常 用 焊 接 术 语

1、常 用 焊 接 术 语在实际应用过程中，经常会碰到一些与焊接相关的术语，行话。先总结如下：正极性 指直流焊接时，被焊物接（）极，焊条、焊丝接（）极反极性 与正极性直流电弧焊或电弧切割时，焊件与焊接电源输出端正、负极的接法称为极性。极性分正极性和反极性两种。焊件接电源输出端的正极，电极接电源输出端的负极的接法为正极性（常表示为DCSP）。反之，焊件接电源输出端的负极，电极接电源输出端的正极的接法为反极性（常表示为DCRP）。欧美常常用另外一种表示方法，将DCSP称为DCEN，而将DCRP称为DCEP。焊接电流 为向焊接提供足够的热量而流过的电流电弧电压 指电弧部的电压，与电弧长大致成比例地增加，

2、一般电压表所示电压值包括电弧电压及焊丝伸出部，焊接电缆部的电压下降值。弧长 弧部长度弧坑 在焊缝终点产生的凹坑气孔 熔敷金属里有气产生空洞飞溅 焊接时未形成熔融金属而飞出来的金属小颗粒焊渣 焊后覆盖在焊缝表面上的固态熔渣熔渣 包覆在熔融金属表面的玻璃质非金属物咬边 由于焊缝两端的母材过烧，致使熔融金属未能填满，形成槽状凹坑。熔深 母材熔化部的最深位与母材表面之间的距离熔池 因焊弧热而熔化成池状的母材部分熔化速度 单位时间里熔敷金属的重量熔敷率 有效附着在焊接部的金属重量占熔融焊条、焊丝重量的比例未熔合 对焊底部的熔深不良部，或第一层等里面未融合部余高 鼓出母材表面的部分或角焊末端连接线以上部分

3、的熔敷金属坡口角度 母材边缘加工面的角度预热 为防止急热，焊接前先对母材预热（ 如火焰加热）后热 为防止急冷进行焊后加热（如火焰加热）平焊 从接头上面焊接横焊 从接头一侧开始焊接立焊 沿接头由上而下或由下而上焊接仰焊 从接头下面焊接垫板 为防止熔融金属落下，在焊接接头下面放上金属、石棉等支撑物。夹渣 夹渣是非金属固体物质残留于焊缝金属中的现象，夹杂物出现在熔焊过程中焊剂 焊接时，能够熔化形成熔渣和气体，对熔化金属起保护和冶金处理 作用的一种物质。碳弧气刨 使用石磨棒或碳棒与工件间产生的电弧将金属熔化，并用压缩空气将其吹掉，实现在金属表面上加工沟槽的方法保护气体 焊接过程中用于保护金属熔滴、熔池

4、及焊缝区的气体，它使高温金属免受外界气体的侵害焊接夹具 为保证焊件尺寸，提高装配精度和效率，防止焊接变形所采用的夹具焊接工作台 为焊接小型焊件而设置的工作台焊接操作机 将焊接机头或焊枪送到并保持在待焊位置，或以选定的焊接速度沿规定的轨迹移动焊剂的装置焊接变位机 将焊件回转或倾斜，使接头处于水平或船行位置的装置焊接滚轮架 借助焊件与主动滚轮间的摩擦力来带动圆筒形（或圆锥形）焊件旋转的装置焊缝的专业术语：基 础 知 识一、焊接管道受力及质量因素管道作为物料输送的一种特种设备，在石油化工生产装置中管道的安装工作量约占整个工作量的1/2，占据着很重要的位置；管道在远距离输送和电站、锅炉、船舶等动力装置

5、方面也是至关重要的。改革开放以来，随着钢结构工程的迅速发展，管道普遍用于建筑工程中，作为梁、柱、桁架、网架、塔架等承重构件，管道还作为支架，满足管道承重、限位、防振。管道几乎遍及国民经济建设的各行各业。下面介绍一些焊接管道受力及质量因素的基础知识。1焊接管道接头类别和受力基本概念锅炉及压力容器的结构形式各种各样，有塔、换热器、储罐、管道和锅炉筒体等。大多数是各种圆锥形封头、接管和管接头等组成。也就是这些受压部件最基本的形状是圆柱体，其焊接接缝分成A、B、C、D四类，锅炉及压力容器焊接接头形式分类示意见图1。 A类接头 是筒体纵缝的对接接头。为什么把纵缝列为A类接头呢？因为其所受的工件应力比B类

6、接头高一倍，也就是说筒体纵缝应力是环绕应力的一倍。在压力容器爆破试验中，裂口一般均在纵缝上。有时听到媒体报道某水管爆裂、某油管爆裂，问题多半发生在纵缝。 B类接头 如筒体环缝等。A类接头和B类接头都是锅炉、压力容器、压力管道中的重要焊道。 C类接头 为角接头。如法兰与管道，管子与管板等角焊缝。对于高压容器焊缝要求全焊透。作为管道按图纸设计要求而定。 D类接头 主管道与支管、与人孔管接的相贯焊缝，处于应力集中部位，弹性应力集中系数大致在1.52.5范围内，焊缝在较高应力状态下工作。同时，焊接时刚性拘束较大，容易产生缺陷。因此D类接头是锅炉、压力容器、压力管道中的重要焊缝。2影响管道焊接的质量因素

7、由国内外发生的管道破坏事故的分析结果可知，其破坏形式为脆性破裂（即破裂前一般没有明显的塑性变形），破裂通常由低周疲劳、应力腐蚀和蠕变等原因所引起。这些破坏事故与结构设计、焊接质量、探伤技术和操作有很大关系。一般来说，多数结构的破断，往往集中于应力、局部应力和拉伸残余应力较高的焊接接头区的缺陷外，其原因如下。 焊接缺陷，特别是未焊透。例如某圆柱形管道钢梁，现场装焊时人无法进去双面焊，只得在管子内衬垫板单面焊。以下三种情况均无法全焊透：不开坡口，手工电弧焊缝无法达到要求；虽然开了坡口，但不到位，角度太小、太浅，无法熔透；坡口符合要求，但根部间隙太小，无法熔透。表面质量很好，实际上50%深度是虚焊。

