第3章焊接与切割(第1节)

1、第三章第三章 焊接与切割焊接与切割 返回返回 焊接焊接是现代制造技术中重要的金属连接技是现代制造技术中重要的金属连接技术。焊接成形技术的本质在于：是利用加热或加术。焊接成形技术的本质在于：是利用加热或加压（或者加热和加压），使分离的两部分金属靠压（或者加热和加压），使分离的两部分金属靠得足够近，原子互相扩散，形成原子间的结合的得足够近，原子互相扩散，形成原子间的结合的连接方法。连接方法。 在机械制造、建筑、车辆、石油化工、原子在机械制造、建筑、车辆、石油化工、原子能、航空航天等部门得到广泛运用。能、航空航天等部门得到广泛运用。焊接运用焊接运用 连接方法分类连接方法分类 可拆式连接：螺纹联接、摩

2、擦联接 不可拆式连接：焊接、粘接、铆接焊接的特点焊接的特点：优点：优点：1）连接性能好，密封性好，承压能力高）连接性能好，密封性好，承压能力高 ；2）省料，重量轻，成本低；）省料，重量轻，成本低；3）加工装配工序简单，生产周期短）加工装配工序简单，生产周期短 ；4）易于实现机械化和自动化。）易于实现机械化和自动化。 缺点缺点：1 1）焊接结构是不可拆卸的，要更换修理不便焊接结构是不可拆卸的，要更换修理不便 ；2 2）焊接接头的组织和性能往往要变坏；焊接接头的组织和性能往往要变坏；3 3）要产生焊接残余应力和焊接变形；要产生焊接残余应力和焊接变形； 4 4）会产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹渣、

3、气会产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹渣、气孔等孔等。 焊接方法可分为：焊接方法可分为： 1 1）熔化焊：利用局部加热的方法，把工件的焊熔化焊：利用局部加热的方法，把工件的焊接处加热到熔化状态，形成熔池，然后冷却结晶，接处加热到熔化状态，形成熔池，然后冷却结晶，形成焊缝，将两部分金属连接称为一个整体。形成焊缝，将两部分金属连接称为一个整体。 2）压力焊：在焊接过程中需要加压的一类焊接）压力焊：在焊接过程中需要加压的一类焊接方法。方法。3）钎焊：利用熔点比母材低的填充金属熔化后，）钎焊：利用熔点比母材低的填充金属熔化后，填充接头间隙并与固态的母材相互扩散实现连接填充接头间隙并与固态的母材相互扩散实

4、现连接的一种焊接方法。的一种焊接方法。 熔焊的焊接过程是利用热源先把工件局部加熔焊的焊接过程是利用热源先把工件局部加热到熔化状态，形成熔池，然后随着热源向前移热到熔化状态，形成熔池，然后随着热源向前移去，熔池液体金属冷却结晶，形成焊缝。去，熔池液体金属冷却结晶，形成焊缝。 其焊接过程包括加热过程、冶金过程和结晶其焊接过程包括加热过程、冶金过程和结晶过程。过程。 根据热源的不同可分为气焊根据热源的不同可分为气焊、电弧焊、电渣、电弧焊、电渣焊、激光焊、电子束焊、等离子弧焊等，以下以焊、激光焊、电子束焊、等离子弧焊等，以下以电弧焊为例来分析。电弧焊为例来分析。 第一节第一节 焊接成形基础焊接成形基础

5、一、熔焊的冶金过程一、熔焊的冶金过程（一）焊接电弧（一）焊接电弧1、焊接电弧的产生、焊接电弧的产生 焊接电弧是在焊条与工件之间产生的强烈、焊接电弧是在焊条与工件之间产生的强烈、持久又稳定的气体放电现象。焊接引弧时，焊条持久又稳定的气体放电现象。焊接引弧时，焊条和工件瞬间接触形成短路，强大的电流产生强烈和工件瞬间接触形成短路，强大的电流产生强烈电阻热使接触点熔化甚至蒸发，当焊条提起时，电阻热使接触点熔化甚至蒸发，当焊条提起时，在电场作用下，热的金属发射大量电子，电子碰在电场作用下，热的金属发射大量电子，电子碰撞气体使之电离，正、负离子和电子构成电弧。撞气体使之电离，正、负离子和电子构成电弧。2、

