第二章焊接基本知識(shí)

第2章焊接基本知識(shí)薛振林陸志春承壓類(lèi)特種設(shè)備無(wú)損檢測(cè)相關(guān)知識(shí)薛振林陸志春目錄2.1承壓類(lèi)特種設(shè)備常用的焊接方法2.2焊接接頭2.3焊接應(yīng)力與變形2.4承壓類(lèi)特種設(shè)備常用鋼材的焊接薛振林陸志春焊接概述1．定義焊接——指通過(guò)加熱將被焊件達(dá)到熔化狀態(tài)或加壓或兩法并用，利用原子間的擴(kuò)散與結(jié)合，使兩個(gè)或兩個(gè)以上的工件結(jié)合到一起的連接方法。焊接可以用填充材料也可以不用填充材料可以適用于金屬和非金屬的連接薛振林陸志春2、焊接的優(yōu)缺點(diǎn)（相對(duì)于鉚接、鑄造、螺釘連接）缺點(diǎn)1）焊接結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力和焊接變形2）焊縫中容易產(chǎn)生一定數(shù)量的焊接缺陷3）焊接接頭具有較大的組織性能不均勻性能4）焊接過(guò)程中產(chǎn)生高溫、強(qiáng)光以及一些有毒氣體。優(yōu)點(diǎn)：1）節(jié)省金屬材料、減輕構(gòu)件重量、經(jīng)濟(jì)效益好2）使加工與裝配工序簡(jiǎn)單化，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高3）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、接頭密封性好4）為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供較高的靈活性，適宜各種特殊性能要求5）焊接工藝過(guò)程容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、機(jī)械化。薛振林陸志春3、焊接方法的分類(lèi)焊接方法熔化焊壓力焊釬焊使被連接的構(gòu)件接頭處局部加熱熔化成液體，然后再冷卻結(jié)晶成一體的方法利用摩擦、擴(kuò)散和加壓等物理作用，使兩個(gè)構(gòu)件連接表面上相互接近到晶格距離，實(shí)現(xiàn)連接的固相焊接采用熔點(diǎn)比母材低的金屬材料作釬料，將釬料加熱至高于釬料熔點(diǎn)，但低于構(gòu)件熔點(diǎn)的溫度，釬料熔化并與構(gòu)件相互擴(kuò)散連接的方法氣焊、電弧焊、電渣焊、電子束焊、激光焊

鍛焊、摩擦焊、電阻焊、爆炸焊

軟釬焊（鉛、錫焊）硬釬焊（銅、鋁焊）

應(yīng)用：熔化焊接工作量巳約占整個(gè)鍋爐壓力容器制造工作量的30％以上，具有強(qiáng)度高、致密性好，工藝成熟可靠，構(gòu)件材質(zhì)、厚度適應(yīng)范圍大。

薛振林陸志春2.1承壓類(lèi)特種設(shè)備常用的焊接方法2.1.1手工電弧焊（SMAW）1、原理：是利用焊條與焊件之間的電弧熱，將焊條及部分焊件熔化而形成焊縫的焊接方法。2、特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，便于操作，適用于室內(nèi)外各種位置的焊接。但效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)焊工技術(shù)水平及操作技能要求較高。3、焊接規(guī)范（工藝參數(shù)）：焊條種類(lèi)和直徑、焊接電流、電弧電壓、焊機(jī)種類(lèi)和極性、焊接速度、焊接層數(shù)等

薛振林陸志春2.1.1手工電弧焊（SMAW）4、種類(lèi)：交流電焊機(jī)：弧焊變壓器直流焊機(jī)：旋轉(zhuǎn)式直流電焊機(jī)、硅整流式直流電焊機(jī)、可逆變電焊機(jī)等。5、要求：能保證電弧穩(wěn)定燃燒，并在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)焊接電流的大小。設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單、成本低、效率高、節(jié)省電能、噪聲小。薛振林陸志春6、接法工件焊把直流反極性接法

