第1-4章 焊接工艺规程

1、西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.1 4.1 焊接符号与标注焊接符号与标注 4.2 4.2 焊接接头及坡口型式焊接接头及坡口型式4.3 4.3 焊接应力与变形焊接应力与变形4.4 4.4 焊接工艺要素和规范焊接工艺要素和规范4.5 4.5 焊接工艺评定焊接工艺评定4.6 4.6 焊接裂纹与控制焊接裂纹与控制4.7 4.7 锅炉压力容器用钢焊接锅炉压力容器用钢焊接4.8 4.8 焊接结构工艺性焊接结构工艺性西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院 工艺规程基本概念工艺规程基本概念 规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等规定产品或零部件制造工艺过

2、程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程。的工艺文件称为工艺规程。工艺规程是指导生产组织生产、管理生产的主工艺规程是指导生产组织生产、管理生产的主要工艺文件，是加工、检验验收、生产调度与要工艺文件，是加工、检验验收、生产调度与安排的主要依据。安排的主要依据。 工艺规程也是生产、组织和管理工作的基本依工艺规程也是生产、组织和管理工作的基本依据，因为在生产管理中，产品投产前原材料及据，因为在生产管理中，产品投产前原材料及毛坯的供应，通用工艺装备的准备，机床负荷毛坯的供应，通用工艺装备的准备，机床负荷的调整，专用工艺装备的设计和制造，作业计的调整，专用工艺装备的设计和制造，作业计划的编排，劳动力的组织以

3、及生产成本的核算划的编排，劳动力的组织以及生产成本的核算等都是以工艺规程作为基本依据的。等都是以工艺规程作为基本依据的。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院焊缝符号及标注 焊接图是供焊接加工时所用的图样。除了将焊焊接图是供焊接加工时所用的图样。除了将焊接件的结构表达清楚以外，还必须把焊接的有接件的结构表达清楚以外，还必须把焊接的有关内容表示清楚，如焊接接头型式、焊缝型式关内容表示清楚，如焊接接头型式、焊缝型式、焊缝尺寸、焊接方法等。、焊缝尺寸、焊接方法等。 要看懂焊接机械设备图纸，就必须了解焊缝的要看懂焊接机械设备图纸，就必须了解焊缝的符号及其标注方法。焊缝代号是工程语

4、言的一符号及其标注方法。焊缝代号是工程语言的一种，它可以统一焊接结构图纸上的符号。我国种，它可以统一焊接结构图纸上的符号。我国的焊缝符号是由国家标准的焊缝符号是由国家标准GB32488规定的。规定的。焊缝符号由以下内容组成：焊缝符号由以下内容组成：1.常用焊接方法的代号常用焊接方法的代号可用简明的字母符号来代表各种常用的焊接方可用简明的字母符号来代表各种常用的焊接方法，具体内容见表法，具体内容见表4-1西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院 西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院焊缝符号及标注2.2.基本符号基本符号焊缝符号由基本符号与指引线组成，必

5、要时还焊缝符号由基本符号与指引线组成，必要时还要加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。要加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。 基本符号基本符号是表示焊缝横截面形状的符号，它采是表示焊缝横截面形状的符号，它采用近似于焊缝横截面形状符号表示，用近似于焊缝横截面形状符号表示，表表4-2。3.3.辅助符号及补充符号辅助符号及补充符号辅助符号辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号，不是表示焊缝表面形状特征的符号，不需要确切地说明焊缝的表面形状时，可不用。需要确切地说明焊缝的表面形状时，可不用。补充符号补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征面用是为了补充说明焊缝的某些特征面用的符号，它们的表示方法见的符号，

6、它们的表示方法见表表4-3。4.4.焊缝的尺寸符号焊缝的尺寸符号在设计或生产需注明焊缝尺寸时，用焊缝尺寸在设计或生产需注明焊缝尺寸时，用焊缝尺寸符号表示，见符号表示，见表表4-4。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院焊缝符号及标注5.5.指引线指引线(1)指引线由带箭头的箭头

7、指引线由带箭头的箭头 线和两条基准线线和两条基准线(一条为一条为 细实线，一条为虚线细实线，一条为虚线)两两 部分组成。部分组成。(2)虚线可画在细实线的上侧或下侧，基准线一般虚线可画在细实线的上侧或下侧，基准线一般与标题栏的长边相平行，必要时，也可与标题与标题栏的长边相平行，必要时，也可与标题栏的长边相垂直。箭头线用细实线绘制，箭头栏的长边相垂直。箭头线用细实线绘制，箭头指向有关焊缝处，必要时允许箭头线折弯一次指向有关焊缝处，必要时允许箭头线折弯一次。当需要说明焊接方法时，可在基准线末端增。当需要说明焊接方法时，可在基准线末端增加尾部符号。加尾部符号。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大

8、学能源与动力工程学院焊缝符号及标注5.5.指引线指引线(3)箭头线与焊缝位置的关系箭头线与焊缝位置的关系 箭头线相对焊缝的位置一般没有特殊要求，箭箭头线相对焊缝的位置一般没有特殊要求，箭头线可以标在有焊缝一侧，也可以标注在没有头线可以标在有焊缝一侧，也可以标注在没有焊缝一侧，如图所示。焊缝一侧，如图所示。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院焊缝符号及标注5.5.指引线指引线(4)基本符号相对基准线的位置基本符号相对基准线的位置 为了在图样上能确切地表示焊缝位置，标准中为了在图样上能确切地表示焊缝位置，标准中规定了基本符号相对基准线的位置。规定了基本符号相对基准线的位置。

