机械制图(六)焊接

1、机械制图机械制图 第六部分第六部分 焊接焊接 焊接 2 焊接 3 这个呢？这个呢？ 焊接 4 一、概述一、概述 二、焊接的特点及应用二、焊接的特点及应用 三三 、钨极氩弧焊、钨极氩弧焊 四四 、点焊、点焊 五五 、焊接件的表达、焊接件的表达 六、焊接应力和变形六、焊接应力和变形 七、金属焊接性七、金属焊接性 八、焊缝设计原则焊缝设计原则 焊接 5 一、概述一、概述 SummarizationSummarization l 焊接的实质焊接的实质: :通过加热或加压（或两者并用），用或不用填通过加热或加压（或两者并用），用或不用填 充金属，使焊件形成原子间结合的一种连接方法。不可拆卸充金属，使焊件

2、形成原子间结合的一种连接方法。不可拆卸 的连接。的连接。 l 焊接方法的分类焊接方法的分类ClassificationClassification 熔焊方法常以热源的种类命名，熔焊方法常以热源的种类命名， l气气 焊（气体火焰为热源）焊（气体火焰为热源） l电弧焊（电弧为热源）电弧焊（电弧为热源） l电渣焊（熔渣电阻热为热源）电渣焊（熔渣电阻热为热源） l激光焊（激光束为热源）激光焊（激光束为热源） l电子束焊（电子束为热源）电子束焊（电子束为热源） l等离子弧焊（压缩电弧为热源）等离子弧焊（压缩电弧为热源） 钎焊钎焊: :利用熔点比母材低的填充金属熔化以后利用熔点比母材低的填充金属熔化以后,

3、 ,填充接头填充接头 间隙并与固态的母材相互扩散实现连接的一种方法。间隙并与固态的母材相互扩散实现连接的一种方法。 压力焊：如电阻焊压力焊：如电阻焊: :焊接过程中需要加压的一类焊接方法。焊接过程中需要加压的一类焊接方法。 焊接 6 l 焊接生产的特点：优点是：连接性能好；省工省料成本焊接生产的特点：优点是：连接性能好；省工省料成本 低；重量轻；可简化工艺。缺点是：不可拆卸；焊接接低；重量轻；可简化工艺。缺点是：不可拆卸；焊接接 头组织和性能要变坏；要产生焊接应力、变形和缺陷。头组织和性能要变坏；要产生焊接应力、变形和缺陷。 l 焊接生产的应用及适用范围焊接生产的应用及适用范围 制造金属结构制

4、造金属结构 机器零部件和工具机器零部件和工具 修补修补 适用于碳钢、低合金钢、耐热钢及不锈钢长焊缝的水平位置焊适用于碳钢、低合金钢、耐热钢及不锈钢长焊缝的水平位置焊 接；接； 特别适用于厚板（特别适用于厚板（20mm20mm）的纵缝环缝的焊接；）的纵缝环缝的焊接； 也可以进行不锈钢和低合金高强钢的带极堆焊。也可以进行不锈钢和低合金高强钢的带极堆焊。 7 8 水下焊接水下焊接 9 电电 子子 束束 焊焊 焊接 10 l1 基本原理基本原理也称也称， 利用惰性气体作保利用惰性气体作保 护气体，电极用难护气体，电极用难 熔金属（钨或钨合熔金属（钨或钨合 金）棒，焊件作为金）棒，焊件作为 另一个电极。

5、通过另一个电极。通过 钨极与焊件之间产钨极与焊件之间产 生的电弧加热和熔生的电弧加热和熔 化焊件及填充金属，化焊件及填充金属， 形成焊接接头。形成焊接接头。 焊接 2 2 工艺特点工艺特点 保护效果好，焊接质量高；保护效果好，焊接质量高； 焊接应力变形小；焊接应力变形小； 操作方便，适用于空间各种位置焊接操作方便，适用于空间各种位置焊接 电弧稳定电弧稳定 焊接成本高焊接成本高 设备复杂设备复杂 对表面清理要求高对表面清理要求高 11 焊接 点焊点焊将焊件装配成搭接接头，并压紧在两极之间，接通电将焊件装配成搭接接头，并压紧在两极之间，接通电 流后利用电阻热将焊件局部熔化，形成焊点的方法。流后利用

