金属工艺学焊接

1、 焊接接头的不完整性称焊接缺陷。主要有焊接接头的不完整性称焊接缺陷。主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷等陷等。4.5 4.5 焊接缺陷与检验焊接缺陷与检验 4.5.1 4.5.1 焊接裂纹焊接裂纹1 1、热裂纹、热裂纹 热裂纹的特征热裂纹的特征 热裂纹可发生在焊缝区或热热裂纹可发生在焊缝区或热影响区。影响区。 热裂纹的微观特征是沿晶界热裂纹的微观特征是沿晶界开裂，所以又称晶间裂纹。因开裂，所以又称晶间裂纹。因热裂纹在高温下形成，所以有热裂纹在高温下形成，所以有氧化色彩。氧化色彩。热裂纹动画仿真热裂纹动画仿真 热裂纹产生的原因热裂纹产生的原因

2、: : 晶间存在液态薄膜。晶间存在液态薄膜。 接头中存在拉应力。接头中存在拉应力。 热裂纹的防止热裂纹的防止: : 限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，如硫和磷含量。限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，如硫和磷含量。FeFe和和FeSFeS易形成低熔点共晶，其熔点为易形成低熔点共晶，其熔点为988988，很容易产，很容易产生热裂纹。生热裂纹。 缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性减少偏析。高塑性减少偏析。 减少焊接应力的工艺措施，如采用小线能量，焊前预热，减少焊接应力的工艺措施，如采用小线能量，焊前预热，合理的焊缝布置等合理的焊缝布

3、置等。2 2、冷裂纹、冷裂纹 冷裂纹的形态和特征冷裂纹的形态和特征 焊缝区和热影响区都可焊缝区和热影响区都可能产生能产生冷裂纹冷裂纹。冷裂纹的特。冷裂纹的特征是无分支，通常为穿晶型。征是无分支，通常为穿晶型。冷裂纹无氧化色彩。冷裂纹无氧化色彩。 最常见的冷裂纹是最常见的冷裂纹是延迟延迟裂纹裂纹，即在焊后延迟一段时，即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹。间才发生的裂纹。冷裂纹动画仿真冷裂纹动画仿真 延迟裂纹的产生原因延迟裂纹的产生原因: : 焊接接头焊接接头( (焊缝和热影响区及熔合区焊缝和热影响区及熔合区) )的淬火倾向严重，产生的淬火倾向严重，产生淬火组织，导致接头性能脆化。淬火组织，导致接头性

4、能脆化。 焊接接头含氢量较高，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，焊接接头含氢量较高，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力，使接头脆化。造成非常大的局部压力，使接头脆化。 存在较大的拉应力。因氢的扩散需要时间，所以冷裂纹在焊存在较大的拉应力。因氢的扩散需要时间，所以冷裂纹在焊后需延迟一段时间才出现。由于是氢所诱发的，也叫氢致裂后需延迟一段时间才出现。由于是氢所诱发的，也叫氢致裂纹。纹。 防止延迟裂纹的措施防止延迟裂纹的措施: : 选用碱性焊条或焊剂，减少焊缝金属中氢的含量，提高焊缝金属选用碱性焊条或焊剂，减少焊缝金属中氢的含量，提高焊缝金属塑性。塑性。 焊条焊剂要烘干，焊缝坡口

5、及附近母材要去油水；除锈，减少氢焊条焊剂要烘干，焊缝坡口及附近母材要去油水；除锈，减少氢的来源。的来源。 工件焊前预热，焊后缓冷，可降低焊后冷却速度，避免产生淬硬工件焊前预热，焊后缓冷，可降低焊后冷却速度，避免产生淬硬组织，并可减少焊接残余应力。组织，并可减少焊接残余应力。 采取减小焊接应力的工艺措施，如对称焊，小线能量的多层多道采取减小焊接应力的工艺措施，如对称焊，小线能量的多层多道焊等。焊等。 焊后立即进行去氢（后热）处理，加热到焊后立即进行去氢（后热）处理，加热到250250，保温，保温2 26h6h，使，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面。焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面。 焊后进行清除应

