第1-4章 焊接工艺规程设计

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 焊接工艺规程设计概念焊接工艺规程设计概念4.2 4.2 焊接符号与标注焊接符号与标注 4.3 4.3 焊接接头及坡口型式焊接接头及坡口型式4.4 4.4 金属焊接性与焊接工艺评定金属焊接性与焊接工艺评定4.4.5 5 焊接工艺要素和规范焊接工艺要素和规范4.6 4.6 焊接应力与变形焊接应力与变形4.7 4.7 焊接缺陷与检验焊接缺陷与检验4.4.8 8 锅炉与压力容器用钢焊接工艺特点锅炉与压力容器用钢焊接工艺特点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 焊接工艺规程设计概念焊接工艺规

2、程设计概念1.1.基本概念基本概念(1)(1)生产过程生产过程 利用相应制造工艺将原材料转变为成品全过程。利用相应制造工艺将原材料转变为成品全过程。(2)(2)制造工艺制造工艺 生产过程中生产过程中制造方法制造方法和和制造工艺过程制造工艺过程的总称。的总称。(3)(3)工艺过程工艺过程 改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质使改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为成品或半成品过程。其成为成品或半成品过程。(4)(4)工艺规程工艺规程 规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺文件称为工艺规程。工艺规程。西安交通大学能源与动力

3、工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.1 4.1 焊接工艺规程设计概念焊接工艺规程设计概念2.2.工艺规程作用工艺规程作用 工艺规程工艺规程还是连接设计和制造的桥梁还是连接设计和制造的桥梁。工艺规工艺规程是指导生产、组织生产、管理生产的主要工程是指导生产、组织生产、管理生产的主要工艺文件，是加工、检验、验收、生产调度与安艺文件，是加工、检验、验收、生产调度与安排的主要依据。排的主要依据。3.3.焊接工艺过程焊接工艺过程 焊接工艺过程是利用焊接方法使原材料毛坯改变焊接工艺过程是利用焊接方法使原材料毛坯改变结构形状和尺寸使其成为合格零部件的过程。结构形状和尺寸使其成为合格零部件的过程。 焊接工

4、艺过程对焊接产品质量有决定性影响。焊接工艺过程对焊接产品质量有决定性影响。 4.4.焊接工艺规程焊接工艺规程 规定焊接结构件焊接工艺过程和焊接操作方法等规定焊接结构件焊接工艺过程和焊接操作方法等的工艺文件。的工艺文件。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 焊接工艺规程设计概念焊接工艺规程设计概念5.5.焊接生产过程焊接生产过程 焊接生产过程是指从投料开始，经过一系列的工焊接生产过程是指从投料开始，经过一系列的工序，最后加工成焊接产品的过程。序，最后加工成焊接产品的过程。焊接生产过程焊接生产过程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

5、符号及标注焊缝符号及标注(1)(1)焊接图是供焊接加工时所用的图样。除了将焊接图是供焊接加工时所用的图样。除了将焊接件结构表达清楚以外，还必须把与焊接有焊接件结构表达清楚以外，还必须把与焊接有关内容表示清楚，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。(2)(2)要看懂焊接机械设备图纸，就必须了解焊缝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。焊缝代号是工程语言的的符号及其标注方法。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。我一种，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国的焊缝

6、符号是由国家标准GB324GB324规定的。焊规定的。焊缝符号由以下内容组成：缝符号由以下内容组成：(3)(3)焊缝符号由焊缝符号由焊接方法代号焊接方法代号、基本符号基本符号、辅助辅助符号符号、补充符号补充符号和和焊缝尺寸符号焊缝尺寸符号等组成。等组成。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1. 焊缝符号及标注焊缝符号及标注1.1.常用焊接方法的代号常用焊接方法的代号(1)GB324-1964(1)GB324-1964用字母表示用字母表示,1988,1988标准已取消。标准已取消。(2)GB5185-1985(2)GB5185-1985用数字代号。用数字代号。(3)(3)