6、电阻热将焊件局部熔化，形成焊点的方法。 是一种高速、经济的连接方法。适 用于可以采用搭接接头不要求气密 性，厚度3mm冲压、轧制的薄板 结构。 四四 点焊点焊 12 点焊点焊缝焊缝焊 焊接 13 1、焊缝基本符号、坡口及焊接方法代号、焊缝基本符号、坡口及焊接方法代号 (GB/T 324-2008、 GB/T 5185-2005 、GB/T 12212-1990、 GB/T 985.1-2008、 GB/T 985.4-2008) 焊接是机械结构常见的一种连接方式。焊接是机械结构常见的一种连接方式。设计者设计者可按要求的可按要求的 连接强度选择不同的焊缝，又可按机件材料的不同选择不同连接强度选择

7、不同的焊缝，又可按机件材料的不同选择不同 的焊接方式。的焊接方式。 1.1 焊缝符号表示法焊缝符号表示法 焊接 14 焊接 15 焊接 16 焊接 17 焊接 18 焊接 19 焊接 20 焊接 21 焊接 22 焊接 23 焊接 24 焊接 25 焊接 1.3.1 焊缝接头及标注 接头接头接头 26 焊接 箭头线直截指向接头的焊缝，表示焊缝在箭头侧，即施焊侧。箭头线直截指向接头的焊缝，表示焊缝在箭头侧，即施焊侧。 基本符号在实线侧时，表示焊缝在箭头侧；基本符号在虚线基本符号在实线侧时，表示焊缝在箭头侧；基本符号在虚线 侧时，表示焊缝在非箭头侧。侧时，表示焊缝在非箭头侧。 在标注在标注“ ”形

8、焊缝时，箭头应指向带有坡口一侧的工件。形焊缝时，箭头应指向带有坡口一侧的工件。 对称焊缝和双面焊缝时，可不加虚线。对称焊缝和双面焊缝时，可不加虚线。 尾部的标注：尾部的标注： 相同焊缝数量相同焊缝数量/焊接方法焊接方法/焊缝质量等级焊缝质量等级/焊缝位置焊缝位置/焊接材料焊接材料/其其 他（他（必须按顺序排列，不管箭头线的方向必须按顺序排列，不管箭头线的方向） 必要时，允许箭头线弯折一次。必要时，允许箭头线弯折一次。 相同焊缝要求：坡口尺寸相同；焊缝符号相同；焊缝位置相相同焊缝要求：坡口尺寸相同；焊缝符号相同；焊缝位置相 同；焊接件相同（板厚相同，焊缝长度相等）。同；焊接件相同（板厚相同，焊缝

9、长度相等）。 27 焊接 1.3.21.3.2 焊焊 接接 方方 法法 代代 号号 28 焊接 29 PA PB PC PD PE PB PC PD 工作位置：工作位置：P 倾倾 角：角：S 转转 角：角：R 平平 焊：焊：PA 平角焊：平角焊：PB 横横 焊：焊：PC 仰角焊：仰角焊：PD 仰仰 焊：焊：PE 旋转焊：旋转焊：PK 焊接 30 焊接 （1）坡口尺寸的标注 对一般焊缝，只标注基本符号，不标注坡口尺寸，坡口尺寸由工艺 决定；对有强度、气密性等要求的焊缝或受结构限定的特殊坡口，应标 注坡口尺寸，必要时用图示法绘制坡口结构图。 1.3.41.3.4 焊接焊接标注说明标注说明 31 （

10、2）对接焊缝有效厚度S由坡口结构和工艺保证，焊后无法测量，一般不标注。 （3）对接焊缝坡口结构相同的焊缝，可在技术要求中说明。 如：未注/所有焊缝为连续角焊缝，焊脚高为相连两板中较薄板的厚度 未注/所有焊缝为连续“I”型焊缝。 32 焊接 33 六、焊接应力和变形六、焊接应力和变形 1. 焊接应力和变形的形成和危害焊接应力和变形的形成和危害.焊接应力增加结构工作时的应力焊接应力增加结构工作时的应力,降降 低承载能力低承载能力;焊接变形影响组装质量焊接变形影响组装质量,矫正变形增加成本矫正变形增加成本,还要降低还要降低 塑性。塑性。 2、产生原因、产生原因 如图所示，金属材料如果整体均匀加热和冷