6、焊接电弧的结构、焊接电弧的结构 电弧由阴极区、阳极区和电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成，如图弧柱区三部分组成，如图3-1所所示。示。1）阴极区：）阴极区：电子发射区，热量电子发射区，热量约占约占36%，平均温度，平均温度2400K；2）阳极区：）阳极区：受电子轰击区域，受电子轰击区域，热 量 约 占热 量 约 占 4 3 % ， 平 均 温 度， 平 均 温 度2600K；3）弧柱区：）弧柱区：阴、阳两极间区域，阴、阳两极间区域，几乎等于电弧长度，热量几乎等于电弧长度，热量21%，弧柱中心温度可达弧柱中心温度可达6000-8000K。图图3-1 电弧的结构示意图电弧的结构示意图电弧放电的

7、实质：电弧放电的实质：把电能转换为热能、光能和机械能的能量转换过程。焊接电弧构造及热量、温度分布焊接电弧构造及热量、温度分布 焊接电弧的热量及温度分布焊接电弧的热量及温度分布 温度分布 电弧分区 热量分布 低碳钢电极 碳棒电极 阴极区 38% 2400 3500 弧柱 20% 50008000 60008000 阳极区 42% 2600 4200 电弧的静特性曲线电弧的静特性曲线 电弧是一个非线性的负载。一定长度的电弧在稳定状态下，电弧电压与电弧电流之间的关系，称为焊接电弧的静态伏安特性或静态特性，如图为电弧的静态特性曲线，电弧两端的电压与通过电弧的电流不成正比，所以电弧是非线性负载。 a点：

8、未焊接时的电压称为焊机室载电压(V) ab段：电离度低时，焊接电流增大，电弧电压降低，电弧不稳定； bc段：电离度高，焊接电流增大，电弧电压维持不变(即电流可调，电压不变)，电弧稳定； 过c点：电弧电压随焊接电流增加而增大。 电弧长度增加，曲线上升（如图红线所示）。焊接电弧的稳定性焊接电弧的稳定性 焊接过程中，电弧容易引燃而保持稳定的性能叫做电弧稳定性。 影响电弧稳定的因素：影响电弧稳定的因素： 焊接电源：直流电源电弧稳定性好，交流电源电弧稳定性较差； 焊条类型：酸性焊条电弧稳定性好，碱性焊条电弧稳定性较差。 电弧偏吹：药皮偏心 磁偏吹(不均匀直流磁场引起)（二）焊接冶金过程（二）焊接冶金过程

9、 焊接的冶金过程如图焊接的冶金过程如图3-23-2所示所示, ,母材、焊条受电弧高温作用熔化母材、焊条受电弧高温作用熔化形成金属熔池，进行熔化、氧化、形成金属熔池，进行熔化、氧化、还原、造渣、精炼及合金化等物还原、造渣、精炼及合金化等物理、化学过程。理、化学过程。 金属与氧的作用对焊接质量金属与氧的作用对焊接质量影响最大，氧与多种金属发生氧影响最大，氧与多种金属发生氧化反应。化反应。图图3-2 焊条电弧焊过程焊条电弧焊过程焊缝形成过程焊缝形成过程 电弧在焊接的过程中，不仅作为一个热源加热熔化焊条、焊丝与母材，同时还是一个力源。焊接时在电弧高温的作用下，被焊金属局部熔化，同时电弧中的气体发生等离