8、 责任性不强，素质不高。工厂内有这么一条规章制度，也是一条工艺纪律。即施工前对上道工序实行检验，若不合格，必须返修且合格后才能进行下道工序。如果发现坡口间隙不合格，不能擅自焊接。若这样做，可以避免事故。 虽然最终焊接接头质量可以用射线探伤，把住质量关，探伤仪是科学的、不会作假，可是探伤的部位是人选的，值得指出的是，往往因疏忽大意，探伤时的误探和漏探是十分有害的，误探导致不必要的返修，影响焊接接头的性能；漏检则意味着可能使超标缺陷留存于焊接接头中，成为导致结构破坏的潜在危险因素。产品质量检验队伍中，有一大批忠于职守、认真负责、大公无私的优秀人员，在焊缝的重要部位划出要探测检查的标记，严格把关。但

9、也有个别的人事先摸透了检测人员的意图，知道某部位要探测，该部位焊接特别好，一次拍片合格率很高。可是，其他未探测部位是否有隐患呢？所以，除了对探伤设备及灵敏度和可靠性重视外，还必须加强对检验探伤人员培训，以便从探伤把关，控制和确保压力管道的制造质量。 把握住主体和附件的质量关系。压力容器（含压力管道）的焊缝固然重要，可是附件的焊缝也不能疏忽，有时往往从附件引发到主体的损坏。有批液氮钢瓶，主焊缝焊得很好，全部达到要求。业主提出为了平时滚动方便，要在筒体上焊两道扁钢，以便套上橡胶圈。扁钢是附件，可是由于扁铁箍的接头没有焊牢，仅焊了一些点焊。在日常滚动运行时（由于充气时筒体膨胀，无负载时筒体收缩），该

10、扁钢的裂缝引发到筒体上出现裂缝。联想到有些内部衬垫板的筒体，垫板接头没焊牢，也出现类似问题。可见附件的缝缺陷会引发到主体上去，这是必须引起注意的。缺陷的存在、性能的下降、应力水平的提高是焊接接头区成为结构中薄弱环节的三大要素。因此从一条焊缝接头的质量反映了压力容器、压力管道的制造质量，并直接影响到结构的使用安全性。影响管道焊接质量的因素很多，将在以后有关章节介绍。二、钢材金相组织钢材性能取决于化学成分和钢材组织。焊缝同样如此，焊缝质量可以外观检查，用射线无损探测，可用试样进行力学性能试验。但是要了解其内部组织，只有经过取样、打磨、抛光、腐蚀显示之后，在金相显微镜下观察到金相组织。为什么要观察焊

11、缝金相组织？若要获得优良的焊缝，首先要遵守工艺，严格控制焊接参数，控制输入的热量（俗称线能量）。线能量太高会使焊缝过热，出现过热组织，晶粒粗大，对焊缝力学性能不利。所以要观察焊缝金相组织。主要有以下八种组织。 铁素体 用符号F表示，其特点是强度和硬度低，但塑性和韧性很好。含铁素体多的钢（如低碳钢）就具有软面韧性好的特点。 渗碳体 是碳和铁的化合物（分子式Fe3C2），其性能与铁素体相反，硬而脆。随着钢中含碳量增加，渗碳体含量也增加，硬度、强度增加，塑性、韧性下降。 珠光体 是铁素体、渗碳体二者组成的机械混合物，用符号P表示，其性能介于铁素体和渗碳体之间，其硬度和强度比铁素体高。但是因为珠光体中

12、的渗碳体要比铁素体少得多，所以珠光体脆性并不高。在高位显微镜下可以清楚地看到珠光体中的片状铁素体与渗碳体一层层地交替分布，随着片层密度增大、层间距减小，珠光体硬度和强度增高，但塑性和韧性下降，总的评价是，其力学性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高、硬度适中，有一定的塑性。 奥氏体 用符号A表示，其强度和硬度比铁素体高，塑性和韧性良好，无磁性。 马氏体 用符号M表示，有很高的强度和硬度，很脆，塑性很差，延展性很低，几乎不能承受冲击载荷。马氏体加热后容易分解为其他组织。 贝氏体 是铁素体和渗碳体的机械混合物，介于珠光体和马氏体之间的一种组织，用符号B表示。根据形成温度不同分为：粒状贝氏体、上贝氏体

13、（B上）和下贝氏体（B下）。粒状贝氏体强度较低，但上仍较好的韧性；B上韧性最差，B下既具有较高的强度，又具有良好的韧性。 魏氏组织 是一种过热组织，由彼此交叉约60°的铁素体针片嵌入钢的基体而成的显微组织。碳钢过热，晶粒长大后，高温下晶粒粗大的奥氏体以一定的速度冷却时很容易形成魏氏组织，粗大魏氏组织使钢材（或焊缝）塑性、韧性下降，脆性增加。 莱氏体 大于727的莱氏体称为高温莱氏体；小于727的莱氏体称为低温莱氏体，莱氏体性能与渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。三、影响焊缝金属的杂质和气体1. 硫硫是焊缝中有害元素之一，它与铁生成低熔点的硫化铁（FeS）。焊接时FeS会导致焊缝热裂和热

14、影响区出现液化裂纹，使焊接性能变坏，降低冲击韧性和耐蚀性，促使产生偏析。同时，硫以薄膜形式存在于晶界，使钢的塑性和韧性下降。熔液中的Mn、MnO、CaO具有一定的脱硫作用，与硫反应后，生成MnS、CaS都进入熔渣中。由于MnO、CaO均属碱性氧化物，在碱性熔渣中含量较多。所以碱性熔渣脱硫能力比酸性熔渣强。因此，焊接含硫偏高的钢材，采用碱性焊条具有抗裂作用。2磷磷也是焊缝中尚存的有害元素之一，它会增加钢的冷脆性，恶化钢的焊接性能，大幅度降低焊缝金属的冲击韧性。焊接奥氏体类钢或焊缝中含碳量较高时，磷会促使焊缝金属产生热裂纹。由于碱性熔渣中含有CaO，所以脱磷效果比酸性熔渣好，当然最好的办法是在母材