6、力的退火处理。焊后进行清除应力的退火处理。4.5.2 4.5.2 气孔气孔焊缝气孔有三种：焊缝气孔有三种： 氢气孔氢气孔 高温时，氢在液体中的溶解度很大，大量的氢溶入焊高温时，氢在液体中的溶解度很大，大量的氢溶入焊缝熔池中，而焊缝熔池在热源离开后快速冷却，氢的溶解缝熔池中，而焊缝熔池在热源离开后快速冷却，氢的溶解度急速下降，析出氢气，产生氢气孔。度急速下降，析出氢气，产生氢气孔。 一氧化碳气孔一氧化碳气孔 当熔池氧化严重时，熔池存在较多的当熔池氧化严重时，熔池存在较多的FeOFeO，在熔池温度，在熔池温度下降时，将发生如下反应：下降时，将发生如下反应： FeO+C = Fe+COFeO+C =

7、 Fe+CO 此时，若熔池已开始结晶，则此时，若熔池已开始结晶，则COCO将来不及逸出，便产生将来不及逸出，便产生COCO气孔。熔池氧化愈严重，含碳量愈高，越易产生气孔。熔池氧化愈严重，含碳量愈高，越易产生COCO气孔。气孔。氮、氢的溶解度变化氮、氢的溶解度变化 氮气孔氮气孔 熔池保护不好时，空气中的氮溶入熔池熔池保护不好时，空气中的氮溶入熔池而产生。而产生。 防止气孔的方法：防止气孔的方法： 焊条、焊剂要烘干，焊丝和焊缝坡口及其两侧的焊条、焊剂要烘干，焊丝和焊缝坡口及其两侧的母材要清除锈、油和水。母材要清除锈、油和水。 焊接时采用短弧焊，采用碱性焊条。焊接时采用短弧焊，采用碱性焊条。CO2C

8、O2焊时，采焊时，采用药芯焊丝。用药芯焊丝。 采用低碳材料都可减少和防止气孔的产生。采用低碳材料都可减少和防止气孔的产生。4.5.3 焊焊 接接 检检 验验 焊接检验过程焊接检验过程 焊接质量检验是焊接结构生产过程的重要组成部分。焊接质量检验是焊接结构生产过程的重要组成部分。焊接质量检验应包括焊前检验、焊接生产中的检验和焊后成品检焊接质量检验应包括焊前检验、焊接生产中的检验和焊后成品检验。验。焊前检验是防止缺陷产生的必要条件，主要指焊接原材料检验、焊前检验是防止缺陷产生的必要条件，主要指焊接原材料检验、设计图纸与技术文件的论证检查和焊接工人的培训考核等。设计图纸与技术文件的论证检查和焊接工人的

9、培训考核等。焊接生产中的检验是生产工序之间的检验，以便及时发现问题予焊接生产中的检验是生产工序之间的检验，以便及时发现问题予以补救。通常贯彻自检制，由每个工序的焊工在焊后自己认真进以补救。通常贯彻自检制，由每个工序的焊工在焊后自己认真进行检验，主要是外观检验，合格后打上焊工代号钢印。行检验，主要是外观检验，合格后打上焊工代号钢印。成品检验是焊接产品制成后的最后质量评定检验。成品检验是焊接产品制成后的最后质量评定检验。 外观检验外观检验 用肉眼或低倍数（小于用肉眼或低倍数（小于20倍）放大镜检查焊缝区有否可见的缺陷，倍）放大镜检查焊缝区有否可见的缺陷，如表面气孔、咬边、未焊透、裂缝等，并检查焊缝

10、外形及尺寸是否合如表面气孔、咬边、未焊透、裂缝等，并检查焊缝外形及尺寸是否合乎要求。外观检验合格以后，才能进行下一步的其它方法检验。乎要求。外观检验合格以后，才能进行下一步的其它方法检验。 无损检验无损检验 1磁粉检验磁粉检验 磁粉检验原理是在工件上外加一磁场，当磁力线通过完磁粉检验原理是在工件上外加一磁场，当磁力线通过完好的焊件时，它是直线进行的。当有缺陷存在时，磁力线好的焊件时，它是直线进行的。当有缺陷存在时，磁力线就会发生扰乱。就会发生扰乱。 2着色检验着色检验 涂上白色的显示剂，借助毛细管作用，缺陷处的红色渗涂上白色的显示剂，借助毛细管作用，缺陷处的红色渗透剂即显示出来，可用透剂即显示