10、子体流动，焊条中的化学反应产生气体，这些都产生电弧吹力，在被焊金属上形成了卵形的凹坑，这个凹坑称为熔池。 焊接时焊条倾斜，在电弧吹力作用下，熔池的金属被排向熔池后方，这样电弧就能不断地使深处的被焊金属熔化，达到一定的熔深。 药皮熔化过程中会产生气体和液态熔渣。产生的气体充满在电弧和熔池的周围，起到隔绝空气的作用；液态熔渣浮在液体金属表面，起保护液体金属的作用。熔化的焊条金属向熔池过渡，不断填充焊缝。 能溶解在液态金属中的氧化物（如氧化亚铁），冷凝能溶解在液态金属中的氧化物（如氧化亚铁），冷凝时因溶解度下降而析出，严重影响焊缝质量，时因溶解度下降而析出，严重影响焊缝质量，如图如图3-33-3所所

11、示；而大部分金属氧化物（如硅、锰化合物）不溶于液态示；而大部分金属氧化物（如硅、锰化合物）不溶于液态金属，可随渣浮出，净化熔池，提高焊缝质量。金属，可随渣浮出，净化熔池，提高焊缝质量。 氢易溶入熔池，在焊缝中形成气孔，或聚集在焊缝缺氢易溶入熔池，在焊缝中形成气孔，或聚集在焊缝缺陷处造成氢脆。陷处造成氢脆。图图3-3 氧（氧化亚铁）对低氧（氧化亚铁）对低碳钢机械性能的影响碳钢机械性能的影响图图3-4 氢、氮在铁中的溶氢、氮在铁中的溶解度与温度的关系解度与温度的关系图图3-3 氧（氧化亚铁）对低氧（氧化亚铁）对低碳钢机械性能的影响碳钢机械性能的影响图图3-4 氢、氮在铁中的溶氢、氮在铁中的溶解度与

12、温度的关系解度与温度的关系 其次空气中的氮气在高温时大量溶于液体金属，冷却其次空气中的氮气在高温时大量溶于液体金属，冷却结晶时，氮溶解度下降，结晶时，氮溶解度下降，如图如图3-43-4所示所示；析出的氮在焊缝；析出的氮在焊缝中形成气孔，部分还以针状氮化物（中形成气孔，部分还以针状氮化物（FeFe4 4N N）形式析出；焊）形式析出；焊缝中含氮量提高，使焊缝的强度和硬度增加，塑性和韧性缝中含氮量提高，使焊缝的强度和硬度增加，塑性和韧性剧烈下降。剧烈下降。 焊缝的冶金过程与一般冶金过程比较，具有以焊缝的冶金过程与一般冶金过程比较，具有以下特点：下特点： 1 1）金属熔池体积小，熔池处于液态时间短，

13、）金属熔池体积小，熔池处于液态时间短，冶金反应不充分；冶金反应不充分； 2）熔池温度高，使金属元素强烈的烧损和蒸）熔池温度高，使金属元素强烈的烧损和蒸发，冷却速度快，易产生应力和变形，甚至开裂。发，冷却速度快，易产生应力和变形，甚至开裂。 为保证焊缝质量，可从两方面采取措施：为保证焊缝质量，可从两方面采取措施： 1 1）减少有害元素进入熔池。主要采用机械）减少有害元素进入熔池。主要采用机械保护，如焊条药皮、埋弧焊焊剂、和气体保护焊保护，如焊条药皮、埋弧焊焊剂、和气体保护焊的保护气体（的保护气体（COCO2 2, ,氩气）等）。氩气）等）。 2 2）清除已进入熔池的有害元素，增加合金）清除已进入