15、及焊接材料中限制硫、磷的含量。3焊接区内的气体（1） 气体的来源焊接过程中，焊接区内充满大量气体，主要有CO、CO2、H2等。由于焊条、焊丝、工件潮湿，有油污、铁锈，受热后产生气体以及空气侵入熔池。采用低氢型焊条施焊时，焊缝含氢量比较低，用CO2气体保护焊时，含氢量最低。氢使焊缝塑性严重下降，是产生气孔的根源，也会导致延迟裂纹的产生，还会在拉伸试样断面上出现白点。减少焊缝金属含氢量常用的措施有： 消除焊件和焊丝表面上的铁锈、杂质和油污； 对焊丝、焊剂、焊条进行烘焙，保持干燥； 在焊条药皮和焊剂中加入适量的氟石（CaF2）、硅砂（SiO2），具有较好的去氢效果； 采用低氢型焊条、超低氢型焊条和碱

16、性焊剂； 在焊接低合金钢对接焊缝时，为防止焊接时吸入空气及潮湿，可在背面先用手工焊封底，正面用碳刨刨槽焊接，再反身将原先的封底焊刨去，正式封底焊，这样可防止底部吸入空气，效果很好。（2） 氧气氧气主要来源于空气、药皮和焊剂中的氧化物、水分及焊接材料表面的氧化物。焊缝金属中含氧量增加，焊缝强度、硬度和塑性会明显下降，出现热脆、冷脆和时效硬化，并在焊缝中形成气孔。在焊接材料中加入脱氧剂，以铁合金的形式加入到药皮中去，如锰铁、硅铁等。埋弧焊常采用合金焊丝，如H08MnA、H10MnSi等，脱氧效果较好。所以用碱性焊条施焊，其含氧量较低，塑性、韧性相应提高。因此，碱性焊条常用来焊接低合金钢及重要结构。

17、（3） 氮气氮气主要来自焊接区周围的空气。氮是提高焊缝金属强度、降度塑性和韧性的元素，也是导致焊缝中产生气孔的原因之一。四、钢材的焊接性碳钢的焊接性（又可焊性）主要取决于含碳量，随着含碳量增加，焊接性逐渐变差。把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换算成碳的相当含量，称为该钢材的碳当量。可作为评定钢材焊接性的一种参考指标。碳钢中的元素除C外，主要是Mn和Si，其含量增加，焊接性变差，但其作用不如碳强烈。国际焊接学会推荐的碳当量公式，适用于含碳量不小于0.18%的低合金高强度钢（b400700MPa），公式为Mn CrMoV NiCuCeqC（）6 5 15碳当量值只能在一定范围内概括地、相对地

18、评价钢材的焊接性。因为碳当量只表达了钢材的化学成分对焊接性的影响，其他如焊件的刚性、焊接时冷却速度、焊接热循环中的最高加热温度和高温停留时间等参数均会影响可焊性。例如同一化学成分的钢材，焊接过程中由于冷却速度不同，可以得到不同的焊缝组织。冷却速度快，易产生淬硬组织，焊接性就会变差，当钢材碳当量值相等时，不能看成焊接性完全相同。必要时可按下列公式计算出冷裂纹敏感系数Pcm代替碳当量，来衡量钢材的可焊性。此公式适用于含C0.070.22、含Mn0.41.4、b400900MPa的低合金高强度钢，计算公式为Si MnCuCr Ni Mo VPcmC5B（）30 20 60 15 10此公式为日本依藤

19、（ITO）公式。根据经验，Ceq<0.4时，钢材的淬硬倾向很小，可焊接性好，焊前一般不需要预热；Ceq0.40.6时，钢材的淬火倾向逐渐增大，焊前需适当预热，并采用低氢型焊条焊接；Ceq>0.6，淬硬倾向大，较难焊接，焊前需认真预热，并严格控制焊接工艺参数。常用材料的碳当量Ceq见表1（供参考）。五、焊缝余高与应力集中1. 对接焊缝余高钢结构焊缝外形尺寸（TB/T7949-1999）4.1条中规定：焊缝外形应均匀，焊道与焊道及焊道与基本金属之间应平滑过渡，焊缝余高H列入表2中；壳管式换热器压力容器（GB150-1998）以及球罐（GB12337-1998）中关于对接缝余高H也列入表

20、2中，以便对照。焊缝余高C，过去称为增强量，易误解为是增强焊缝的，高了对强度有利。其实过分高了，物极必反，反而对强度不利，这是因为会产生应力集中，如图2所示，引入应力集中概念。原来长方形板是连续的，平均应力bF/(B)，板边开了缺口，产生了应力集中，局部峰值应力为max，集中系数KTmax/m。焊接接头中产生应力集中的原因如下。 工艺缺陷中，如气孔、夹渣、裂纹、未焊透（以裂纹及未焊透引起应力集中最严重）； 不合理的焊缝外形，余高C太高，使角增加，焊缝外形不光滑，余高与母材相交处突变，角太小，以及角焊缝余高太高，焊趾太大。 不合理的接头设计，接头截面突变，采用衬垫板的对接接头不合理，易造成应力集

21、中。对接接头应力集中，主要取决于C、及。从表2中DBJ 08-21695对应的示意图进行分析，10mm，当C4mm，0.5时，KT2.4，3.0时，KT1.5；当C2mm，0.5时，KT1.8，3.0时，KT1.3。由此可见，C减小，增加，则应力集中系数KT降低；越小，KT越大，对强度越不利。现在焊缝增强量改称余高，要改变过去那种增强量越高越好的观念。把过多的熔敷金属（焊条）堆积在焊缝上，浪费材料，造成变形，极不经济，因此，要严格控制焊缝余高。为了焊缝强度，减少应力集中，必须注意余高与母材合理过渡（降低C，加大）。2. T形接头焊缝余高图3(b)结构开坡口并焊透，大大降低T形接头、十字接头、角

