(fā)展，從過程的控制到焊接工藝及裝備都不斷有新的突破，為焊接生產(chǎn)向優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的方向發(fā)展提供了前所未有的良好條件。焊接過程的機(jī)械化、自動(dòng)化是機(jī)械企業(yè)焊接生產(chǎn)技術(shù)改造的主要方向。目前較先進(jìn)的焊接技術(shù)：

弧焊機(jī)器人焊接系統(tǒng)（工作站）

激光焊接技術(shù)變位焊接技術(shù)當(dāng)前第42頁\共有49頁\編于星期三\5點(diǎn)

焊接工藝基礎(chǔ)知識(shí)弧焊機(jī)器人焊接的特點(diǎn)：

焊接過程穩(wěn)定：可以保證產(chǎn)品焊接質(zhì)量的穩(wěn)定和提高。

生產(chǎn)效率高：焊接實(shí)際生產(chǎn)操作時(shí)間長，最少占整個(gè)操作過程時(shí)間的70