14、熔池的有害元素，增加合金元素。如焊条药皮里加合金元素进行脱氧、去氢、元素。如焊条药皮里加合金元素进行脱氧、去氢、去硫、渗合金等。去硫、渗合金等。 （三）焊接热循环（三）焊接热循环 焊接热循环焊接热循环：在焊接加热和：在焊接加热和冷却过程中，焊接接头上某点的冷却过程中，焊接接头上某点的温度随时间变化的过程如图温度随时间变化的过程如图3-53-5所示。不同点，其热循环是不同，所示。不同点，其热循环是不同，即最高加热温度，加热速度和冷即最高加热温度，加热速度和冷却速度均不同。对焊接质量起重却速度均不同。对焊接质量起重要影响的参数有：最高加热温度、要影响的参数有：最高加热温度、在过热温度在过热温度11

15、0011000 0C C以上停留时间以上停留时间和冷却速度等。其特点是加热和和冷却速度等。其特点是加热和冷却速度都很快。对易淬火钢，冷却速度都很快。对易淬火钢，焊后发生空冷淬火，对其它材料，焊后发生空冷淬火，对其它材料，易产生焊接变形、应力及裂纹。易产生焊接变形、应力及裂纹。 图图3-5 焊接热循环曲线焊接热循环曲线 以低碳钢为例，说以低碳钢为例，说明焊接过程造成金属组明焊接过程造成金属组织和性能的变化。如图织和性能的变化。如图3-6所示，受焊接热循环所示，受焊接热循环的影响，焊缝附近的母的影响，焊缝附近的母材组织或性能发生变化材组织或性能发生变化的区域，叫的区域，叫焊接热影响焊接热影响区区，

16、熔化焊焊缝和母材，熔化焊焊缝和母材的交界线叫熔合线，熔的交界线叫熔合线，熔合线两侧有一个很窄的合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡焊缝与热影响区的过渡区，叫区，叫熔合区熔合区。焊接接。焊接接头由头由焊缝区、熔合区和焊缝区、熔合区和热影响区热影响区组成。组成。( (四）焊接接头组织和性能四）焊接接头组织和性能图图4-6 低碳钢焊接接头的组织变化低碳钢焊接接头的组织变化1 1、焊缝区、焊缝区 焊接热源向前移去后，熔焊接热源向前移去后，熔池液体金属迅速冷却结晶，结池液体金属迅速冷却结晶，结晶从熔池底部未熔化的半个晶晶从熔池底部未熔化的半个晶粒开始，垂直熔合线向熔池中粒开始，垂直熔合线向熔池中心生

17、长，呈柱状树枝晶，如图心生长，呈柱状树枝晶，如图3-73-7所示；结晶过程中将在最所示；结晶过程中将在最图图3-7 焊缝的柱状树枝晶焊缝的柱状树枝晶后结晶部位产生成分偏析。同时焊缝组织是从液体金属结晶后结晶部位产生成分偏析。同时焊缝组织是从液体金属结晶的铸态组织，晶粒粗大，成分偏析，组织不致密。但由于熔的铸态组织，晶粒粗大，成分偏析，组织不致密。但由于熔池小，冷却快，化学成分控制严格，碳、硫、磷都较低，并池小，冷却快，化学成分控制严格，碳、硫、磷都较低，并含有一定合金元素，故可使焊缝金属的力学性能不低于母材。含有一定合金元素，故可使焊缝金属的力学性能不低于母材。2 2、熔合区、熔合区：化学成：

18、化学成分不均匀，组织粗分不均匀，组织粗大，往往是粗大的大，往往是粗大的过热组织或粗大的过热组织或粗大的淬硬组织，使强度淬硬组织，使强度下降，塑性、韧性下降，塑性、韧性极差，产生裂纹和极差，产生裂纹和脆性破坏，脆性破坏，性能是性能是焊接接头中最差的焊接接头中最差的。图图3-6 低碳钢焊接接头的组织变化低碳钢焊接接头的组织变化3、热影响区热影响区 ：热影响区各点的最高加热温度不同，其组：热影响区各点的最高加热温度不同，其组织变化也不相同。如图织变化也不相同。如图3-63-6所示，热影响区可分为过热区、所示，热影响区可分为过热区、正火区、部分相变区和再结晶区。正火区、部分相变区和再结晶区。 图图3-