22、接接头应力集中。其焊趾尺寸不小于t/4，熔敷金属量为不开坡口的67.5。设计有疲劳验算要求的吊车梁或类似构件的腹板与上述结构连接焊缝的焊趾尺寸et/2，熔敷金属量为不开坡口的75%焊趾尺寸允许偏差为04mm。如图3(b)所示的结构，可以降低应力集中，提高焊缝强度，又可节约人力物力，降低成本，提高经济效益。六、引弧板、引出板和包角焊（1）引弧板和引出板引弧时由于电弧对母材的加热不足，应在操作上防止产生熔合不良、弧坑裂纹、气孔和夹渣等缺陷的发生，并不得在非焊接区域的母材上引弧和防止电弧击痕。当电弧因故中断或到焊缝终端时，应防止产生弧坑及发生弧坑裂纹，见图4。压力管道和压力容器的薄弱环节是纵缝（其受

23、力是端缝一倍），纵缝的薄弱环节是两端（即引弧端和熄弧端）。为了保证焊接质量，在对接焊的引弧端和熄弧端，必须安装与母材相同材料的引弧板和引出板，其坡口形式和板厚原则上应与母材相同。引弧板和引出板的长度：手工电弧焊及气体保护焊为2560mm，半自动焊为4060mm，埋弧自动焊为50100mm，熔化嘴电渣焊为100mm以上。引出板焊接后，当筒体在压力机上或辊床上校正之后，一般可用气割方法将其割去，气割时在距母材35mm处进行，然后用砂轮打磨平整。严禁用锤击落，以防在焊缝端部产生裂纹。（2）包角焊当角焊缝的端部在构件上时，转角处宜连续包角焊，起落弧点不宜在端部或棱角处，应距焊缝端10mm以上，弧坑应填

24、满，见图5。七、焊接热效率、热循环、线能量、预热温度和层间温度1. 焊接热效率焊接过程中，由电极（焊条、焊丝、钨极）与工件间产生强烈气体放电，形成电弧，温度可达6000，是比较理想的焊接热源。由热源所产生的热量并没有全部被利用，而有一部分热量损失于周围介质和飞溅中。被利用的热占发出热的百分比就是热效率。它是一个常数，主要取决于焊接方法、焊接工艺、极性、焊接速度以及焊接位置等。各种焊接方法的热效率见表3。2. 焊接热循环在焊接热源作用下，焊件某点的温度是随着时间而不断变化的，这种随时间变化的过程称为该点的焊接热循环。当热源靠近该点时，温度立即升高，直至达到最大值，热源离去，温度降低。整个过程可以

25、用一条曲线表示，此曲线称为热循环曲线，见图6。距焊缝越近的各点温度越高，距焊缝越远的各点，温度越低。焊接热循环的主要参数是加热速度、加热所达到的最高温度、在组织转变温度以上停留的时间和冷却速度。加热到1100以上区域的宽度或在1100以上停留时间t，即使停留时间不长，也会产生严重的晶粒粗大，焊缝性能变坏。t越长，过热区域越宽，晶粒粗化越严重，金属塑性和韧性就越差。当钢材具有淬硬倾向时，冷却速度太快可能形成淬硬组织，极易出现焊接裂纹。从t8/5可反映出此情况，有时还常用650时的冷却速度650或800300的冷却时间t8/3来衡量。应当注意的是熔合线附近加热到1350时，该区域的冷却过程中约54

26、0左右时的瞬时冷却速度，或者800500时的冷却时间tP8/5对焊接接头性能影响最大，因为此温度是相变最激烈的温度范围。影响焊接热循环的因素有：焊接规范、预热温度、层间温度、工件厚度、接头形式、材料本身的导热性。3. 焊接线能量熔焊时，热源输给焊缝单位长度上的能量，称为焊接线能量。电弧焊时的焊接规范，如电流、电压和焊接速度等对焊接热循环有很大影响。电流I与电压U的乘积就是电弧功率。例如，一个220A、24V的电弧，其功率W5280W，当其他条件不变时，电弧功率越大，加热范围越大。在同样大的电弧功率下，焊接速度不同，热循环过程也不同，焊接速度快，加热时间短，冷却得快；焊接速度慢，则相反。为了综合

27、考虑焊接规范参数对热循环的影响，就引入“线能量q”这一概念。线能量是输入焊缝单位长度内的焊接热量。IUq 式中 q线能量，J/mm；I焊接电流，A；U电弧电压，V；焊接速度，mm/s。例如4mm焊条，I180A，U24V，2.2mm/s时，线能量q2160J/nn。线能量q与IU成正比，与成反比。不锈钢焊接一定要采用小电流快速焊，保持在最低值，可以提高接头的耐蚀性。线能量增大时，热影响区宽度增大，1100以上停留时间）增加，800500的冷却时间延长，650时的冷却速度减慢。表4列出了线能量和预热温度对焊接热循环参数的影响。表5列出了三种焊接方法线能量q的比较。从表4可以看出，线能量从2000

28、J/mm增加到3840J/mm时，在1100以上停留时间从5s增加到16.5s，而650时的冷却速度从14/s下降到4.4/s。从表5可以看出，埋弧自动焊q最大，手工电弧焊q最小。生产中根据钢材成分、工件的技术要求，在保证焊缝成形良好的前提下，适当选择焊接方法，调节焊接规范，以合适的线能量焊接，可以获得优质的焊接接头。线能量过大会使焊接接头过热，晶粒粗大，对接头塑性和韧性不利。对于低温钢和强度等级较高的低合金钢，更应严格控制焊接线能量，才能保证焊接接头性能。经验表明，碳当量Ceq0.4%的低合金钢，焊接线能量就应加以控制。4. 预热温度预热的主要目的是为了降低焊缝和热影响区的冷却速度，减小淬硬

29、倾向，防止冷裂纹。合理预热还可以改善焊接接头的塑性，减少焊后残余应力。从实践中得出的经验，下列焊件或环境下需要对焊件进行预热： 焊接强度级别较高的焊件； 焊接有淬硬倾向的钢材； 焊接导热性特别好的材料； 刚性大较大、厚度较大的焊件； 当焊接区域周围环境温度低于0时； 设计图纸技术要求中特别注明的焊件。预热温度应根据材质结构点而定。钢结构施工及验收规范中规定：焊件厚度50mm的碳素结构钢，36mm的低合金结构钢，施焊前应进行预热，焊后应进行后热，预热温度控制在100150，预热区域为焊道两侧，每侧宽度应大于2且不小于100mm，为板厚。环境温度低于0时，预热、后热温度应根据工艺试验确定。结合某些