SS400A+工件焊把直流正極性接法SS400+

A2.1.1手工電弧焊（SMAW）薛振林陸志春2.1.1手工電弧焊（SMAW）7、焊條①組成：手工電弧焊焊條主要是由焊芯、藥皮（其成分有穩(wěn)弧劑、造渣劑、造氣劑、脫氧劑、合金劑、稀渣劑、粘結(jié)劑和增塑劑八種）組成。②成分作用：焊芯作用：一是作為電極產(chǎn)生電弧，二是在電弧作用下熔化并作為填充金屬與熔化了母材混合形成焊縫。藥皮作用：一是穩(wěn)弧作用；二是保護(hù)作用，藥皮熔化時(shí)產(chǎn)生大量氣體籠罩著電弧區(qū)和熔池，保證熔池及熔融金屬與空氣隔絕開(kāi)，藥皮熔化后形成的熔渣可防止焊縫表面金屬不被氧化并減緩冷卻速度，改善焊縫成形；薛振林陸志春藥皮的作用三是冶金作用，藥皮形成熔渣并通過(guò)熔渣與熔池中熔化金屬的化學(xué)化應(yīng)，以減少氧、硫等有害物質(zhì)對(duì)焊縫金屬的危害，使焊縫金屬獲得符合要求的力學(xué)性能；四是摻合金元素，通過(guò)在藥皮中加入某些鐵合金或純合金元素，以彌補(bǔ)焊接過(guò)程中某些合金元素的燒損，達(dá)到提高焊縫金屬的力學(xué)性能；五是改善焊接的工藝性能，通過(guò)調(diào)整藥皮成分，可改變藥皮的熔點(diǎn)和凝固溫度，使焊條末端形成套筒，產(chǎn)生定向氣流，有利于熔滴過(guò)渡，可適應(yīng)各種焊接位置的需要

。薛振林陸志春2.1.1手工電弧焊（SMAW）③焊條的種類(lèi)：A.按用途分：可分為碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、鉻和鉻鉬耐熱鋼焊條、低溫鋼焊條、堆焊焊條、鋁及鋁合金焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鑄鐵焊條和特殊用途焊條等。B.按藥皮形成熔渣的酸堿性分：可分為堿性焊條（熔渣堿性＞1.5）和酸性焊條（熔渣堿性＜1.5）兩大類(lèi)。④焊條的應(yīng)用：酸性焊條：工藝性能良好，成形美觀，對(duì)銹、油、水等敏感度不大，抗氣孔能力強(qiáng)，但對(duì)合金元素?zé)龘p較大，氮、氧含量高，不易脫硫磷，熔渣粘性較強(qiáng)，不易脫渣，焊縫金屬的力學(xué)性能（特別是沖擊韌性）較低，故只適用于一般結(jié)構(gòu)件的焊接；薛振林陸志春焊條的應(yīng)用堿性焊條：脫氧、脫硫磷性能好，熔渣流動(dòng)性好，在冷卻過(guò)程中渣粘度增加很快（稱(chēng)為“短渣”），.熔敷金屬含氫量低，所以又稱(chēng)“低氫焊條”，其形成的焊縫金屬抗裂性能好，有較高的力學(xué)性能，特別是沖擊韌性較高。但在焊接過(guò)程中對(duì)銹、油、水較敏感，易產(chǎn)生氣孔，在深坡口中施焊脫渣性不好，電弧穩(wěn)定性差，一般只適用于直流電源施焊。堿性焊條多用于焊接重要結(jié)構(gòu)件、高壓鍋爐和壓力容器制造。薛振林陸志春8、手工電弧焊的焊接位置及特點(diǎn)平焊橫焊立焊仰焊位置示意圖成型焊縫特點(diǎn)操作技術(shù)容易掌握，成形美觀，表面呈勻稱(chēng)細(xì)膩的月牙紋，可采用較大直徑焊條和較大的焊接電流施焊，生產(chǎn)效率高，但若焊接參數(shù)選擇不當(dāng)或操作不當(dāng)，也易產(chǎn)生未焊透或焊瘤類(lèi)缺陷。成形不太美觀，表面多為魚(yú)鱗狀或三角狀波紋。一般宜采用小直徑焊條和較小的焊接電流、采用鋸齒形運(yùn)條進(jìn)行施焊，主要焊接缺陷是焊道與母材之間、焊道與焊道之間的夾渣和未熔合等成形不太美觀，焊道易沿橫向形成下垂，一般宜采用小直徑焊條和較小的焊接電流、采用直線(xiàn)形運(yùn)條進(jìn)行施焊，易產(chǎn)生焊道與母材之間、焊道與焊道之間的夾渣和未熔合等。仰焊是最難焊的一種焊接位置，由于熔化金屬在重力的作用下較易下淌，熔池大小和形狀均不易控制，多采用圓圈形運(yùn)條施焊，易產(chǎn)生咬邊、未熔合或焊瘤等缺陷。薛振林陸志春2.1.2埋弧自動(dòng)焊(SAW)1、埋弧自動(dòng)焊定義：焊接過(guò)程中，主要焊接操作如引燃及熄滅電弧、送進(jìn)焊條（焊絲）、移動(dòng)焊條（焊絲）或工件等都由機(jī)械自動(dòng)完成，叫自動(dòng)電弧焊。自動(dòng)電弧焊中，電弧被埋在焊劑層下面燃燒并實(shí)施焊接的，叫埋弧自動(dòng)焊。薛振林陸志春2.1.2埋弧自動(dòng)焊(SAW)2、埋弧自動(dòng)焊的特點(diǎn)：A.能采用大的焊接電流，電弧熱量集中，熔深大，焊絲可以連續(xù)送進(jìn)而不象焊條那樣頻繁更換，所以效率比手工焊高5～10倍；B.焊劑和熔渣能?chē)?yán)密包圍著焊接區(qū)，空氣難以入侵，高的焊速可以大大減小熱影區(qū)范圍，同時(shí)自動(dòng)操作使焊接規(guī)范參數(shù)穩(wěn)定，焊縫成分均勻，外形光滑美觀，焊接質(zhì)量良好、穩(wěn)定。C.熱量集中，焊縫金屬?zèng)]有飛濺損失，沒(méi)有廢棄的焊條頭，工件厚度小時(shí)可以不開(kāi)坡口，從而節(jié)省金屬材料和電能。D.光弧不可見(jiàn)，煙霧少，機(jī)械化操作，勞動(dòng)強(qiáng)度小，勞動(dòng)條件大大改善。E.設(shè)備復(fù)雜昂貴，對(duì)工件接頭加工與裝配要求嚴(yán)格，焊接位置受到一定的限制，一般總是在平焊位置焊接。（缺點(diǎn)）薛振林陸志春2.1.2埋弧自動(dòng)焊(SAW)3、焊接規(guī)范：焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑和伸出長(zhǎng)度等