11、却如图所示，金属材料如果整体均匀加热和冷却,能完全自由膨胀和收能完全自由膨胀和收 缩缩,则在加热过程中产生变形则在加热过程中产生变形,不产生应力不产生应力;冷却后冷却后,恢复到原来的形状和恢复到原来的形状和 尺寸尺寸,没有残余变形没有残余变形,也没有残余应力。也没有残余应力。 加热 冷却 应力 无有 固定固定固定阻挡 如果在加热和冷却过程中如果在加热和冷却过程中,完全不能膨胀和收缩完全不能膨胀和收缩,这时有焊接残余这时有焊接残余 应力而没有残余变形。应力而没有残余变形。 由于焊接是局部加热由于焊接是局部加热,在加热和冷却过程中在加热和冷却过程中,有一定的刚性约束有一定的刚性约束, 加热时金属受

12、压应力加热时金属受压应力,产生塑性压缩变形产生塑性压缩变形;在冷却过程中在冷却过程中,如图所示如图所示, 不能完全自由收缩不能完全自由收缩,也能收缩一些也能收缩一些,因此金属受拉应力并保存下来因此金属受拉应力并保存下来, 这就是焊接残余应力。这就是焊接残余应力。 现以钢板对焊为例说明焊接残余应力的产生过程现以钢板对焊为例说明焊接残余应力的产生过程,如图所示。如图所示。 34 焊接 横向收缩变形 变形 变形 纵向收缩(厚度收缩量较小，可忽略) 3、焊接变形：焊接变形： 角变形 35 焊接 36 焊接 37 焊接 38 焊接 39 4、减少和消除焊接应力的措施减少和消除焊接应力的措施 设计措施：设

13、计措施： l 尽量减少焊缝数量及尺寸尽量减少焊缝数量及尺寸 (采用折弯件采用折弯件) l 避免焊缝过分集中避免焊缝过分集中 与交叉与交叉,如图如图1所示。相邻焊缝最小距所示。相邻焊缝最小距 离要符合相关容器上相邻焊缝最小距离为离要符合相关容器上相邻焊缝最小距离为 l 采用刚性较小的接头形式采用刚性较小的接头形式 l 尽量采用对称的焊接接头尽量采用对称的焊接接头 l 在拉应力区域，避免几何不连续性在拉应力区域，避免几何不连续性,如图如图2所示所示 图图1图图2 mm t 100 3 焊接 40 l 合理选择焊接顺序和方向合理选择焊接顺序和方向(先横后纵先横后纵) 焊接 41 l 锤击焊缝法锤击焊

14、缝法 l 预热法预热法 l 加热加热“减应区减应区” l 热处理法热处理法 l 降低焊缝拘束度降低焊缝拘束度 l 小线能量焊接小线能量焊接 焊接 42 4.3.1 防止变形：防止变形： l 焊前组装时采用反变形法焊前组装时采用反变形法 焊接 43 l 刚性固定法刚性固定法 l 能量集中的焊接方法能量集中的焊接方法 l 预热、锤击、散热预热、锤击、散热 l 选择合理的装配焊接顺选择合理的装配焊接顺 序序 焊接 44 l 机械矫正法机械矫正法 l 火焰矫正法火焰矫正法 焊接 5 5 焊后消除残余应力的方法焊后消除残余应力的方法 整体高温回火整体高温回火 局部高温回火局部高温回火 振动法振动法 机械

15、拉伸法机械拉伸法 温差拉伸法温差拉伸法 45 焊接 46 1. 金属焊接性的概念金属焊接性的概念 金属材料对焊接加工的适应性。金属材料对焊接加工的适应性。 在一定焊接条件下，获得优质焊接接头的难易程度。在一定焊接条件下，获得优质焊接接头的难易程度。 决定于金属材料本身性质和加工条件。包括二方面决定于金属材料本身性质和加工条件。包括二方面 的内容的内容: 结合性能：指某种材料在给定的焊接工艺条件下，形结合性能：指某种材料在给定的焊接工艺条件下，形 成完整而无缺陷的焊接接头的能力成完整而无缺陷的焊接接头的能力 。 使用性能使用性能 ：指在给定的焊接工艺条件下，焊接接头或：指在给定的焊接工艺条件下，