30、工厂的生产实践，关于16Mn钢低温焊接预热温度的规范见表6。16Mn钢出现裂纹的可能性还与接头形式、结构刚性等因素密切相关，T形接头散热最快，淬硬倾向最大；对接接头散热最缓；十字接头介于两者之间。从刚度比较，十字接头刚性最大，故其裂纹倾向也最大；T形接头、搭接接头裂纹程度较轻，有时裂纹往往出现在头道焊缝和焊根上，因此焊接大刚性、大厚度焊件时，头道焊缝的焊接工艺很关键。同样在低温下焊接，气候越潮湿，则出现裂缝的倾向性就越大。5. 层间温度多层多道焊对改善焊接性能有着特殊作用，它不仅由于焊接线能量小可以改善焊接接头的性能，而且由于后焊焊道对前一焊道及其热影响区进行再加热，使加热区组织和性能发生相变

31、重结晶，形成细小的等轴晶，使塑性和韧性得到改善。层间温度是指多层多道焊时，当焊接后道焊缝时，前道焊缝的最低温度。对于要求预热焊接的钢材，层间温度一般应等于或略高于预热温度，若层间温度低于预热温度，应重新进行预热，控制层间温度也是为了降低冷却速度，并可促使扩散氢逸出焊接区，有利于防止产生裂纹。八、焊接接头剖析人体是由无数细胞组成，健康的细胞保证了人体的健康。一项钢结构工程是由无数个焊接接头组成，接头质量的好坏，关系到安全使用。焊接接头既然如此重要，不妨将焊接接头分析一下，逐个分析其利害关系。从图7中可以看出，焊接接头由四部分组成：焊缝、熔合区、热影响区、热应变脆化区等。在焊接过程中，各区进行着不

32、同的冶金过程，并分别经常不同的热循环和应变循环的作用，各区的组织和性能有较大差异。1. 熔合区这种冶金过程比炼钢炉复杂得多，熔合区旁边是熔合线，是焊接接头中母材热影响区与焊缝的交界部位，即焊缝轮廓线，此线是不规则的、呈锯齿形曲线。熔合线附近，由于温度高，母材晶粒发生严重长大，使焊缝金属塑性下降，是力学性能最差的部位，熔合线组织与性能也不均匀。2. 焊接热影响区的组织和性能一提起热影响区，就知道这个区域是焊接接头组织最薄弱的地方。实践表明，焊缝质量在相当程度上决定于热影响区。例如，焊缝破裂往往发生在热影响区。压力容器、压力管道做爆破试验时，一般在热影响破损，当然也有发生在焊缝中部，那是由于未焊透

33、、夹渣等缺陷引起。下面从三种材料分析研究热影响区状态，如图8和图9。（1）不淬火钢和易淬火钢 过热区 低碳钢为11001490，该区铁素体和珠光体全部转化为奥氏体，晶粒开始急剧长大，长大程度与过热温度及高温停留时间有关，停留时间越长、晶粒越粗大，出现粗大的魏氏组织，使该区的塑性和韧性大大降低。 正火区 低碳钢为9001100，又称细晶粒区或相变结晶区，该区晶粒细小均匀，具有较高强度、塑性和韧性，是焊接接头中综合力学性能最好的区域。 部分相变区 低碳钢为750900，又称不完全重结晶区。由于组织和晶粒大小极不均匀，故该区力学性能也不很好，强度有所下降。 再结晶区 碳钢为450750，力学性能无明

34、显影响。 淬火区 相当于不易淬火钢的1过热区、2正火区。此区域焊后出现淬火组织，故硬度、强度增高，塑性韧性下降。由于组织不均匀，易产生冷裂纹。 部分淬火区 该区的不完全淬火组织使塑性和韧性下降。 回火区 母材焊前为退火状态，则在Ac1温度（给723）以下区域，一般不发生组织变化而保持原始状态；若母材焊前可淬火状态或淬火加低温回火状态，则在低于Ac1的不同温度和停留时间下将获得不同的回火组织。（2）不锈钢热影响区划分 过热区 加热温度在TksTs（11001500）之间，该区域中母材仍为奥氏体或铁素体（因加热和急剧冷却时奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢均不发生相变）。若温度大于Tks，奥氏体或铁素铁晶

35、粒急剧长大，温度越高，停留时间越长，晶粒越粗大，使该区塑性和韧性下降。 相脆化区 普通纯度铁素体不锈钢母材或焊缝中Cr21%时，若在520820长期加热会出现一种又硬又脆的FenCrm，HV高达8001000，称为相，割断了晶间的联系，使该区的塑性和韧性严重降低，而且抗晶间腐蚀性能也有所下降。 敏化区 加热温度在850450之间，在该温度停留一定时间（如在700750，只需停留十几秒后），奥氏体不锈钢中碳和铬在晶粒边界处形成碳化铬（Cr23C8），使晶粒边界处奥氏体局部贫铬，奥氏体不锈钢丧失抗晶间腐蚀能力。 475脆性区 加热温度600400，在该温度停留一定时间后，铁素体不锈钢的硬度显著增高

36、，冲击韧性严重下降，一般称为475脆性。有些奥氏体不锈钢在一定条件下，也会产生475脆性，如焊缝中当铁素体含量较高时，若在350500区间停留数十或数百小时，易出现475脆性。3. 热应变脆化区由于焊接热应变作用而发生脆化的区域称为热应变脆化区。形成的原因及条件是，对于低碳钢、低合金高强度钢和低合金低温钢，当钢中含有较高的氮时，在焊接热循环和焊接应变循环作用下，焊接接头某些区域会出现热应变脆化现象。热应变脆化区的温度范围约在600200之间，250是最敏感温度。脆化的程度与温度及在该温度下的热应变量有关，热应变量越大，脆化程度也越大。热应变脆化区的塑性和韧性显著下降，这是焊接接头另一薄弱地带，