7、图样上焊接方法代号标注在指引线尾部。图样上焊接方法代号标注在指引线尾部。 焊接方法焊接方法GB5185-85GB5185-85GB324-64GB324-64手工电弧焊手工电弧焊(SMAW)(SMAW)丝极埋弧自动焊丝极埋弧自动焊(SAW)(SAW)熔化极气保焊熔化极气保焊(MIG)(MIG)非熔化极气保焊非熔化极气保焊(TIG)(TIG)气焊气焊/ /摩擦焊摩擦焊(OFA/FRW)(OFA/FRW)冷压焊冷压焊/ /电渣焊电渣焊(ESW)(ESW)电阻对焊电阻对焊/ /硬钎焊硬钎焊(BSW)(BSW)111111121121131131141141311/42311/4248/7248/72

8、25/9125/91S SZ ZC CA AQ/MQ/ML/DL/DJ/HJ/H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2.2.基本符号基本符号: :基本符号基本符号是表示焊缝横截面形状的是表示焊缝横截面形状的符号，近似于焊缝横截面形状，见符号，近似于焊缝横截面形状，见表表。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2.2.基本符号基本符号 见续表见续表。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3.3.辅助符号辅助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。

9、需要确切地说明焊缝的表面形状时，可不用。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.补充符号补充符号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，见下的符号，见下表表。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5.5.焊缝的尺寸符号焊缝的尺寸符号焊缝尺寸符号见下焊缝尺寸符号见下表表。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焊缝符号及标注6.6.指引线指引线(1)(1)箭头线和两条基准线箭头线和两条基准线( (细实线，虚

10、线细实线，虚线) )组成。组成。(2)(2)箭头线用细实线绘制，箭头指向有关焊缝处。箭头线用细实线绘制，箭头指向有关焊缝处。(3)(3)需要时，焊接方法可标在尾部。需要时，焊接方法可标在尾部。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缝符号及标注/ /6.6.指引线指引线(4)(4)焊缝、符号和指引线位置焊缝、符号和指引线位置若焊缝在箭头侧，则将基本符号标在基准线的若焊缝在箭头侧，则将基本符号标在基准线的细实线一侧，细实线一侧，图图a a。若焊缝不在箭头侧，则将基本符号标在基准线若焊缝不在箭头侧，则将基本符号标在基准线的虚线一侧，的虚线一侧，图图b b。标注对

11、称及双面焊缝时，可不画虚线，标注对称及双面焊缝时，可不画虚线，图图c c。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缝符号及标注7.7.常用焊缝尺寸标注法常用焊缝尺寸标注法(1)(1)焊缝横截面上的尺寸，标在基本符号左侧。焊缝横截面上的尺寸，标在基本符号左侧。(2)(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)(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 b标在标在基本符号的上侧或下侧。基本符号的上侧或下侧。(4)(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)(

12、5)当数据较多时，可在数据前增加尺寸符号。当数据较多时，可在数据前增加尺寸符号。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缝符号及标注8.8.焊缝尺寸标注示例焊缝尺寸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缝符号及标注9.9.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

13、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1.1.接头型式接头型式 常见焊接接头有对接接头、常见焊接接头有对接接头、T T形接头、角接接形接头、角接接头和搭接接头等四种，如图所示。头和搭接接头等四种，如图所示。 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。对接接头对接接头 T T形接头形接头 角接接头角接接头 搭接接头搭接接头西安交通大学能源与动力

14、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2.2.对接接头对接接头(1)(1)对接接头特点对接接头特点对接接头容易保证焊透对接接头容易保证焊透, ,接头质量高接头质量高; ; 应力分布均匀受力情况好应力分布均匀受力情况好; ;静载和动载都具有很高连接强度静载和动载都具有很高连接强度但是但是: :对焊前准备和接头装配要求较高。对焊前准备和接头装配要求较高。焊缝余高焊缝与母材过渡处易引起应力集中。焊缝余高焊缝与母材过渡处易引起应力集中。锅筒和重要压力容器上的对接焊缝一般要求将锅筒和重要压力容器上的对接焊缝一

15、般要求将焊缝余高打磨平整或喷丸后出厂。焊缝余高打磨平整或喷丸后出厂。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2.2.对接接头对接接头(2)(2)坡口形式坡口形式一般情况，手工电弧焊焊接一般情况，手工电弧焊焊接6 6mmmm以下焊件和自以下焊件和自动焊焊接动焊焊接1414mmmm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