9、如果焊缝接头在箭头侧，则将基本符号标在基如果焊缝接头在箭头侧，则将基本符号标在基准线的细实线一侧，如准线的细实线一侧，如图图a所示。所示。如果焊缝接头不在箭头侧，则将基本符号标在如果焊缝接头不在箭头侧，则将基本符号标在基准线的虚线一侧，如基准线的虚线一侧，如图图b所示。所示。标注对称焊缝及双面焊缝时，可不画虚线，如标注对称焊缝及双面焊缝时，可不画虚线，如图图c所示。所示。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源

10、与动力工程学院焊缝符号及标注6.6.常用焊缝的尺寸标注法常用焊缝的尺寸标注法(1)焊缝横截面上的尺寸，标在基本符号的左侧。焊缝横截面上的尺寸，标在基本符号的左侧。(2)焊缝长度方向的尺寸，标在基本符号的右侧焊缝长度方向的尺寸，标在基本符号的右侧(3)坡口角度坡口角度、坡口面角度坡口面角度、根部间隙根部间隙b标在基标在基本符号的上侧或下侧。本符号的上侧或下侧。(4)相同焊缝数量及焊接方法代号标在尾部。相同焊缝数量及焊接方法代号标在尾部。(5)当需要标注的尺寸数据较多，又不易分辨时，当需要标注的尺寸数据较多，又不易分辨时，可在数据前面增加相应的尺寸符号。可在数据前面增加相应的尺寸符号。西安交通大学

11、能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院焊缝的标注示例焊缝的标注示例西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院焊缝的标注示例焊缝的标注示例( (续续) )西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院焊接接头及坡口型式焊接接头及坡口型式 常见的焊接接头有对接接头、常见的焊接接头有对接接头、T形接头、角接形接头、角接接头和搭接接头等四种，如图所示。接头和搭接接头等四种，如图所示。

12、 焊接接头的选择：主要根据焊接结构形式、焊焊接接头的选择：主要根据焊接结构形式、焊件厚度、焊缝强度要求及施工条件等来选择。件厚度、焊缝强度要求及施工条件等来选择。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院焊缝的规定画法焊缝的规定画法工件经焊接后所形成的接缝称为焊缝。如需在图工件经焊接后所形成的接缝称为焊缝。如需在图样中简易地绘制焊缝时，可用视图、剖视图或断样中简易地绘制焊缝时，可用视图、剖视图或断面图表示，也可用轴测图示意地表示。焊缝的规面图表示，也可用轴测图示意地表示。焊缝的规定画法，如图所示。定画法，如图所示。西

13、安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院焊接接头及坡口型式焊接接头及坡口型式1.对接接头 对接接头容易焊透，受力情况好，应力分布均对接接头容易焊透，受力情况好，应力分布均匀，连接强度高，焊接接头质量容易保证。匀，连接强度高，焊接接头质量容易保证。 受力均匀，在静载和动载作用下都具有很高的受力均匀，在静载和动载作用下都具有很高的强度，且外形平整美观，是应用最多的接头形强度，且外形平整美观，是应用最多的接头形式。但对焊前准备和装配要求较高。式。但对焊前准备和装配要求较高。通常使焊缝略高于母材板面，这加厚层造成了通常使焊缝略高于母材板面，这加厚层造成了构件表面的不平滑，在焊缝与平材

14、的过渡处引构件表面的不平滑，在焊缝与平材的过渡处引起应力集中。起应力集中。 大型和要求较高的锅筒、压力容器上的对接焊大型和要求较高的锅筒、压力容器上的对接焊缝一般要求打磨平整或喷九后出厂。缝一般要求打磨平整或喷九后出厂。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院焊接接头及坡口型式焊接接头及坡口型式1.对接接头(1)按照焊件厚度及坡口准备的不同，对接接头可按照焊件厚度及坡口准备的不同，对接接头可分为不开坡口、单边分为不开坡口、单边V形、形、V形坡口、形坡口、U形坡口形坡口、单边、单边U形、形、K形坡口、形坡口、X形坡口

15、、形坡口、U形形V形混形混合坡口和双合坡口和双U形坡口等形坡口等(见图见图)。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院焊接接头及坡口型式1.对接接头 一般情况，手工电弧焊焊接一般情况，手工电弧焊焊接6mm以下焊件和以下焊件和自动焊焊接自动焊焊接14mm以下焊件时，可不开坡口。以下焊件时，可不开坡口。钢板超过上述厚度时，电弧不能熔透钢板，应钢板超过上述厚度时，电弧不能熔透钢板，应考虑开坡口，开坡口可使热源伸入根部，保证考虑开坡口，开坡口可使热源伸入根部，保证焊透，且可降低热规范，减小热影响区和减少焊透，且可降低热规范，减小热影响区和减少焊件的变形。钝边和间隙的尺寸若能很好配合

16、焊件的变形。钝边和间隙的尺寸若能很好配合，不仅可保证焊透，而且也可避免烧穿、未焊，不仅可保证焊透，而且也可避免烧穿、未焊透等缺陷。透等缺陷。 坡口型式选择，主要根据被焊工件厚度、焊后坡口型式选择，主要根据被焊工件厚度、焊后应力变形大小、坡口加工的难易程度、焊条的应力变形大小、坡口加工的难易程度、焊条的消耗量以及焊接工艺等各方面的因素来考虑。消耗量以及焊接工艺等各方面的因素来考虑。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院焊接接头及坡口型式1.对接接头(2)在不同厚度钢板对接时，由于接头处断面有突在不同厚度钢板对接时，由于接头处断面有突然变化，会造成应力集中，如焊缝两边钢板中然