19、6 低碳钢焊接接头的组织变化低碳钢焊接接头的组织变化1 ） 过 热 区 ：） 过 热 区 ： 最 高 加 热 温 度最 高 加 热 温 度11000C以上的区域，晶粒粗大，以上的区域，晶粒粗大，甚至产生过热组织。塑性和韧性甚至产生过热组织。塑性和韧性明显下降，明显下降，是热影响区中机械性是热影响区中机械性能最差的部位。能最差的部位。2 2）正火区：）正火区：最高加热温度从最高加热温度从Ac3至至11000C的区域，焊后空冷得到的区域，焊后空冷得到晶粒较细小的正火组织，机械性晶粒较细小的正火组织，机械性能较好。能较好。3 3）部分相变区：）部分相变区：最高加热温度最高加热温度从从AcAc1 1至

20、至AcAc3 3的区域，只有部分组的区域，只有部分组织发生相变，晶粒不均匀，性能织发生相变，晶粒不均匀，性能较差。较差。 低碳钢焊低碳钢焊接接头的组织、接接头的组织、性能变化如图性能变化如图3-6所示，所示，熔合熔合区和过热区性区和过热区性能最差，能最差，热影热影响区越小越好，响区越小越好，其影响因素有其影响因素有焊接方法、焊焊接方法、焊接规范、接头接规范、接头形式等。形式等。图图3-6 低碳钢焊接接头的组织变化低碳钢焊接接头的组织变化4、影响焊接接头性能的因素影响焊接接头性能的因素 焊接接头的机械性能决定于它的化学成分和组织。焊接接头的机械性能决定于它的化学成分和组织。具体有：具体有：1 1

21、）焊接材料，焊丝和焊剂都要影响焊缝的化学成分；）焊接材料，焊丝和焊剂都要影响焊缝的化学成分；2 2）焊接方法，一方面影响组织粗细，一方面影响有害杂）焊接方法，一方面影响组织粗细，一方面影响有害杂质含量；质含量；3 3）焊接工艺。）焊接工艺。 焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量（如焊接电焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量（如焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称，叫流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称，叫焊接工艺焊接工艺参数参数； 线能量线能量: :指熔化焊时，焊接能源输入给单位长度焊缝上的指熔化焊时，焊接能源输入给单位长度焊缝上的能量。能量。 显然焊接工艺参数，影响显然焊接

22、工艺参数，影响焊接接头输入能量的大小，影焊接接头输入能量的大小，影响焊接热循环，从而影响热影响区的大小和接头组织粗细。响焊接热循环，从而影响热影响区的大小和接头组织粗细。4 4）焊后热处理：如正火，能细化接头组织，改善性能。）焊后热处理：如正火，能细化接头组织，改善性能。5 5）接头形式，工件厚度、施焊环境温度和预热等均会影响）接头形式，工件厚度、施焊环境温度和预热等均会影响焊后冷却速度，从而影响接头的组织和性能。焊后冷却速度，从而影响接头的组织和性能。 1 1、金属焊接性的概念：、金属焊接性的概念： 焊接性是金属材料对焊接加工的适应性，主要指在一焊接性是金属材料对焊接加工的适应性，主要指在一

23、定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。 包括包括工艺焊接性工艺焊接性，即在一定焊接工艺条件下，一定的，即在一定焊接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性；金属形成焊接缺陷的敏感性；使用焊接性使用焊接性，焊接接头对使，焊接接头对使用要求的适应性，包括焊接接头的力学及其他特殊性能。用要求的适应性，包括焊接接头的力学及其他特殊性能。 焊接性能随焊接方法、焊接材料和焊接工艺而变，不焊接性能随焊接方法、焊接材料和焊接工艺而变，不同条件下焊接性能有很大差别。如钛的手工电弧焊接性极同条件下焊接性能有很大差别。如钛的手工电弧焊接性极差，但氩弧焊则好