16、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。焊件的变形。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 V形、形、V V形坡口、形坡口、U U形坡口形坡口、单边、单边U U形、形、K K形坡口、形坡口、X X形坡口、形坡口、U U形形V V形混合形混合坡口和双坡口和双U 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2.2.对接接头对接接头/(2)/(2)坡口形式坡口形式坡口、钝边和间隙尺寸配合好，可保证焊透，坡口、钝边

17、和间隙尺寸配合好，可保证焊透，也可避免烧穿、未焊透等缺陷。也可避免烧穿、未焊透等缺陷。坡口型式选择坡口型式选择，主要根据被焊工件厚度、焊后，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、焊条消应力变形大小、坡口加工的难易程度、焊条消耗量以及焊接工艺等各方面因素来考虑。耗量以及焊接工艺等各方面因素来考虑。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2.2.对接接头对接接头(2)(2)坡口形式坡口形式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变化，会造成应力集中，如焊缝两边钢板中心线不一致

18、，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3.T T形接头形接头(1)(1)根据工件厚度不同，将两块钢板互成直角连接根据工件厚度不同，将两块钢板互成直角连接在一起的焊缝接头在一起的焊缝接头称为称为T T形接头形接头。(2)(2)锅炉、压力容器插入式管接头、管板和锅壳、锅炉、压力容器插入式管接头、管板和锅壳、人孔圈和筒体焊接属于此类。人孔圈和筒体焊接属于此类。(3)(

19、3)适于空间类焊件，具有较高强度，如船体结构适于空间类焊件，具有较高强度，如船体结构中约中约7070的焊缝采用了的焊缝采用了T T形接头。形接头。 (4)(4)可分不开坡口、单边可分不开坡口、单边V V形、双边形、双边V V形及形及K K形坡口，形坡口，可用单面或双面焊。可用单面或双面焊。 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未开坡口坡口T T形接头形接头开坡口开坡口T 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焊接接头及坡口型式3.T T形接头形接头 对不开坡口的对不开坡口的T T形接头，应尽量避免采用单面形接头，

20、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未焊角焊缝，因为，该种接头的根部有很深的未焊透缺口，且此种焊缝不能承受反方向的力矩。透缺口，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焊接接头及坡口型式4.角接接头角接接头(1)(1)根据工件厚度不同，将两块钢板互成直角沿根据工件厚度不同，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。边沿连接在一起的焊缝接头称为角接接头。 (2)(2)通常只起连接作用，只用来传递工作载荷。通常只起连接作用，只用来传递工作载荷。 西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学能源与

21、动力工程学院焊接接头及坡口型式焊接接头及坡口型式4.4.角接接头角接接头 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焊接接头及坡口型式5.5.搭接搭接接头接头 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 焊

22、接是一种复杂的加工工艺，焊接之前需要进焊接是一种复杂的加工工艺，焊接之前需要进行一系列准备工作，其中最重要的技术准备。行一系列准备工作，其中最重要的技术准备。(1)(1)人员准备人员准备 焊接工人及操作技能焊接工人及操作技能(2)(2)物质准备物质准备 原材料原材料 焊接材料焊接材料 焊接设备焊接设备(3)(3)技术准备技术准备主要介绍焊接前技术准备主要介绍焊接前技术准备 制定焊接工艺制定焊接工艺金属焊接性试验金属焊接性试验 验证焊接工艺验证焊接工艺焊接工艺评定试验焊接工艺评定试验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

23、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按试验者与研究对象的关系分类按试验者与研究对象的关系分类 间接试验：以推理或模拟为主要特征；间接试验：以推理或模拟为主要特征； 直接试验：以焊接试件为主要特征。直接试验：以焊接试件为主要特征。(2)(2)按照金属焊接性的内涵分类按照金属焊接性的内涵分类 工艺焊接性试验：评定结合性能；工艺焊接性试验：评定结合性能； 使用焊接性试验：评定使用性能。使用焊接性试验：评定使用性能。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 4.4.2 焊接工艺评定焊