37、必须引起注意。综上所述，可以得出一条结论，焊接接头区是焊接结构中的一个薄弱环节，其原因是：组织和性能存在着很大的不均匀性，产生了不利的粗大组织（粗大魏氏组织、粗大奥氏体、粗大铁素体、粗大马氏体），析出不利的组织带和脆性相，使接头性能大大下降，焊缝中容易产生焊接缺陷。九、焊缝金属的结晶组织焊接熔池从液相向固相的转变的过程称为焊接熔池的一次结晶，焊接熔池凝固以后，焊缝金属从高温冷却到室温时还会产生固态相变和不同的组织，称为焊缝金属的二次结晶。焊缝组织不但与化学成分有关，还与上述二次结晶有关。1. 特点焊接熔池体积小，周围的冷金属包围着它，冷却速度快（4100/s），温差大，熔池中心液体金属处于过热

38、状态（平均温度2300），碳钢和普通低合金钢的熔池平均温度为1770±100，因此熔池中心和边缘存在着很大温差；焊接时，焊条在熔池运动且有吹力，使熔池发生强烈搅拌，在运动状态下熔池结晶。2. 特征（1）柱状晶通常先在熔池边缘熔合区母材的晶粒上以柱状形状向焊接熔池中心生长，直到在熔池中心相互阻碍时停止，这种柱状形态的晶体为柱状晶。（2）晶核熔池中的液体金属，在一定条件下，凝固时会产生晶核。（3）等轴晶由于晶体沿各个方向长大的速度接近，长大的晶体称为等轴晶。当然焊缝中常见的是：内部微观形态有脆状晶、脆状树枝晶和树枝晶，有时也会出现等轴晶。（4）偏析熔池液体在以下三种条件下结晶。 在不平衡

39、且冷却速度很快条件下进行。 由于结晶有先后之分，造成成分不均匀。 由于碳、合金元素及硫磷杂质组织“熔质元素”，先结晶的中心部分含熔质元素较低，后结晶的固相表面含熔质元素较高，因此产生了所谓的偏析现象。焊缝中偏析分为显微偏析、宏观偏析和层状偏析三种。熔池表面沸腾使熔质翻动、熔池中温差引起对流、磁力作用引起搅拌，从而使柱状晶在长大向前推移的同时把熔质元素逼向熔池中心，浓度不断增加，凝固时产生很高程度偏析，这种在焊缝中心线产生的偏析称为宏观偏析。在凝固过程中，晶体长大速率呈周期性变化，导致化学成分不均匀性，产生了分层组织，称为层状偏析。偏析严重影响焊缝质量，是导致产生裂纹、夹杂和气孔的主要原因之一。

40、3. 焊缝金属二次结晶组织焊缝金属化学成分、焊接工艺和热处理工艺不同，焊缝金属二次结晶组织各不相同，二次结晶组织类型和特征直接关系到焊缝金属性能。焊缝晶粒度对性能的影响见图10，焊缝组织及特征见表7。表7 焊缝组织及特征组织名称 特 征低碳钢的焊缝组织 （1）含碳量很低，组织为粗大的柱状铁素体加少量珠光体，若在高温时间停留过长，铁素体还具有魏氏组织特征（2）多层多道焊，部分柱状晶消失，形成细小的等轴晶粒，组织为细小的铁素体加少量珠光体钼和铬钼耐热钢的焊缝组织 （1）含Cu5% 的耐热钢，焊前预热、焊后缓冷得到珠光体和部分淬硬组织，高温回火后可得到完全的珠光体组织（2）含Cu为5% 9% 的耐热

41、钢，当焊料成分与母材相近时，焊前预热、焊后缓冷，焊缝为贝氏组织，也可能出现马氏体组织；高温回火后可得到回火莱氏体组织。当采用奥氏体不锈钢焊接材料时，焊缝组织成为奥氏体低温钢焊缝组织 （1）无镍铬或含镍铁素体型低温钢焊缝组织为铁素体加少量珠光体（2）含Ni为90% 低碳马氏体型低温钢，当焊条成分与母材相近时，焊缝组织在回火后为含镍铁素体和含碳奥氏体；当采用含镍合金焊料时，焊缝组织主要为奥氏体不锈钢焊缝组织 （1）奥氏体型不锈钢焊缝组织，一般为奥氏体加少量铁素体（2）铁素体型不锈钢焊缝组织，其组织与焊接材料有关，焊料成分与母材相近时为铁素体，当采用CuNi奥氏体焊料时为奥氏体（3）马氏体型不锈钢焊

42、缝组织，当焊接材料与母材相近时，焊态及回火后的组织分别为马氏体和回火马氏体；当采用CuNi奥氏体焊条时为奥氏体从强度看，马氏体比其他组织强度高，贝氏体次之，铁素体珠光体再次之，铁素体和奥氏体较低。从塑性和韧性看，奥氏体比其他组织好，铁素体珠光体次之，粒状贝氏体具有较好的韧性，下贝氏体有良好的韧性，上贝氏体韧性最差。高碳马氏体硬而脆，几乎没有韧性。低碳马氏体具有相当的强度和良好的塑性、韧性相结合的特点。从抗裂性看，铁素体珠光体组织和奥氏体抗裂性较高；奥氏体少量铁素体双相组织双单相奥氏体更具有好的抗裂性。贝氏体马氏体对冷裂纹敏感性最大。十、焊接变形和焊接应力焊接变形和焊接应力都是熔焊产生的副作用，

43、会给焊接结构的力学性能带来负面影响，如何在焊接中防止焊接变形和焊接应力已成为焊接技术工作者悉心关注的问题。1. 焊接变形焊接是在高温状态下进行的，焊接时熔池温度高达1700多摄氏度，构件受热是局部的、不均匀的，焊缝区域受热后要膨胀，但是焊缝四周的金属又处于冷的状态，阻止受热金属的膨胀，使受热金属（焊缝金属）产生了压缩应力。同时，金属在高温时，其屈服点s很低（当温度为700，其屈服点仅为原来的10%左右），当热金属内的压缩应力超过屈服点s后，）焊缝内的热金属就会造成塑性压缩文治武功，此种塑性压缩文治武功是不可逆的。随着加热金属的冷却，压缩应力随之减小、消失；进一步冷却，加热区段开始增长反方向的应