17、变化，会造成应力集中，如焊缝两边钢板中心线不一致，受力时将产生附加弯矩，这些都心线不一致，受力时将产生附加弯矩，这些都将影响接头强度。双面或者单面削薄将影响接头强度。双面或者单面削薄(图图)。 西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院焊接接头及坡口型式2.T形接头形接头 根据工件厚度不同，将两块钢板互根据工件厚度不同，将两块钢板互成直角连接在一起的焊缝接头称为成直角连接在一起的焊缝接头称为T形接头。形接头。接头可分为不开坡口、单边接头可分为不开坡口、单边V形坡口、双边形坡口、双边V形坡口以及形坡口以及K形坡口，根据

18、厚薄不同可用单面形坡口，根据厚薄不同可用单面或双面焊。锅炉压力容器插入式管接头、人孔或双面焊。锅炉压力容器插入式管接头、人孔圈和筒体的焊接属于此类。广泛采用在空间类圈和筒体的焊接属于此类。广泛采用在空间类焊件上，具有较高的强度，如船体结构中约焊件上，具有较高的强度，如船体结构中约70的焊缝采用了的焊缝采用了T形接头。形接头。 西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院未开坡口未开坡口T形接头形接头开坡口开坡口T形接头形接头西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院焊接接头及坡口型式2.T形接头形接头 对不开坡口的对不开坡口的T形接头，应尽量避免采用单面形接头

19、，应尽量避免采用单面角焊缝，因为，该种接头的根部有很深的缺口角焊缝，因为，该种接头的根部有很深的缺口，且此种焊缝不能承受反方向的力矩。，且此种焊缝不能承受反方向的力矩。 西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院焊接接头及坡口型式3.角接接头角接接头 根据工件厚度不同，将两块钢板互成直角沿边根据工件厚度不同，将两块钢板互成直角沿边沿连接在一起的焊缝接头称为角接接头。沿连接在一起的焊缝接头称为角接接头。 通常只起连接作用，只能用来传递工作载荷。通常只起连接作用，只能用来传递工作载荷。 西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院焊接接头及坡口型式3.角接接头角接

20、接头 图示为不允许的角接焊缝结构。图示为不允许的角接焊缝结构。 这些角焊缝这些角焊缝应力分布不均，在焊缝根部有较大应力集中，应力分布不均，在焊缝根部有较大应力集中，在压力容器的受压件上是禁止采用的。在压力容器的受压件上是禁止采用的。 西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院焊接接头及坡口型式4.搭接接头接头 焊前准备简便，但受力时产生附加弯曲应力焊前准备简便，但受力时产生附加弯曲应力，降低了接头强度。，降低了接头强度。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院 结构焊接时总是要产生焊接变形和应力。在焊结构焊接时总是要产生焊接变形和应力。在焊接过程中，焊件中

21、产生的随时间而变化的变形接过程中，焊件中产生的随时间而变化的变形和内应力分别称为瞬时变形和焊接瞬时应力。和内应力分别称为瞬时变形和焊接瞬时应力。焊后温度冷却至室温时留存于焊件中的变形和焊后温度冷却至室温时留存于焊件中的变形和应力分别称为焊接残余变形和焊接残余应力。应力分别称为焊接残余变形和焊接残余应力。4.3.1 焊接应力和变形产生的原因 焊接对焊缝区不均匀的加热和冷却是产生焊接焊接对焊缝区不均匀的加热和冷却是产生焊接应力和变形的根本原因。应力和变形的根本原因。 西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.1 焊接应力和变形产生的原因 焊接时，焊件进行局部加热，根据金属

22、热胀冷缩的特性，产生abcde的变形。 但钢板是一个整体，这种伸长不能自由地实现，钢板端而只能比较均衡地伸长。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.1 焊接应力和变形产生的原因 冷却时，由于焊缝附近金属在焊接过程中已发冷却时，由于焊缝附近金属在焊接过程中已发生了不可恢复的压缩塑性变形，它同样受到两生了不可恢复的压缩塑性变形，它同样受到两侧金属的约束。为保持整体的一致性，而均衡侧金属的约束。为保持整体的一致性，而均衡地收缩了地收缩了，且焊缝区要产生一定量的弹性且焊缝区要产生一定量的弹性拉伸，两侧金属产生一定量的弹性压缩。于是拉伸，两侧金属产生一定量的弹性压缩。于是在

23、焊缝区及其附近的金属中就存在拉应力，在在焊缝区及其附近的金属中就存在拉应力，在两侧金属中则存在压应力。构件中的应力处于两侧金属中则存在压应力。构件中的应力处于平衡状态。由此可知，平板对接焊后比焊前缩平衡状态。由此可知，平板对接焊后比焊前缩短了短了，同时焊缝区产生了拉应力，远离焊同时焊缝区产生了拉应力，远离焊缝的两侧金属受压应力。即室温下保留下来焊缝的两侧金属受压应力。即室温下保留下来焊接应力与变形接应力与变形焊接残余应力和残余变形。焊接残余应力和残余变形。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.2 焊接残余应力的分布、影响和消除焊接残余应力的分布、影响和消除 焊接应

24、力可分为热应力、拘束应力、相变应力焊接应力可分为热应力、拘束应力、相变应力和焊接残余应力，焊接残余应力往往数值很和焊接残余应力，焊接残余应力往往数值很 大，在厚度较大的焊接结构中，焊接残余应力大，在厚度较大的焊接结构中，焊接残余应力一般可达到材料的屈服极限。一般可达到材料的屈服极限。1. 焊接应力的分类焊接应力的分类 (1)纵向应力：沿着焊缝长度方向的应力纵向应力：沿着焊缝长度方向的应力; (2)横向应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件横向应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力表面的应力;(3)厚度方向应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于厚度方向应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应