24、接工艺评定验证焊接工艺验证焊接工艺1.1.概念概念: :焊接工艺评定焊接工艺评定是按采用焊接工艺在接近实是按采用焊接工艺在接近实际生产条件下焊制模拟产品试板，并从焊成试际生产条件下焊制模拟产品试板，并从焊成试板中按产品技术条件截取拉力、弯曲和冲击韧板中按产品技术条件截取拉力、弯曲和冲击韧性试样，并将焊接条件变化是否影响接头力学性试样，并将焊接条件变化是否影响接头力学性能作为是否需要重新评定焊接工艺的判断准性能作为是否需要重新评定焊接工艺的判断准则，如果所有试样的检验结果全部符合技术要则，如果所有试样的检验结果全部符合技术要求，则证明所编制的焊接工艺是可行的，可根求，则证明所编制的焊接工艺是可行

25、的，可根据工艺评定报告拟定正式的焊接工艺细则卡。据工艺评定报告拟定正式的焊接工艺细则卡。 锅炉压力容器焊接工艺内容广泛，任何一种焊锅炉压力容器焊接工艺内容广泛，任何一种焊接工艺要素改变都会对接头性能产生影响，对接工艺要素改变都会对接头性能产生影响，对将用于生产的每项焊接工艺应作相应评定。将用于生产的每项焊接工艺应作相应评定。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 4.4.2 焊接工艺评定焊接工艺评定2.2.焊接工艺评定的目的焊接工艺评定的目的 焊接工艺评定用以评定施焊单位是否有能力焊焊接工艺评定用以评定施焊单位是否有能力焊出符合规程和产品技术条件所要求的焊接接头

26、出符合规程和产品技术条件所要求的焊接接头，验证施焊单位的焊接工艺指导书是否合适。，验证施焊单位的焊接工艺指导书是否合适。3.3.焊接工艺评定特点和程序焊接工艺评定特点和程序 焊接工艺评定是在焊接性试验基础上进行的生焊接工艺评定是在焊接性试验基础上进行的生产前工艺验证试验。应在制定焊接工艺指导书产前工艺验证试验。应在制定焊接工艺指导书以后，焊接产品以前进行。以后，焊接产品以前进行。 焊接产品焊接前，焊接单位应按规定对焊接接焊接产品焊接前，焊接单位应按规定对焊接接头进行焊接工艺评定。头进行焊接工艺评定。 可按以下三个程序进行：可按以下三个程序进行：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

27、力工程学院4.4.2 4.4.2 焊接工艺评定焊接工艺评定3.3.焊接工艺评定特点和程序焊接工艺评定特点和程序(1)(1)由具有专业知识和实践经验焊接工艺人员，由具有专业知识和实践经验焊接工艺人员，根据根据钢材焊接性能试验钢材焊接性能试验，结合产品特点、工艺，结合产品特点、工艺条件来拟定，内容包括焊接工艺重要因素、补条件来拟定，内容包括焊接工艺重要因素、补加因素和次要因素，拟定加因素和次要因素，拟定焊接工艺指导书焊接工艺指导书。(2)(2)按照焊接工艺指导书和标准规定来按照焊接工艺指导书和标准规定来施焊试件施焊试件，检验及测定试样性能，填写焊接工艺评定报，检验及测定试样性能，填写焊接工艺评定报

28、告。如果评定不合格，应告。如果评定不合格，应修改焊接工艺指导书修改焊接工艺指导书继续评定，直到评定合格。继续评定，直到评定合格。(3)(3)经评定合格的焊接工艺指导书可直接用于生经评定合格的焊接工艺指导书可直接用于生产，也可以根据焊接工艺指导书、焊接工艺评产，也可以根据焊接工艺指导书、焊接工艺评定报告结合实际生产条件，定报告结合实际生产条件，编制焊接工艺卡编制焊接工艺卡，用于用于产品施焊产品施焊。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性试验焊接性试验 焊接工艺指导书焊接工艺指导书焊接试板焊接试板 焊接工艺评定焊接工艺评定 焊接工艺细则卡焊接工艺细则卡 焊接产品焊接产品

29、制定制定验证验证应用应用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 4.4.2 焊接工艺评定焊接工艺评定4.4.焊接工艺评定试验焊接工艺评定试验(1)(1)由施焊单位的熟练焊工进行试件焊接；由施焊单位的熟练焊工进行试件焊接；(2)(2)焊接工艺评定试板应具有足够的尺寸焊接工艺评定试板应具有足够的尺寸; ; SMAWSMAW和气保焊，至少为和气保焊，至少为300300mmmm500mm500mm； 埋弧焊，埋弧焊，400400600600，电渣焊电渣焊500500800800。(3)(3)试板焊完后，应按焊接工艺指导书规定焊接试板焊完后，应按焊接工艺指导书规定焊接工艺