11、出来，可用410倍放大镜形象地看出缺陷位倍放大镜形象地看出缺陷位置与形状。置与形状。磁粉检验工艺过程磁粉检验工艺过程着色检验工艺过程着色检验工艺过程超声波检验超声波检验超声波的频率在超声波的频率在20000Hz以上，具有能透入金属材以上，具有能透入金属材料深处的特性，而且由一料深处的特性，而且由一种介质进入另一种介质截种介质进入另一种介质截面时，在界面发生反射波，面时，在界面发生反射波，因此检测焊件时，在荧光因此检测焊件时，在荧光屏上可看到始波和底波屏上可看到始波和底波（如（如12-41图）。图）。X X射线和射线和射线检验射线检验X射线（如图）和射线（如图）和射线都是电磁波，都能不同程度地透

12、过金属。相射线都是电磁波，都能不同程度地透过金属。相应部位的底片感光较强，底片冲出后，就在缺陷部位上显示出明显应部位的底片感光较强，底片冲出后，就在缺陷部位上显示出明显可见的黑色条纹和斑点，如图可见的黑色条纹和斑点，如图12-42所示所示。无损检验工艺过程无损检验工艺过程 机械性能试验机械性能试验 这种试验是为了评定焊接接头或焊缝金属的机械性能，主要用于这种试验是为了评定焊接接头或焊缝金属的机械性能，主要用于研究试制工作（如新钢种的焊接、焊条试制、焊接工艺试验评定研究试制工作（如新钢种的焊接、焊条试制、焊接工艺试验评定和焊工技术考核）。试验件的形状、尺寸与截取方法应按和焊工技术考核）。试验件的

13、形状、尺寸与截取方法应按GB2649-89焊接接头机械性能试验取样法焊接接头机械性能试验取样法执行，试验方法也应该按有执行，试验方法也应该按有关国家标准进行，常做的试验是拉伸试验、冲击试验、弯曲及压关国家标准进行，常做的试验是拉伸试验、冲击试验、弯曲及压扁试验、硬度试验和疲劳试验等。扁试验、硬度试验和疲劳试验等。 密封性检验密封性检验 用于检验常压或受压很低的容器或管道的焊缝致密性，看其是否用于检验常压或受压很低的容器或管道的焊缝致密性，看其是否有穿透性缺陷，常采用以下的方法：有穿透性缺陷，常采用以下的方法：(1)静气压试验静气压试验(2)煤油检验煤油检验(3)水压试验水压试验作业：作业：P1

14、83 3.19, 3.20水压试验过程水压试验过程4.6 4.6 焊接件结构设计焊接件结构设计 4.6.1 4.6.1 焊件材料的选择焊件材料的选择4.6.2 4.6.2 焊接方法的选择焊接方法的选择4.6.3 4.6.3 焊接接头工艺设计焊接接头工艺设计4.6.4 4.6.4 典型焊件的工艺设计典型焊件的工艺设计4.6.1 4.6.1 焊接材料的选择焊接材料的选择焊接材料的选择原则：焊接材料的选择原则：尽量选用可焊性好的材料尽量选用可焊性好的材料: : w(Cw(C) )0.25%0.25%的低碳钢或的低碳钢或w(CEw(CE) )0.4%0.4%的低合金钢。因这类钢的低合金钢。因这类钢淬硬

15、倾向小，塑性高，焊接工艺简单。淬硬倾向小，塑性高，焊接工艺简单。 尽量选用镇静钢。镇静钢含气量低，特别是含尽量选用镇静钢。镇静钢含气量低，特别是含H2H2和和O2O2量低，量低，可防止气孔和裂纹等缺陷。可防止气孔和裂纹等缺陷。 异种金属焊接时焊缝应与低强度金属等强度，而工艺应异种金属焊接时焊缝应与低强度金属等强度，而工艺应按高强度金属设计。按高强度金属设计。 尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等型材，以简化工艺过程。尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等型材，以简化工艺过程。生产单件钢结构件生产单件钢结构件1 1板厚在板厚在3 310 mm,10 mm,强度较低，且焊缝较短应选用手弧焊。强度较低，且