44、力（拉伸应力）。但由于周围冷金属的阻止，使得热金属（焊缝）不能得到充分的收缩，因而又使其内部呈现拉伸应力，造成结构变形。从上述分析可以看出，焊接应力与变形的产生，是焊缝区域受热不均匀和焊缝周围金属的约束所致，而热膨胀过程中出现的塑性压缩变形，便是冷却中产生残余变形的根源。在钢板上面纵向堆焊一条焊缝，此焊缝长为L，宽为B。把堆上去的焊缝看成是加在钢板上的热能，将焊缝的投影面积看成是一分离的板条B×L。板条受热后，假定四周没有冷金属的约束，板条势必膨胀，膨胀长度L，膨胀宽度B。但是实际上板条B×L不是分离的，四周会受到冷金属的约束而无法膨胀，所以板条是缩短了长度L、宽度B。板条

45、的缩短是由于产生残余压应力0，且0s所致。因而板条产生塑性变形（缩短）。当焊接完毕，温度降低时，0亦下降，板条要收缩，但是由于四周冷金属的阻止，使得板条无法得到充分的缩短，因而产生了残余应力（拉应力）。板条内的拉应力使四周的冷金属造成压缩，四周的板受到压缩柏，在平面内将出现波形。对于厚度在8mm以下的板，因为它的临界应力比屈服点低得多，因此当焊缝收缩时，焊缝内呈现的残余拉应力（即四周冷金属所受到的压应力）会超过临界应力，因而板易丧失稳定性而出现波浪形，在板边会产生皱折，见图11。假如在板的边缘堆焊，且板是狭长的，则存在板内的拉应力会使板条呈现弯曲变形。又因为焊缝是堆焊于钢板的上面，板的受热在厚

46、度上分布是不均匀的，因此板要以焊缝处为转折点而产生角变形。角变形与板厚有关，厚板比薄板的角变形小，这是因为厚板的抗弯模数大，塑性变形小。角变形又与焊趾的大小有关，加大焊趾容易造成角变形。因此，从防止变形的观点出发，在保证焊缝强度的条件下，连续的角焊缝比间断的角焊缝变形要小。总之，焊接会引起结构的纵向和横向收缩变形、角变形、波浪形及构件边缘的皱折等，并能引起结构的总体变形。2. 影响焊接变形的因素影响焊接变形的因素如下。 焊接规范，变形大小主要受焊接规范的影响，采用大电流和降低焊接速度都会使线能量增大。 焊缝尺寸，主要取决于板厚及设计的强度要求。 焊接工艺，主要取决于焊接方向、焊接程序和焊道层数

47、等。 焊接结构和刚性及采取的边界约束措施。钢板对接，板厚10mm时采取对称X形坡口比较有利于防止角变形。但是角变形程度与焊接程序有关，对于某一侧，先焊该侧便先产生角变形，这是由于每焊道焊后，焊件拘束度增加，故一侧先焊焊道阻住另一侧后焊焊道的自由收缩变形。因此，只有对称交替控制焊法，才能使两侧角变形抵消。钢结构焊接以后的变形规律，焊缝趋向于缩短。例如，两根板制钢管对接，接头处出现凹陷变形（见图12），要用加热法将凹陷的接头拉平是不可能的。大型筒体对接也是如此，越是用火在焊缝旁加热矫正，越会增大变形倾向，惟一办法在装配以后，焊前采取防变形措施。3. 控制焊接变形的措施 合理的结构设计和焊缝布置及焊

48、缝坡口 这对预防和减小焊接变形将起重要作用，焊缝尽可能对称布置，焊缝不能太密集，焊缝不要布置在大开口处以及应力集中的部位，压力管道及压力容器、封头各种不相交的拼焊焊缝中心线间距离至少应为封头钢材厚度的3倍，且不小于100mm。 合理焊接 控制焊缝余高、控制焊缝尺寸、采取合理的焊接程序能有效地减少焊接变形。例如厚板对接，采用多层多道焊，焊长焊缝时，直道变形最大；从中段向两端施焊时变形则有所减小，从中段两端逐段退焊时变形最小，采用逐段跳焊也可减少焊接变形。 刚性固定法 利用外加刚性拘束的方法可以减小焊件焊后变形，称为刚性固定法。利用两块板拼焊对接，在焊前将它固定在钢平台上，借助钢平台的刚性，防止钢

49、板变形。又如一根管子，其一侧要焊很多接管，焊缝不对称，势必使管子纵向弯曲，可以将两板管子摁绑起来，抵消焊接变形。 反变形法 焊接H型钢或T型钢，预先将翼板压弯一个角度，以抵消焊接后的角变形，又如两块钢板对接，为防止角变形，预先将焊缝处传填高，将两边用重物压牢或固定，这样做可以减少角变形。4. 焊接应力（1）产生焊接应力的原因焊件受力不均或受热不均而产生焊接应力。常见的有：拘束应力，在焊接过程中主要由于结构本身或外加拘束作用而引起的应力，有的采用刚性拘束法控制变形，变形是少了，可是焊接应力却大了；焊接残余应力，是焊接过程结束后，冷却不均匀，留存于焊接结构的内应力。（2）焊接应力对使用的影响 使焊

50、接接头区域能承受的载荷下降，接头强度降低。 焊接接头处于低周疲劳载荷作用。由于存在较高的拉伸残余应力，若该区域处于结构应力集中部位或结构刚性拘束较大部位，或焊接缺陷较多部位，则拉伸残余应力的存在是十分危险的，使结构使用寿命下降，并易导致低应力脆断事故的发生。若该焊件接触腐蚀介质，由于拉伸残余应力可促使应力腐蚀开裂，也可能引起低应力脆断。对于高温容器一个特殊的性能是抗蠕变性能，即钢材在高温下受外力作用时，随着时间的延长缓慢而连续地产生塑性变形现象，称为蠕变。对于高温下长期工作的锅炉压力容器所用钢材应具有良好的抗蠕变性能，以防止因蠕变而产生大量变形导致结构破裂和造成爆炸事故。抗蠕变是如此重要，而残