30、试件，然后对工艺试件进行外观、无损探工艺试件，然后对工艺试件进行外观、无损探伤、力学性能和金相等检验。伤、力学性能和金相等检验。(4)(4)试件检验合格后，加工拉力、弯曲和冲击试试件检验合格后，加工拉力、弯曲和冲击试样样( (图图) )，试样尺寸按相应国家标准规定制作。试样尺寸按相应国家标准规定制作。(5)(5)试验结果应符合产品技术条件要求。试验结果应符合产品技术条件要求。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对接焊缝板状试件切取试样部件图对接焊缝板状试件切取试样部件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角接焊缝管板试件切取宏观试样示意图角接焊缝

31、管板试件切取宏观试样示意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。 焊接生产以焊接工艺细则卡来规定焊接工艺的要焊接生产以焊接工艺细则卡来规定焊接工艺的要素。焊接工艺细则卡的编制依据是相应的焊接工素。焊接工艺细则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，焊接设备，焊接材料，坡口加工，焊前准备，焊接设备，焊接材料，坡口加工，清洗，装配；清洗，装配； 焊接方法选择；焊接方法选择； 焊接工艺规范参数，预热、电参数

32、、后处理；焊接工艺规范参数，预热、电参数、后处理； 焊接操作技术；焊接操作技术； 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4.5.1 焊前准备焊前准备1.1.坡口加工坡口加工(1)(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生产率高，加工方便，边缘平直，但不能剪切生产率高，加工方便，边缘平直，但不能剪切厚板，不能加工有角度坡口，一般适用于厚板，不能加工有角度坡口，一般适用于2525mmmm以下板厚。以下板厚。(2)(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用刨床或刨边机加工 直边坡口，加工质量直边坡口，加工质量 好，坡口平直

33、，精度高。好，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4.5.1 焊前准备焊前准备/ /1.1.坡口加工坡口加工(3)(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 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。 移动式管子坡口机移动式管子坡口机 便携

34、式管道坡口机便携式管道坡口机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氧乙炔切割加工坡口氧乙炔切割加工坡口4.5.1 焊前准备焊前准备/ /1.1.坡口加工坡口加工(4)(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 V形、形、X X形、单边形、单边V V形、形、K K形等坡口，更适合厚钢板的切割，生产形等坡口，更适合厚钢板的切割，生产率高。气割有手工、半自动和自动率高。气割有手工、半自动和自动，可同时安可同时安装二三把割炬，能将装二三把割炬，能将V V形、形、X X形坡口一次切成形坡口一次切成)

35、)。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交通大学能源与动力工程学院4.5.1 焊前准备焊前准备1.1.坡口加工坡口加工(5)(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声严重。这种方法已日益被碳弧气刨所代替。代替。(6)(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，劳动强度小碳弧气刨效率比风铲高，劳动强度小特别在开特别在开u u形坡口时更为显著，正在逐渐形坡口时更为显著，正在逐渐取代风铲。缺点是要用直流电源，刨割取代风铲。缺

36、点是要用直流电源，刨割时烟雾大，要采取排烟措施。时烟雾大，要采取排烟措施。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4.5.1 焊前准备焊前准备2.2.坡口清洗坡口清洗(1)(1)坡口两侧的内、外表面必须清除锈斑、氧化坡口两侧的内、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膜和油垢等污染，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)(2)手工电弧焊清理宽度为手工电弧焊清理宽度为2020mmmm范围；埋弧自动范围；埋弧自动焊为焊为3030mmmm；电渣焊为；电渣焊为4040mmmm。(3)(3)焊接过程中不发生冶金反应的焊接方法焊接过程中不

37、发生冶金反应的焊接方法, ,如如TIGTIG焊，焊，MIGMIG焊，焊，PAWPAW焊等，更应重视。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4.5.1 焊前准备焊前准备3.3.坡口装配坡口装配(1)(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 A，B B类类焊缝对口错边量应符合下表规定。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