4、埋弧自動(dòng)焊的應(yīng)用：常用于焊接長(zhǎng)的直線(xiàn)焊縫及大直徑圓筒形容器的環(huán)焊縫。SAW焊接直線(xiàn)焊縫SAW焊接環(huán)焊縫薛振林陸志春2.1.3氬弧焊(GTAW)(GMAW)1、氬弧焊定義：是以惰性氣體氬氣作為保護(hù)氣體的一種電弧焊接方法。2、方法分類(lèi)：依照電極是否熔化可分為熔化極氬弧焊(GMAW)和非熔化極氬弧焊(GTAW又稱(chēng)鎢極氬弧焊）。GTAWGMAW薛振林陸志春2.1.3氬弧焊3、氬弧焊特點(diǎn)①適于焊接各種鋼材、有色金屬及合金，焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良；②電弧和熔池用氣體保護(hù)，清晰可見(jiàn)、易控制，便于實(shí)現(xiàn)全位置自動(dòng)化焊接；③電弧在保護(hù)氣流壓縮下燃燒，熱量集中，熔池較小，焊接速度較快，熱影響區(qū)較小，工件焊接變形較??；④電弧穩(wěn)定，飛濺少，焊縫致密性好，成形美觀；⑤成本昂貴，設(shè)備和控制系統(tǒng)較復(fù)雜，鎢極氬弧焊生產(chǎn)效率低，只能焊接薄壁構(gòu)件（缺點(diǎn)）。薛振林陸志春2.1.3氬弧焊4、焊接規(guī)范：焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑、氬氣流量、噴嘴直徑等

5、氬弧焊的應(yīng)用：鎢極氬弧焊適用于工件厚度較小、接頭根部質(zhì)量要求嚴(yán)格的、或是材質(zhì)對(duì)焊接方法有特殊要求的焊接接頭的焊接。鎢極氬弧焊時(shí)一般采用正接法。鎢極氬弧焊時(shí)電流過(guò)大會(huì)燒損鎢極，使焊縫夾鎢。薛振林陸志春2.1.4二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊1、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊定義：以二氧化碳?xì)怏w作為保護(hù)氣體的電弧焊接方法，叫二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。它是以焊絲作為電極，靠焊絲與工件之間產(chǎn)生的電弧熱熔化焊絲和工件，形成焊接接頭。2、特點(diǎn)：成本低、質(zhì)量好、效率高、操作性能好。但當(dāng)采用較大焊接電流時(shí)，飛濺大而多，煙霧多，弧光強(qiáng)。焊縫表面成形不夠光滑美觀，操作不當(dāng)時(shí)，易產(chǎn)生氣孔。設(shè)備比較復(fù)雜。薛振林陸志春2.1.4二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊3、焊接規(guī)范接頭及坡口形式、焊材牌號(hào)和規(guī)格、電弧電壓焊接電流和焊接速度、氣體流量和使用噴嘴的直徑、焊機(jī)接法、焊接方向、焊縫層道及順序安排等