25、力。构件表面的应力。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院 4.3.2 焊接残余应力的分布、影响和消除焊接残余应力的分布、影响和消除2. 焊接残余应力的分布焊接残余应力的分布(1)焊缝纵向应力焊缝纵向应力x 沿着焊缝纵向的应力称为纵向应力沿着焊缝纵向的应力称为纵向应力x；把垂直；把垂直于焊缝纵向的应力称为横向应力于焊缝纵向的应力称为横向应力y 。焊缝及。焊缝及其附近的压缩塑性变形区内其附近的压缩塑性变形区内x的为拉应力，其的为拉应力，其值一般可达材料的屈服强度。值一般可达材料的屈服强度。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.2 焊接残余应力的

26、分布、影响和消除焊接残余应力的分布、影响和消除2. 焊接残余应力的分布焊接残余应力的分布(2)焊缝焊缝横向应力横向应力 图为一定长度平板焊缝中横向应力图为一定长度平板焊缝中横向应力y的分布。的分布。焊缝及其附近的压缩塑性变形区内焊缝及其附近的压缩塑性变形区内y为拉应力为拉应力，两端为压应力，离开焊缝中心越远，两端为压应力，离开焊缝中心越远， y 迅迅速衰减。速衰减。 厚板焊接结构中除了纵向应力和横向应力外，厚板焊接结构中除了纵向应力和横向应力外，还存在沿厚度方向的应力。还存在沿厚度方向的应力。 这三个方向内应力在厚度方向分布极不均匀。这三个方向内应力在厚度方向分布极不均匀。厚板电渣焊时焊缝中心

27、出现三轴向拉应力，随厚板电渣焊时焊缝中心出现三轴向拉应力，随板厚的增加而增加，但在表面为压应力。板厚的增加而增加，但在表面为压应力。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院 西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.2 焊接残余应力的分布、影响和消除焊接残余应力的分布、影响和消除3. 焊接残余应力的影响焊接残余应力的影响 (1)对结构强度与受压件稳定性的影响对结构强度与受压件稳定性的影响在构件承受拉伸载荷时，焊接残余内应力将与在构件承受拉伸载荷时，焊接残余内应力将与载荷应力相叠加，从而影响构件的强度。载荷应力相叠加，从而影响构件的强度。(2)对构件

28、脆性断裂的影响对构件脆性断裂的影响增大了构件的名义应力，加上焊接接头区材料增大了构件的名义应力，加上焊接接头区材料韧性的下降和焊接缺陷的产韧性的下降和焊接缺陷的产 生，都会促使构生，都会促使构件在外载不大的情况下发生低应力脆断。件在外载不大的情况下发生低应力脆断。(3)对疲劳强度的影响：对疲劳强度的影响：焊缝区的残余拉应力能提高结构平均拉应力值焊缝区的残余拉应力能提高结构平均拉应力值，使疲劳寿命降低。，使疲劳寿命降低。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.2 焊接残余应力的分布、影响和消除焊接残余应力的分布、影响和消除3. 焊接残余应力的影响焊接残余应力的影响 (

29、4)对焊件加工精度和尺寸稳定的影响对焊件加工精度和尺寸稳定的影响(5)对裂纹扩展的影响对裂纹扩展的影响评定焊接区裂纹状态时，必须考虑焊接残余应评定焊接区裂纹状态时，必须考虑焊接残余应力。在计算裂纹扩展驱动力力。在计算裂纹扩展驱动力应力强度因子应力强度因子 KI时，残余应力时，残余应力r用拉应力的当量值用拉应力的当量值3 来考虑来考虑残余应力对裂纹扩展的贡献，即：残余应力对裂纹扩展的贡献，即： 3 = rr 其中其中r 和裂纹的类型和裂纹的类型(穿透裂纹、埋藏裂纹、穿透裂纹、埋藏裂纹、表面裂纹表面裂纹)及裂纹方向及裂纹方向(和熔合线平行的裂和熔合线平行的裂 纹、纹、和熔合线垂直的裂纹、角焊缝裂纹

30、和熔合线垂直的裂纹、角焊缝裂纹)有关。有关。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4. 减少和消除焊接残余应力的措施与方法减少和消除焊接残余应力的措施与方法 从设计和焊接工艺两方面减少焊接残余应力从设计和焊接工艺两方面减少焊接残余应力(1)设计上减少焊接应力的核心是正确布置焊缝，设计上减少焊接应力的核心是正确布置焊缝，从而避免应力叠加，降低应力峰值。从而避免应力叠加，降低应力峰值。尽量减少焊缝数量，减少焊缝尺寸和长度。尽量减少焊缝数量，减少焊缝尺寸和长度。焊缝应避免过分集中焊缝应避免过分集中(图图)，有足够距离，要有足够距离，要 尽尽可能避免交叉，以免出现三向复杂应力。可

31、能避免交叉，以免出现三向复杂应力。焊缝不要布置在高应力焊缝不要布置在高应力 区及断面突变的地方，区及断面突变的地方， 以避免应力集中。以避免应力集中。采用刚性较小接头表式。采用刚性较小接头表式。 翻边替插入管。翻边替插入管。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.2 焊接残余应力的分布、影响和消除焊接残余应力的分布、影响和消除4. 减少和消除焊接残余应力的措施与方法减少和消除焊接残余应力的措施与方法(2)工艺上减小焊接应力的方法工艺上减小焊接应力的方法采用合理的焊接顺序和方向。让大多数焊缝在采用合理的焊接顺序和方向。让大多数焊缝在刚性较小的情况下施焊。刚性较小的情况