16、焊缝较短应选用手弧焊。2 2板厚在板厚在10 mm10 mm以上，焊缝为长直焊缝或环焊缝应选用埋弧焊。以上，焊缝为长直焊缝或环焊缝应选用埋弧焊。3 3板厚小于板厚小于3 mm3 mm，焊缝较短应选用，焊缝较短应选用CO2CO2焊。焊。生产大批量钢结构生产大批量钢结构件件1 1板厚小于板厚小于3 mm,3 mm,无密封要求应选用电阻点焊，有密封要求应选用缝焊。无密封要求应选用电阻点焊，有密封要求应选用缝焊。2 2板厚在板厚在3 310 mm,10 mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用CO2CO2自动焊。自动焊。3 3板厚大于板厚大于10 mm10 mm，焊缝为长直焊

17、缝和环焊缝隙，应选用埋弧焊或电渣焊。，焊缝为长直焊缝和环焊缝隙，应选用埋弧焊或电渣焊。生产不锈钢、铝合金和铜合金结构生产不锈钢、铝合金和铜合金结构件件1 1板厚小于板厚小于3mm, 3mm, 应选用脉冲钨极和钨极氩弧焊。应选用脉冲钨极和钨极氩弧焊。 2 2板厚在板厚在3 310 mm,10 mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用熔化极氩弧或焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用熔化极氩弧或等离子弧自动焊。等离子弧自动焊。4.6.2 4.6.2 焊接方法的选择焊接方法的选择焊缝的布置焊缝的布置 1 1焊缝应尽可能分散，如焊缝应尽可能分散，如右图。以便减小焊接热影响右图。以便减小焊接热影响区，防止粗大组织的

18、出现。区，防止粗大组织的出现。 2 2焊缝的位置应尽可能对焊缝的位置应尽可能对称分布，如右图，以抵消称分布，如右图，以抵消焊接变形。焊接变形。4.6.3 4.6.3 焊接接头工艺的设计焊接接头工艺的设计 3 3焊缝应尽可能避开最大焊缝应尽可能避开最大应力和应力集中的位置，应力和应力集中的位置，如右图。以防止焊接应力如右图。以防止焊接应力与外加应力相互叠加，造与外加应力相互叠加，造成过大的应力和开裂。成过大的应力和开裂。 4 4焊缝应尽量避开机械加焊缝应尽量避开机械加工表面，如右图，以防止工表面，如右图，以防止破坏已加工面。破坏已加工面。 5 5应便于焊接操作，如下图。焊缝位置应使焊应便于焊接操

19、作，如下图。焊缝位置应使焊条易到位，焊剂易保持，电极易安放。条易到位，焊剂易保持，电极易安放。焊缝的布置焊缝的布置焊缝的布置焊缝的布置接头型式的选择与设计接头型式的选择与设计 接头型式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、接头型式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度等各焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度等各个方面因素综合考虑决定。个方面因素综合考虑决定。1 1熔焊接头设计熔焊接头设计2 2压焊接头设计压焊接头设计 （1 1）点焊接头设计）点焊接头设计 点焊接头设计包括焊点直径点焊接头设计包括焊点直径d d0 0，焊点数，焊点数n n等等 （2 2

20、）摩擦焊的接头型式）摩擦焊的接头型式 摩擦焊接头的型式，不仅根据产品的设计要求摩擦焊接头的型式，不仅根据产品的设计要求 来确定，同时也要考虑到摩擦焊接工艺的特点。来确定，同时也要考虑到摩擦焊接工艺的特点。1 1熔焊接头设计熔焊接头设计2 2压焊接头设计压焊接头设计 接头型式的设计原则接头型式的设计原则a)在旋转式摩擦焊的两个工件中，至少要有一个工件具有回转断面。在旋转式摩擦焊的两个工件中，至少要有一个工件具有回转断面。b)工件应有较大的刚度，夹紧方便、牢固，要尽量避免采用薄管和工件应有较大的刚度，夹紧方便、牢固，要尽量避免采用薄管和薄板接头。薄板接头。c)尽量使接头的两个焊接断面尺寸相等，防止变形和应力，保证焊尽量使接头的两个焊接断面尺