38、院4.5.2 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，焊焊接工艺规范参数包括焊前的预热温度，焊接电参数接电参数( (电流、电压、电流种类、频率、焊电流、电压、电流种类、频率、焊接和送丝速度等接和送丝速度等) )，后热温度和保温时间，消，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氢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，还应包括气力处理制度等。在气体保护焊中，还应包括气体种类、混合比和流量等。体种类、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 焊前预热的作用：焊前预热的作用：降低焊接热影响区的冷却速度

39、，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；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4.5.2 焊接工艺规范参数焊接工艺规范参数减小焊接区的温度梯度，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；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

40、应力峰值；延长焊接区延长焊接区l00l00以上停留时间，利于焊缝金以上停留时间，利于焊缝金属中氢逸出，降低氢致裂纹危险。属中氢逸出，降低氢致裂纹危险。 对于结构简单的焊件，可按对于结构简单的焊件，可按表表4 47 7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4.5.2 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

41、主要是焊接电压和焊接电流。(2)(2)采用脉冲电流焊接时，电参数还包括电流的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、基本电流和峰值电流值。基本电流和峰值电流值。(3)(3)焊接规范参数的选择原则首先是保证接头的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，同时还熔透、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应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求，因而在选择电参数时要 考虑焊接热输入考虑焊接热输入量对接头性能的影响。手工电弧焊量对接头性能的影响。手工电弧焊 焊条直径焊条直径选择

42、及相应的焊接电流范围见表选择及相应的焊接电流范围见表4-8.4-8.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安交通大学能源与动力工程学院4.5.2 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150150250250，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300300400400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

43、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，保温条焊缝加热到上述温度，保温2 24 4h h后空冷。后空冷。4 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)(1)水调质处理，即水淬火加回火处理。水调质处理，即水淬火加回火处理。淬火后回火处理温度对焊接接头的性能有很大淬火后回火处理温度对焊接接头的性能有很大影响。回火温度应在在影响。回火温度应在在A AC3C3以上以上5050100100。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4.5.2 焊接工艺规范参数焊接工艺规范参数4 4焊后热处理焊后热

44、处理 对一种钢材最适用的回火温度范围可通过预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。先的回火处理试验来确定。(2)(2)正火或正火加回火：正火或正火加回火：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A AC3C3以上以上30305050。 过过高的正火温度会导致晶粒的长大，高

45、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1 12 2min/minmin/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4.5.2 焊接工艺规范参数焊接工艺规范参数4 4焊后热处理焊后热处理(3)(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。必须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；

46、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；析出焊接区域有害气体，防止延迟裂纹；析出焊接区域有害气体，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。提高耐疲劳强度。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1.1.概念概念: :在焊接过程中，焊件中产生随时间而变在焊接过程中，焊件中产生随时间而变化的变形和内应力分别称为化的变形和内应力分别称为焊接瞬时变形焊接瞬时变形和和瞬瞬时应力时应力。焊后温度冷却至室温时留存于焊件中。焊后温度冷却至室温时留存于焊件中的变形和应力分

47、别称为的变形和应力分别称为焊接残余变形焊接残余变形和和焊接残焊接残余应力余应力( ( 。 沿焊缝的纵向裂开沿焊缝的纵向裂开 船体结构焊接变形船体结构焊接变形 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010TTLLT4.6 4.6 焊接应力和变形焊接应力和变形4.6.1 4.6.1 焊接应力和变形概念焊接应力和变形概念2.2.自由变形自由变形: :焊接过程是一个不均匀加热和冷却焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程。在施焊时，焊件上产生不均匀的温度的过程。在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝及其附近温度最高，可达场，焊缝及其附近温度最高，可达16001600以上以上，而邻近

48、区域温度则急剧下降。，而邻近区域温度则急剧下降。 热胀冷缩没有受到阻碍的自由变形量热胀冷缩没有受到阻碍的自由变形量: : 单位长度的自由变形量单位长度的自由变形量: :0LLTT01TT 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4.6.2 4.6.2 焊接应力和变形产生的原因焊接应力和变形产生的原因1.1.焊接加热时焊接加热时 焊缝区不均匀加热和冷却是产生焊接应力和焊缝区不均匀加热和冷却是产生焊接应力和变形的根本原因。变形的根本原因。焊接时，局部加热使焊件金焊接时，局部加热使焊件金属受热膨胀，应该产生属受热膨胀，应该产生abcdeabcde的伸长变形。的伸长变形。 但钢板是