32、下施焊。 缩小焊接区与结构整体之间的温差，从而础小缩小焊接区与结构整体之间的温差，从而础小焊接内应力。整体预热，采用较小的线能量。焊接内应力。整体预热，采用较小的线能量。锤击焊缝。减小焊接应力与变形。锤击焊缝。减小焊接应力与变形。减少氢含量及消氢处理。减少氢含量及消氢处理。 (3)消除残余应力方法主要是焊后消除残余应力，消除残余应力方法主要是焊后消除残余应力，对厚度超过一定尺寸的锅炉、压力容器受压元对厚度超过一定尺寸的锅炉、压力容器受压元件，均应进行焊后热处理以消除内应力。件，均应进行焊后热处理以消除内应力。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.3 焊接变形的形式

33、、影响因素及控制方法焊接变形的形式、影响因素及控制方法 工件焊后一般都会产生变形，如果变形量超过工件焊后一般都会产生变形，如果变形量超过允许值，就会影响使用。允许值，就会影响使用。 变形产生的主要原因是焊件不均匀地局部加热变形产生的主要原因是焊件不均匀地局部加热和冷却。因为焊接时，焊件仅在局部区域被加和冷却。因为焊接时，焊件仅在局部区域被加热到高温，但加热区域金属因受到周围温度较热到高温，但加热区域金属因受到周围温度较低的金属阻止，却不能自由膨胀；而冷却时又低的金属阻止，却不能自由膨胀；而冷却时又由于周围金属的牵制不能自由地收缩。结果这由于周围金属的牵制不能自由地收缩。结果这部分加热的金属存在

34、拉应力，而其它部分的金部分加热的金属存在拉应力，而其它部分的金属则存在与之平衡的压应力。当这些应力超过属则存在与之平衡的压应力。当这些应力超过金属的屈服极限时，将产生焊接变形；当超过金属的屈服极限时，将产生焊接变形；当超过金属的强度极限时，则会出现裂缝。金属的强度极限时，则会出现裂缝。 西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.3 焊接变形的形式、影响因素及控制方法焊接变形的形式、影响因素及控制方法焊接变形的形式焊接变形的形式焊接变形可能是多种多样的，最常见的有五种焊接变形可能是多种多样的，最常见的有五种基本形式或者是这几种变形的组合。基本形式或者是这几种变形的组合。

35、 图图(a)是平板对接焊接以后产生的纵向和横是平板对接焊接以后产生的纵向和横向收缩变形；向收缩变形； 图图(b)是平板对接后的角变是平板对接后的角变 形；形； 图图(c)是圆筒件焊缝布置偏离焊件形心轴形是圆筒件焊缝布置偏离焊件形心轴形成的弯曲变形；成的弯曲变形； 图图(d)是薄壁焊件焊后产生的波浪形变形。是薄壁焊件焊后产生的波浪形变形。1. 此外，在梁柱结构焊接时还易出现扭曲变此外，在梁柱结构焊接时还易出现扭曲变形。其中收缩变形、弯曲变形属整体变形，而形。其中收缩变形、弯曲变形属整体变形，而另外几种形式为局部变形。另外几种形式为局部变形。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程

36、学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.3 焊接变形的形式、影响因素及控制方法焊接变形的形式、影响因素及控制方法2.焊接变形的影响因素焊接变形的影响因素 (1)焊缝位置对焊接变形的影响焊缝位置对焊接变形的影响焊缝在结构中布置对称，只产生纵向和横向缩焊缝在结构中布置对称，只产生纵向和横向缩短。但当焊缝在结构中布置不对称时，则会引短。但当焊缝在结构中布置不对称时，则会引起弯曲变形：而当焊缝截面重心偏离接头截面起弯曲变形：而当焊缝截面重心偏离接头截面重心时，则会产生角变形。重心时，则会产生角变形。(2)结构刚

37、性的影响：结构刚性的影响：受同样大小的力，刚性大的结构变形小，刚性受同样大小的力，刚性大的结构变形小，刚性小的结构则变形大。焊接变形总是沿着结构小的结构则变形大。焊接变形总是沿着结构 或焊件刚性的约束最小的方向进行。或焊件刚性的约束最小的方向进行。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.3 焊接变形的形式、影响因素及控制方法焊接变形的形式、影响因素及控制方法2.焊接变形的影响因素焊接变形的影响因素 (3)装配和焊接次序的影响：装配和焊接次序的影响：条焊缝焊接时的刚条焊缝焊接时的刚 性约束大小取决于装配焊性约束大小取决于装配焊接程序。对截面对称、焊缝对称焊接结构，可接

38、程序。对截面对称、焊缝对称焊接结构，可采用先装配成整体的方法。而对复杂焊接结构采用先装配成整体的方法。而对复杂焊接结构，因为焊缝多，各焊缝引起的变形相互影响，因为焊缝多，各焊缝引起的变形相互影响，难以控制，因此必须采用部分装配、焊接、再难以控制，因此必须采用部分装配、焊接、再装配、再焊接次序，以控制总体装配、再焊接次序，以控制总体 焊接变形。焊接变形。(4)其他影响因素：其他影响因素：变形和坡口型式、装配间隙、焊接规范、焊接变形和坡口型式、装配间隙、焊接规范、焊接方法也密切相关。方法也密切相关。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.3 焊接变形的形式、影响因素及控