4、應(yīng)用：常用于低碳鋼、低合金鋼壓力容器的接頭的焊接，如球形容器的現(xiàn)場(chǎng)組焊。薛振林陸志春2.2焊接接頭2.2.1焊接接頭形式對(duì)接接頭搭接接頭角接接頭T型接頭薛振林陸志春2.2.1焊接接頭形式2、對(duì)接接頭坡口形式：I形坡口V形坡口U形坡口復(fù)合V形坡口復(fù)合U形坡口1~2薛振林陸志春2.2.1焊接接頭形式3、對(duì)接接頭坡口形式的選擇原則：一是要保證焊透；二是要盡量減少填充接頭的焊縫金屬；三是要便于施焊，改善勞動(dòng)條件，盡量減少在容器內(nèi)的焊接工作量；四是要能減少焊接變形量，對(duì)較厚的工件應(yīng)選用沿厚壁開(kāi)對(duì)稱(chēng)的坡口。壓力管道基本采用V型坡口,超高壓鍋爐壓力容器常常采用U型雙U型坡口.薛振林陸志春2.2.1焊接接頭形式4、接頭的應(yīng)用：①對(duì)接接頭：將兩金屬構(gòu)件位于同一平面內(nèi)（或曲面內(nèi)），使其邊緣相對(duì)，沿邊緣直線(xiàn)（或曲線(xiàn)）進(jìn)行焊接的接頭叫對(duì)接接頭。主要應(yīng)用于鍋爐壓力容器殼體的A、B類(lèi)焊縫及壓力管道對(duì)接焊縫。其坡口形式主要有Ⅰ字型、V型、X型、單U型和雙U型。②搭接接頭及應(yīng)用：兩塊金屬構(gòu)件相疊，而在其端部（或側(cè)面）進(jìn)行角焊的接頭稱(chēng)搭接接頭。它是現(xiàn)場(chǎng)大型薄壁常壓儲(chǔ)罐制造時(shí)常選用的一種接頭形式。壓力容器一般很少采用。薛振林陸志春2.2.1焊接接頭形式③角接接頭和T型接頭及應(yīng)用：兩金屬構(gòu)件成直角或成一定的角度，而在其連接端邊緣進(jìn)行焊接的接頭稱(chēng)角接接頭，當(dāng)兩構(gòu)件成T字型焊接在一起的接頭稱(chēng)T型接頭。鍋爐壓力容器的平端蓋與筒體的連接部位、管板與筒體的連接部位常采用這種接頭形式。常采用的坡口形式有V型、單邊V型、U型、K型等。薛振林陸志春1、接頭組成：焊縫(OA)、熔合區(qū)(AB)和熱影響區(qū)(AC)三部分。2、焊縫(OA)：是構(gòu)件經(jīng)焊接后形成的結(jié)合部分，通常是由熔化的母材和焊材組成，有時(shí)全部由熔化的母材組成。2.2.2焊接接頭的組成焊接接頭示意圖母材焊縫薛振林陸志春2.2.2焊接接頭的組成3、熔合區(qū)(AB)和熔合線(xiàn)：熔合區(qū)是焊接接頭中焊縫焊材金屬與母材金屬交界的結(jié)合區(qū)域，又稱(chēng)不完全熔化區(qū)域。熔合區(qū)域混合金屬與焊縫純焊材金屬分界線(xiàn)稱(chēng)為熔合線(xiàn)。其接頭橫斷面，經(jīng)3％硝酸酒精溶液腐蝕可顯示出焊縫金屬輪廓線(xiàn)。熔合線(xiàn)薛振林陸志春2.2.2焊接接頭的組成4、熱影響區(qū)：焊接接頭在焊接或切割過(guò)程中，材料因受熱的影響（但未熔化）而發(fā)生的金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。其區(qū)域的寬度與焊接方法、焊接工藝及參數(shù)（熱輸入）、構(gòu)件厚度等有關(guān)。焊接方法各區(qū)平均尺寸（mm）總寬（mm）過(guò)熱相變重結(jié)晶不完全重結(jié)晶手工電弧焊2.2~3.01.5~2.52.2~3.06.0~8.0埋弧自動(dòng)焊0.8~1.20.8~1.70.7~1.02.3~4.0電渣焊18~205.0~7.02.0~3.025~30氧、乙炔氣焊214.02.027.0真空電子束焊———0.05~0.75不同焊接方法熱影響區(qū)平均尺寸表薛振林陸志春2.2.3焊接接頭的組織性能1、接頭形成過(guò)程:焊接接頭中，焊縫金屬是高溫液態(tài)冷卻至常溫固態(tài)的。這期間經(jīng)歷了兩次結(jié)晶過(guò)程，即從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟囊淮谓Y(jié)晶過(guò)程和在固相狀態(tài)下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的二次結(jié)晶過(guò)程。焊縫金屬的一次結(jié)晶過(guò)程如下：結(jié)晶最先發(fā)生在熔池中溫度最低的熔合線(xiàn)部位，隨著熔池溫度的降低，晶體逐漸長(zhǎng)大，在長(zhǎng)大過(guò)程中，由于相鄰晶體的阻礙，晶體只能向熔池中心生長(zhǎng)，從而形成柱狀晶，當(dāng)柱狀晶體長(zhǎng)大至相互接觸時(shí)，一次結(jié)晶過(guò)程即結(jié)束。薛振林陸志春2.2.3焊接接頭的組織性能一次結(jié)晶過(guò)程中，由于冷卻速度快，焊縫金屬元素來(lái)不及擴(kuò)散，會(huì)產(chǎn)生化學(xué)成份分布不均勻現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱(chēng)為—偏析，偏析有可能使焊縫力學(xué)性能和耐腐蝕性能不均勻，還有可能產(chǎn)生缺陷，例如熱裂紋的產(chǎn)生與偏析有關(guān)。焊縫金屬的二次結(jié)晶的組織和性能與焊縫的化學(xué)成份、冷卻速度及焊后熱處理有關(guān)。低碳鋼和低合金鋼在平衡狀態(tài)下的二次結(jié)晶組織是鐵素體加少量珠光體，當(dāng)采用奧氏體不銹鋼焊接材料時(shí)，則焊縫組織一般為奧氏體加少量鐵素體。薛振林陸志春低碳鋼的熱影響區(qū)薛振林陸志春2.2.3焊接接頭的組織和性能2、不易淬火鋼（低碳鋼和低合金鋼）熔合區(qū)、熱影響區(qū)的組織和性能定義:在一般焊接條件下淬火傾向較小的，如低碳鋼和含合金元素很少的低合金鋼，稱(chēng)為“不易淬火鋼”。含碳量較高或含合金元素較多，在一般焊接條件下淬火傾向較大，稱(chēng)為“易淬火鋼”。