49、一个整体，伸长不能自由地实现，但钢板是一个整体，伸长不能自由地实现，只能比较均衡地伸长只能比较均衡地伸长。此时，焊缝中心两此时，焊缝中心两侧受拉应力作用，而焊缝中心受压应力，当压侧受拉应力作用，而焊缝中心受压应力，当压应力超过屈服强度时，将产生压缩塑性变形。应力超过屈服强度时，将产生压缩塑性变形。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4.6.2 4.6.2 焊接应力和变形产生的原因焊接应力和变形产生的原因2.2.焊接冷却后：焊接冷却后：因焊缝中心已经受到过压缩变形因焊缝中心已经受到过压缩变形，冷却后的尺寸比原来尺寸短，焊缝两侧只发，冷却后的尺寸比原来尺寸短，焊缝两侧只发生

50、弹性变形的金属应恢复原长度，焊件端面应生弹性变形的金属应恢复原长度，焊件端面应产生产生lmnop的形状，但焊件是整体，各部位变的形状，但焊件是整体，各部位变形相互牵制，因此，焊缝两侧的金属就阻碍中形相互牵制，因此，焊缝两侧的金属就阻碍中间区域缩短，间区域缩短，焊缝中心产生拉应力，在两侧金焊缝中心产生拉应力，在两侧金属中则存在压应力，应力处于平衡状态。平板属中则存在压应力，应力处于平衡状态。平板对接焊后比焊前缩短了对接焊后比焊前缩短了。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4.6.3 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 焊接应力可分为热应力、拘束应

51、力、相变应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力和焊接残余应力，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s s。1. 1. 焊接应力的分类焊接应力的分类 (1)(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)(2)横向应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构横向应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力件表面的应力; ;(3)(3)厚度方向应力：垂直于焊缝长度方向且垂直厚度方向应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于

52、构件表面的应力。于构件表面的应力。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 4.6.3 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. 2. 焊接残余应力的分布焊接残余应力的分布(1)(1)焊缝纵向应力焊缝纵向应力x 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 x；把垂；把垂直于焊缝纵向的应力称为横向应力直于焊缝纵向的应力称为横向应力y y 。焊缝。焊缝及其附近的压缩塑性变形区内及其附近的压缩塑性变形区内x x的为拉应力的为拉应力，其值一般可达材料的屈服强度。，其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

53、源与动力工程学院2. 2. 焊接残余应力的分布焊接残余应力的分布(2)(2)焊缝焊缝横向应力：图为一定长度平板焊缝中横横向应力：图为一定长度平板焊缝中横向应力向应力y y的分布。焊缝及其附近的压缩塑性的分布。焊缝及其附近的压缩塑性变形区内变形区内y y为拉应力，两端为压应力，离开为拉应力，两端为压应力，离开焊缝中心越远，焊缝中心越远，y y迅速衰减。迅速衰减。 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2. 2. 焊接残余应力的分布焊接残余应力的分布( (3)3)厚度方向应力：厚度方向应力：厚板焊接结构中除了纵向应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

54、。力和横向应力外，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。而多板厚的增加而增加，但在表面为压应力。而多层焊时，与此相反（图）。层焊时，与此相反（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4.6.3 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. 3. 焊接残余应力的影响焊接残余应力的影响 (1)(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

55、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)(2)对构件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)(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

56、与动力工程学院西安交通大学能源与动力工程学院4.6.3 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. 3. 焊接残余应力的影响焊接残余应力的影响 (4)(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)(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 K KI I时，残余应力时，残余应力r r用拉应力的当量值用拉应力的当量值3 3 来考来考虑残余应力对裂纹扩展的贡献，即：虑残余应力对裂纹扩展的贡献，即： 3 3

57、= = r rr r 其中其中r 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、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. 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 从从设计设计和和焊接工艺焊接工艺两方面减少焊接残余应力两方面减少焊接残余应力(1)(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

58、，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 尽可能避免交叉，以免出现三向复杂应力。尽可能避免交叉，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4.6.3 焊接残余应力的分布、影响和消除焊接残余应力的分布、影

59、响和消除4. 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)(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)(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

60、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4.6.4 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 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，就会影响工件使用。允许值，就会影响工件使用。 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