39、制方法焊接变形的形式、影响因素及控制方法3.控制焊接变形的方法控制焊接变形的方法 为了控制和减小焊接变形，应采用必要的合理为了控制和减小焊接变形，应采用必要的合理设计方案和工艺措施。设计方案和工艺措施。 (1)合理的设计合理的设计保证承载能力条件下，应尽量减小焊缝数量、保证承载能力条件下，应尽量减小焊缝数量、长度和尺寸。应合理安排焊缝的位置，使结构长度和尺寸。应合理安排焊缝的位置，使结构中所有焊缝尽量对称于截面中性轴，或接近中中所有焊缝尽量对称于截面中性轴，或接近中性性 轴，以减小焊件的变形。轴，以减小焊件的变形。(2)必要的工艺措施必要的工艺措施预留收缩余量。在工件备料时加一定收缩余量预留收

40、缩余量。在工件备料时加一定收缩余量。 一般焊缝的纵向收缩量按焊缝的长度来计一般焊缝的纵向收缩量按焊缝的长度来计算。数值和算。数值和 坡口、接头型式及板厚有关。坡口、接头型式及板厚有关。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院反变形法反变形法用经验或计算方法，须先判断工件在焊后可能用经验或计算方法，须先判断工件在焊后可能发生变形大小和方向发生变形大小和方向，在焊前装配时、预先将在焊前装配时、预先将焊件向将要变形的反方向摆放或人为变形焊件向将要变形的反方向摆放或人为变形，控控制得当，可使得到正确形状，防止残余变形。制得当，可使得到正确形状，防止残余变形。西安交通大学能源与动力工

41、程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.3 焊接变形的形式、影响因素及控制方法焊接变形的形式、影响因素及控制方法 选择合理的焊接方法和规范选择合理的焊接方法和规范 采用能量集中热源和快速焊接方法采用能量集中热源和快速焊接方法合理的装配焊接次序合理的装配焊接次序把大型结构适当地分成几个部件，分别装配焊把大型结构适当地分成几个部件，分别装配焊接，然后再拼焊成整体。接，然后再拼焊成整体。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.3 焊接变形的形式、影响因素及控制方法焊接变形的形式、影响因素及控制方法刚性固定法：刚性固定法：焊前将结构固定夹紧，依靠外加约束减小焊接焊前将结

42、构固定夹紧，依靠外加约束减小焊接变形，但是刚性夹持阻止了焊件的自由收变形，但是刚性夹持阻止了焊件的自由收 缩缩，将在构件内部产生较大内应力，应针对焊件，将在构件内部产生较大内应力，应针对焊件材料和结构形式慎重选择。材料和结构形式慎重选择。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.3 焊接变形的形式、影响因素及控制方法焊接变形的形式、影响因素及控制方法采用合理的焊接顺序采用合理的焊接顺序西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.3 焊接变形的形式、影响因素及控制方法焊接变形的形式、影响因素及控制方法4. 矫正焊接变形方法矫正焊接变形方法 即使采

43、用控制变形方法，构件焊接后难以避免即使采用控制变形方法，构件焊接后难以避免产生变形。当焊件超出产品技术要求所允许焊产生变形。当焊件超出产品技术要求所允许焊接变形时，都要求焊后进行矫正，使之符合产接变形时，都要求焊后进行矫正，使之符合产品质量要求。品质量要求。 矫正矫正 的实质是使焊接构件产生新的变形，以的实质是使焊接构件产生新的变形，以抵消焊接时所发生的变形。抵消焊接时所发生的变形。 矫正焊接变形的过程往往增加构件的内应力。矫正焊接变形的过程往往增加构件的内应力。因此矫正变形之前最好先消除焊接残余应力，因此矫正变形之前最好先消除焊接残余应力，以免矫正变形时构件发生局部破裂。以免矫正变形时构件发

44、生局部破裂。生产中常用生产中常用机械矫正和火焰加热矫正机械矫正和火焰加热矫正西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.3 焊接变形的形式、影响因素及控制方法焊接变形的形式、影响因素及控制方法4. 矫正焊接变形方法矫正焊接变形方法 (1)机械矫正法：机械矫正法是用机械加压或锤击机械矫正法：机械矫正法是用机械加压或锤击冷变形方法，产生塑性变形来矫正焊接变形。冷变形方法，产生塑性变形来矫正焊接变形。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.3 焊接变形的形式、影响因素及控制方法焊接变形的形式、影响因素及控制方法4. 矫正焊接变形方法矫正焊接变形方法

45、 (2)火焰矫正法：火焰加热矫正法是利用火焰局部火焰矫正法：火焰加热矫正法是利用火焰局部加热后的冷却收缩，来抵消该部分伸长变加热后的冷却收缩，来抵消该部分伸长变 形形。加热部位必须正确，火焰加热矫正的加热温。加热部位必须正确，火焰加热矫正的加热温度一般为度一般为600800。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.3.3 焊接变形的形式、影响因素及控制方法焊接变形的形式、影响因素及控制方法4. 矫正焊接变形方法矫正焊接变形方法 (3)矫形时，矫形时， 要特别注意钢种要特别注意钢种: 对耐腐蚀设备不宜用锤击，以防

46、应力腐蚀对耐腐蚀设备不宜用锤击，以防应力腐蚀; 对具有晶间隙蚀倾向的不锈钢和对具有晶间隙蚀倾向的不锈钢和 淬硬倾向较淬硬倾向较大的钢材不宜用火焰矫形；大的钢材不宜用火焰矫形； 对冷裂倾向较大的高强钢要少用机械法矫形，对冷裂倾向较大的高强钢要少用机械法矫形，因该法易因该法易 产生冷作硬化。产生冷作硬化。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院 焊接工艺是控制接头焊接质量的关键因素。焊接工艺是控制接头焊接质量的关键因素。 在工厂中在工厂中, ,目前以焊接工艺细则卡来规定焊接目前以焊接工艺细则卡来规定焊接工艺的要素。工艺的要素。 焊接工艺细则卡的编制依据是相应的焊接工焊接工艺细则