①熔合區(qū)（不完全熔化區(qū)）：此區(qū)為熔合線(xiàn)附近焊縫金屬到母材金屬的過(guò)渡部分，溫度處于固相線(xiàn)和液相線(xiàn)之間，金屬處于局部熔化狀態(tài)，晶粒粗大，組織和化學(xué)成分不均勻，冷卻后的組織屬于過(guò)熱組織。該區(qū)域很小，但對(duì)接頭的強(qiáng)度、塑性影響較大。熔合區(qū)附近是產(chǎn)生裂紋和局部脆性破壞的發(fā)源地。薛振林陸志春2.2.3焊接接頭的組織和性能②熱影響區(qū)：A.過(guò)熱區(qū)（晶粒粗大區(qū)）：此區(qū)段金屬處于1100℃以上，晶粒粗大，冷卻后會(huì)出現(xiàn)粗大的魏氏組織（鐵素體呈針狀不規(guī)則交叉），使材料塑性和韌性大大降低。該區(qū)域大小取決于焊接方法和焊接規(guī)范，焊接速度越快，過(guò)熱區(qū)越小。其力學(xué)性能取決于

冷卻速度，冷卻速度提高，過(guò)熱區(qū)強(qiáng)度、硬度則增高，塑性及韌性則降低。亞共析鋼魏氏組織薛振林陸志春2.2.3焊接接頭的組織和性能B.正火區(qū)（重結(jié)晶區(qū)）：此區(qū)加熱