16、焊接接头或 整体结构满足使用要求的能力整体结构满足使用要求的能力 。 焊接 47 l 碳当量碳当量 把钢中合金元素（包括碳）的含量按其对把钢中合金元素（包括碳）的含量按其对 焊接性影响程度换算成碳的相当含量，焊接性影响程度换算成碳的相当含量， 其总和叫碳当量。其总和叫碳当量。 CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 (%) 焊接 48 l当当C CE E0.40.4时时, ,焊接性良好焊接性良好, ,一一 般不需预热般不需预热; C; CE E=0.4=0.40.60.6时时, , 焊接性较差焊接性较差, ,一般需要预热和采一般需要预热和采 取其它工艺措施取其它工艺措

17、施; C; CE E0.60.6时时, ,焊焊 接性差接性差, ,需采取较高的预热温度需采取较高的预热温度 和其它严格的工艺措施和其它严格的工艺措施. . 焊接 49 l 冷裂纹敏感系数冷裂纹敏感系数 除化学成分外，板厚（刚性约束）、焊缝除化学成分外，板厚（刚性约束）、焊缝 含氢量等也对焊接性有影响。含氢量等也对焊接性有影响。 Pe=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15 +V/10+5B+h/600+H/60(%) 防止裂纹要求的最低预热温度防止裂纹要求的最低预热温度: Tp=1440Pc-392() 焊接 50 (1)对接接头： 特点：应力集中相对较小，能承受较

18、大的静载荷和较高的疲 劳交变载荷。注意：板厚不同,应将厚板削薄后对接。 L3 （2-1） 焊接 (2)搭接接头：两焊件相互错叠，在焊件端头进行焊 接的接头。 特点：应力分布不均匀，疲劳强度较低； 焊前准备和装配工作比对接接头简单； 横向收缩量比对接接头小； 适用于被焊结构的狭小处以及密闭的焊接结构。 51 焊接 (1)坡口作用：主要是增大熔深，提高焊缝截面的 有效厚度。 3 3、坡口的设计、坡口的设计 以对接Y形坡口为例： l 坡口角度：3560，太大增加加工余量、焊接成本 和变形； l 钝边高度p：需要熔透时一般为13mm； l 根部间隙b：保证钝边熔透，一般24mm，过大容易形成 虚焊；

19、l 坡口深度H：根据需要的焊缝厚度来设定。 52 焊接 a.经济性原则：在满足强度要求的前提下，选择合理的接头 和坡口，减少焊材的填充量，提高焊接效率。 b.考虑坡口加工：优先选择便于加工的坡口，如V形、X形。U 形和双U形坡口，加工相对困难。 c.避免焊接缺陷：采用不适当的坡口形式容易产生焊接缺陷。 比如：坡口角度过大，致使焊接热输入大，工件变形；钝 边过高，不能完全熔透，残留的钝边即成了缺陷源。 (2)坡口设计原则： 53 焊接 d.最小焊脚尺寸 54 母材厚度(mm)最小焊脚尺寸(mm) 63mm 6125mm 12206mm 20388mm 385710mm 5715212mm 15216mm 美国焊接学会结构的焊接规程(D1.1-72)如下： 焊接 接头位置设计不当，造成焊工无法操作或施焊困难， 势必导致焊接缺陷，为此设计时要考虑操作空间。 (4)(4)考虑可操作性考虑可操作性 55 焊接 5 3550 （30） 56 双面角焊缝，对称交双面角焊缝，对称交 错，焊脚尺寸为错，焊脚尺寸为5， 焊缝段数为焊缝段数为35，焊缝，焊缝 长度为长度为50，焊缝间隔，焊缝间隔 为为30。 左左:角焊缝，焊脚尺角焊缝，焊脚尺 寸为寸为5，焊缝长，焊缝长250， 共共4 处。处。 右：单边右：单边V 形焊缝，形焊缝， 两面对称，两面对称， 焊缝厚度为焊缝厚度