47、卡的编制依据是相应的焊接工艺评定试验结果。艺评定试验结果。焊接工艺细则卡规定的焊接工艺要素：焊接工艺细则卡规定的焊接工艺要素： 焊前准备；焊前准备； 焊接材料的牌号及规格；焊接材料的牌号及规格； 焊接工艺规范参数；焊接工艺规范参数； 操作技术；操作技术； 焊后检查等。焊后检查等。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.4.1 焊前准备焊前准备1.1.坡口加工坡口加工(1)剪切剪切常用于不开坡口的薄板常用于不开坡口的薄板此法生产率高，加工方便，加工后边缘平直，此法生产率高，加工方便，加工后边缘平直，但在剪床上不能剪切厚钢板，也不能加工有角但在剪床上不能剪切厚钢板，也不能加

48、工有角度的坡口，一般适用于度的坡口，一般适用于25mm以下板厚。以下板厚。(2)刨边刨边用于直边坡口用于直边坡口 用刨床或刨边机加工直边坡口，加工质量好，用刨床或刨边机加工直边坡口，加工质量好，坡口平直，精度高。坡口平直，精度高。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.4.1 焊前准备焊前准备1.1.坡口加工坡口加工(3)车削车削用于管子坡口用于管子坡口车削可加工出各种型式的坡口，厚壁筒体的车削可加工出各种型式的坡口，厚壁筒体的U型坡口常用这种加工方法，对较长、较重等无型坡口常用这种加工方法，对较长、较重等无法搬动的管子可用移动式的管子坡口机。小直法搬动的管子可用移动式

49、的管子坡口机。小直径薄壁管子可用手动式坡口机，大直径厚壁管径薄壁管子可用手动式坡口机，大直径厚壁管子则可采用电动车管机。子则可采用电动车管机。(4)氧乙炔切割氧乙炔切割应用最广的加工坡口方法应用最广的加工坡口方法利用气割可以得到任何角度的利用气割可以得到任何角度的V形、形、X形、单形、单边边V形、形、K形等坡口，更适合厚钢板的切割，形等坡口，更适合厚钢板的切割，生产率高。气割有手工、半自动和自动生产率高。气割有手工、半自动和自动，可同可同时安装二三把割炬，能将时安装二三把割炬，能将V形、形、X形坡口一次形坡口一次切成切成)。质量好，生产率高。质量好，生产率高。西安交通大学能源与动力工程学院西安

50、交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.4.1 焊前准备焊前准备1.1.坡口加工坡口加工(5)铲削铲削用于加工坡口用于加工坡口, 清焊根清焊根用风铲来铲削坡口、劳动强度较大，噪声严重用风铲来铲削坡口、劳动强度较大，噪声严重。这种方法已日益被碳弧气刨所代替。这种方法已日益被碳弧气刨所代替。(6)碳弧气刨碳弧气刨常用于清焊根常用于清焊根碳弧气刨效率比风铲高，劳动强度小特别在碳弧气刨效率比风铲高，劳动强度小特别在开开 u形坡口时更为显著，正在逐渐取代风形坡口时更为显著，正在逐渐取代风 铲。铲。缺点是要用直流电源，刨割时烟雾大，要采取缺点是要用直流电源

51、，刨割时烟雾大，要采取排烟措施。排烟措施。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.4.1 焊前准备焊前准备2.2.坡口清洗坡口清洗(1)坡口两侧的内、外表面必须清除锈斑、氧化膜坡口两侧的内、外表面必须清除锈斑、氧化膜和油垢等污染，这是防止焊缝产生气孔和裂和油垢等污染，这是防止焊缝产生气孔和裂 纹的有效措施。纹的有效措施。(2)手工电弧焊清理宽度为手工电弧焊清理宽度为20mm范围；埋弧自动范围；埋弧自动焊为焊为30mm；电渣焊为；电渣焊为40mm。(3)焊接过程中不发生冶金反应的焊接方法焊接过程中不发生冶金反应的焊接方法,如如TIG焊，焊，MIG焊，焊，PAW焊等，更应重

52、视。焊等，更应重视。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.4.1 焊前准备焊前准备3.3.坡口装配坡口装配(1)焊件组装时，接头两侧边缘必须相互对准。焊件组装时，接头两侧边缘必须相互对准。 焊件组装后应进行错边量检查，在压力容器焊件组装后应进行错边量检查，在压力容器制造中，对接接头错边量的要求较高。制造中，对接接头错边量的要求较高。A，B类焊缝对口错边量应符合下表规定。类焊缝对口错边量应符合下表规定。 西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.4.2 焊接工艺规范参数焊接工艺规范参数 焊接工艺规范参数包括焊前的预热温度，焊接焊接工艺规范参数包括焊

53、前的预热温度，焊接电参数电参数( (电流、电压、电流种类、频率、焊接电流、电压、电流种类、频率、焊接和送丝速度等和送丝速度等) )，后热温度和保温时间，消氢，后热温度和保温时间，消氢处理温度和保温时间，焊后热处理和消除应力处理温度和保温时间，焊后热处理和消除应力处理制度等。在气体保护焊中，还应包括气体处理制度等。在气体保护焊中，还应包括气体种类、混合比和流量等。种类、混合比和流量等。1.1.焊前预热温度的选定焊前预热温度的选定降低焊接热影响区的冷却速度，避免淬硬组织降低焊接热影响区的冷却速度，避免淬硬组织的形成，防止冷裂纹并改善热影响区塑性；的形成，防止冷裂纹并改善热影响区塑性；减小焊接区的温