51、余拉应力有加速蠕变的作用，可见残余应力对高温容器的危害性。（3）需要消除焊接残余应力的构件 塑性较差的高强度钢制成的结构； 低温下使用的结构； 刚性拘束度大的厚壁容器； 存在较大体积拉伸残余应力的结构； 焊接接头中存在着难以控制和避免的微小裂纹的结构； 有产生应力腐蚀破坏可能性的结构； 对尺寸精度或密封性要求高的结构； 对于焊后机械加工精度要求较高的结构； 使用中对尺寸稳定性要求高的结构。（4）减少焊接应力的措施 在焊接过程中，注重焊接程序，减少拘束，尽可能使焊件能自由收缩。 应先焊结构中收缩量最大的焊缝。因为先焊的焊缝收缩时受阻较小，故焊接应力也较小。例如，结构上既有对接焊缝，也有角接焊缝时

52、，角接焊缝中既有连续焊又有间断焊，应先焊对接焊缝，后焊角接焊缝的连续焊，最后焊角接焊缝的间断焊。 采用较小的焊接线能量和合理的焊接操作方法。例如采用小直径焊条、多层多道焊、小电流快速不摆动焊替代大直径焊条、单道焊、大电流慢速摆动焊；采用小电流多层多道细丝埋弧自动焊替代大电流单道粗丝埋弧自动焊；采用焊接速度较快的气体保护焊替代埋弧自动焊。 采用整体预热法以达到减小焊接应力的目的。 采取减少氢的措施及消氢处理。 焊后按工艺要求对工件进行后热或焊后热处理。采用不同的工艺程序，利用高温时材料屈服强度下降和蠕变现象达到松弛焊接残余应力的目的。后热处理也称消氢处理，即在焊后立即将焊件加热到250350温度

53、范围保温26h后空冷，主要使焊缝金属中的扩散氢加速逸出，大大降低焊缝和热影响区中的含氢量，防止产生冷裂缝。消氢处理加热温度较低不能起到松弛焊接应力作用，对于焊后要进行热处理的工件，不必消氢处理。但是，焊后若不能立即热处理又必须及时消氢处理，则必须及时消氢处理。例如，有一台大型高压容器，焊后未及时热处理及消氢处理，在放置期间产生了延迟裂纹。当容器热处理后进行水压试验时，试验压力尚未达到设计压力，容器发生了严重脆断事故，使整台容器报废。十一、焊接裂纹及其他缺陷的防止1. 热裂纹热裂纹又称高温裂纹，经常发生在焊缝中，有时也出现在热影响区，其微观特征一般沿晶界开裂，又称晶间裂纹，当裂纹贯穿表面与外界空

54、气相通时，沿热裂纹折断口的表面呈现氧化色彩（如蓝灰色等），见图13。（1）热裂纹产生原因焊接熔池在结晶过程中存在偏析现象，析出物质为低熔点共晶和杂物，在凝固后强度极低，当焊接拉伸应力足够大时，形成裂纹。热裂纹也可能出现在热影响区，主要发生在杂质含量较高的钢中，如单相奥氏体钢、镍合金、铝合金、铜合金等焊缝中。（2）防止热裂纹的方法严格控制焊缝金属中CSP元素以及含铜量。C0.10%，S、P0.03%；预热能减小焊接熔池的冷却速度，降低焊接应力；采用碱性焊条焊接，该焊条具有较高的抗裂能力；在收弧时采用引出板将弧坑移至焊件外。2. 冷裂纹和延迟裂纹钢的焊接接头冷却到室温后产生的焊接裂纹称冷裂纹，在几

55、小时、几天或十几天才出现焊接冷裂纹，称延迟裂纹，常称氢致裂纹，见图14。（1）冷裂纹的形态和特征焊缝和热影响区均可出现冷裂纹，主要发生在低合金钢、中合金钢、中碳钢、高碳钢、钛及钛合金的焊接接头中。焊道下裂纹、焊趾裂纹、焊根裂纹为热影响区纵裂纹。焊道下裂纹常平行于焊缝长度方向，并向热影响区扩展，不一定贯穿表面；焊根裂纹产生在根附近或根部未焊透等缺口部位；焊趾裂纹和根部裂纹主要由于缺口导致应力集中而发生。扩散氢的存在进一步促使裂纹发展。（2）冷裂纹产生的原因冷裂纹产生的原因是钢种的淬硬倾向大、焊接接头的含氢量高以及结构的焊接应力大。球罐开罐检查发现裂纹（基本上属于冷裂纹），这些裂纹出现在焊缝上、熔

56、合线上、热影响区，几乎均发生在环焊缝上，内侧多于外侧，表面多于内部，具有延迟特点。某环罐检查出525条裂纹，大环焊上365条（占70%）；某球罐一裂纹最长1600mm，深16mm。（3）防止冷裂纹的办法 控制焊缝中的含氢量 采用碱性低氢型焊条和焊剂，严格焙烘，仔细消除焊件、焊接材料上的油、锈、水。 预热 减慢接头冷却速度，降低淬硬倾向。 消氢处理 有两种办法：焊后立即将工件加热到260350，保温26h；在600650加热温度内进行热处理。两者均能促使氢逸出。3. 再热裂纹焊件消除应力热处理或其他加热过程中产生的裂纹称为再热裂纹。通常发生在熔合线附近的粗晶区中，从焊趾部位开始，向细晶粒区发展并停止。产生原因是在再加热时，第一次加热过程中过饱和固溶的碳化物再次析出，造成晶内强化，使滑移应变集中于原先奥氏体晶界，当晶界的塑性应变能力不足以承受松弛应力产生的应变时，就产生再热裂纹。防止办法是： 减小残余应力和应力集中，如提高预热温度，焊后缓冷，保持焊缝平滑过渡； 在满足设计要求前提下，选择高温强度低于母材的焊缝，使应力在焊缝中松弛，防止在热影响区产生裂纹。 合理地安排焊接顺序