54、度梯度，从而降低焊接接头的减小焊接区的温度梯度，从而降低焊接接头的内应力；内应力；西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.4.2 焊接工艺规范参数焊接工艺规范参数扩大焊接区加热范围，使焊接接头在较宽区域扩大焊接区加热范围，使焊接接头在较宽区域内处于塑性状态，减弱焊接应力的不利影响。内处于塑性状态，减弱焊接应力的不利影响。改变焊接区的应变集中区部位，降低了促使冷改变焊接区的应变集中区部位，降低了促使冷裂纹形成的应力峰值；裂纹形成的应力峰值；延长焊接区在延长焊接区在l00l00以上停留时间，有利于焊以上停留时间，有利于焊缝金属中氢逸出，降低氢致裂纹危险。缝金属中氢逸出，降低

55、氢致裂纹危险。 对于结构简单的焊件，可按对于结构简单的焊件，可按表表47规定规定的温度的温度范围进行预热。范围进行预热。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院 西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.4.2 焊接工艺规范参数焊接工艺规范参数2.2.焊接电参数焊接电参数(1)(1)在使用连续的交流电和直流电焊接时，焊接在使用连续的交流电和直流电焊接时，焊接规范中的电参数主要是焊接电压和焊接电流。规范中的电参数主要是焊接电压和焊接电流。(2)在采用脉冲电流焊接时，电参数还包括电流的在采用脉冲电流焊接时，电参数还包括电流的交变频率、通断比交变频率、通断比

56、、基本电流和峰值电流值。基本电流和峰值电流值。(3)焊接规范参数的选择原则首先是保证接头的熔焊接规范参数的选择原则首先是保证接头的熔透、无裂纹并获得成形良好的焊道，同时还应透、无裂纹并获得成形良好的焊道，同时还应保证接头的性能满足技术条件规定的各项要求保证接头的性能满足技术条件规定的各项要求，因而在选择电参数时要，因而在选择电参数时要 考虑焊接热输入量考虑焊接热输入量对接头性能的影响。手工电弧焊对接头性能的影响。手工电弧焊 焊条直径选焊条直径选择及相应的焊接电流范围见表择及相应的焊接电流范围见表4-8.西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西

57、安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.4.2 焊接工艺规范参数焊接工艺规范参数3.3.焊后加热和消氢处理焊后加热和消氢处理焊后加热是指焊后将焊件或焊接区立即加热到焊后加热是指焊后将焊件或焊接区立即加热到150250，保温一定时间，该工艺简称后热，保温一定时间，该工艺简称后热。若以消氢为目的，后热处理应在。若以消氢为目的，后热处理应在300400温度范围内进行，这种处理就称为温度范围内进行，这种处理就称为“消氢处理消氢处理”。其要点是每条焊缝焊完后立即将焊件或整。其要点是每条焊缝焊完后立即将焊件或整 条焊缝加热到上述温度，并保温条焊缝加热到上

58、述温度，并保温24h后空冷。后空冷。4焊后热处理焊后热处理常用的焊后热处理有：常用的焊后热处理有：(1)水调质处理，即水淬加回火处理。水调质处理，即水淬加回火处理。淬火后回火处理的温度对焊接接头的性能有很淬火后回火处理的温度对焊接接头的性能有很大影响。回火温度应在在大影响。回火温度应在在AC3以上以上50 100。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.4.2 焊接工艺规范参数焊接工艺规范参数4焊后热处理焊后热处理 对一种钢材最适用的回火温度范围可通过预先对一种钢材最适用的回火温度范围可通过预先的回火处理试验来确定。的回火处理试验来确定。(2)正火或正火加回火：正火或正

59、火加回火：厚壁筒节纵缝电渣焊缝晶粒粗大，达不到所要厚壁筒节纵缝电渣焊缝晶粒粗大，达不到所要求的力学性能，因此焊后必须作正火处理以细求的力学性能，因此焊后必须作正火处理以细化晶粒。某些采用埋弧焊焊成的筒节也可能在化晶粒。某些采用埋弧焊焊成的筒节也可能在热校和热整形过程中经受正火处理。热校和热整形过程中经受正火处理。正火温度应在该种钢材正火温度应在该种钢材AC3以上以上3050。 过过高的正火温度会导致晶粒的长大，高的正火温度会导致晶粒的长大， 起不到正起不到正火的效果。保温时间按火的效果。保温时间按12min/min壁厚计算。壁厚计算。保温结束后将工件放在平静空气中冷却。保温结束后将工件放在平静

60、空气中冷却。西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.4.2 焊接工艺规范参数焊接工艺规范参数4焊后热处理焊后热处理(3) 消除应力处理消除应力处理当压力容器的壁厚超过下表所列的界限就必须当压力容器的壁厚超过下表所列的界限就必须将其作消除应力处理。将其作消除应力处理。 消除应力处理的作用：消除应力处理的作用：消除残余应力，稳定构件尺寸；消除残余应力，稳定构件尺寸；改善构件母材与焊接接头的性能；改善构件母材与焊接接头的性能；析出焊接区域的有害气体，防止延迟裂纹；析出焊接区域的有害气体，防止延迟裂纹；提高构件抗应力腐蚀的能力；提高构件抗应力腐蚀的能力；提高耐疲劳强度。提高耐疲