24、。差，但氩弧焊则好。二、金属的焊接性能二、金属的焊接性能2 2、金属焊接性的间接评价方法、金属焊接性的间接评价方法 碳当量法碳当量法：在粗略估计碳钢和低合金结构钢的焊接性：在粗略估计碳钢和低合金结构钢的焊接性能时，把钢中的合金元素（包括碳）的含量按其对焊接性能时，把钢中的合金元素（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，其总和叫碳当量。其计算影响程度换算成碳的相当含量，其总和叫碳当量。其计算公式如下：公式如下： 1556CuNiVMoCrMncwwwwwwwCE 碳当量越高，焊接性越差。一般当碳当量越高，焊接性越差。一般当CECE0.6%时，冷裂倾向严重，焊接性差，需采时，冷裂倾

25、向严重，焊接性差，需采用较高的预热温度和其他严格的工艺措施。用较高的预热温度和其他严格的工艺措施。 值得注意的是钢材的焊接性还受结构刚度、焊后应力值得注意的是钢材的焊接性还受结构刚度、焊后应力条件、环境温度的影响；故应根据具体情况进行抗裂试验条件、环境温度的影响；故应根据具体情况进行抗裂试验及使用焊接性试验。及使用焊接性试验。 1 1、焊接应力与变形产生的原因、焊接应力与变形产生的原因 焊件在焊接过程中受到局部加焊件在焊接过程中受到局部加热和冷却是产生焊接应力和变形的热和冷却是产生焊接应力和变形的主要原因。图主要原因。图3-9是低碳钢平板对接是低碳钢平板对接焊时产生应力和变形的示意图。焊时产生

26、应力和变形的示意图。 平板焊接时，要产生热胀冷缩；平板焊接时，要产生热胀冷缩；加热时，如自由膨胀则如加热时，如自由膨胀则如a）中虚）中虚线所示，但由于受到阻碍，产生同线所示，但由于受到阻碍，产生同样伸长；故高温处产生压应力，低样伸长；故高温处产生压应力，低温处产生拉应力；两者平衡。冷却温处产生拉应力；两者平衡。冷却后，由于冷却速度不同，高温处冷后，由于冷却速度不同，高温处冷却慢，收缩大，同样最后在高温处却慢，收缩大，同样最后在高温处产生拉应力，低温处产生压应力。产生拉应力，低温处产生压应力。图图3-9 平板对接焊的应力平板对接焊的应力a) 焊接过程中焊接过程中b) 冷却后冷却后三、焊接应力和变

27、形三、焊接应力和变形 一般情况下，焊件塑性好，结构刚度小时，焊件收缩一般情况下，焊件塑性好，结构刚度小时，焊件收缩容易，焊件变形大，焊接应力小；反之焊接变形小，焊接容易，焊件变形大，焊接应力小；反之焊接变形小，焊接应力大。焊接变形的基本形式应力大。焊接变形的基本形式如表如表3-13-1所示。所示。 表表3-1 焊接变形的基本形式焊接变形的基本形式2、焊接应力与变形的危害焊接应力与变形的危害焊接应力焊接应力：1 1）增加结构工作时的应力，降低承载能力；）增加结构工作时的应力，降低承载能力；2 2）引起焊接裂纹，甚至脆断；）引起焊接裂纹，甚至脆断；3 3）促使产生应力腐蚀裂纹。）促使产生应力腐蚀裂

28、纹。4 4）残余应力衰减会产生变形，引起形状、尺寸不稳定。）残余应力衰减会产生变形，引起形状、尺寸不稳定。 焊接变形焊接变形：1）使工件形状尺寸不合要求；）使工件形状尺寸不合要求；2）影响组装质量；）影响组装质量；3）矫正焊接变形很费工时，增加成本，降低接头塑性；）矫正焊接变形很费工时，增加成本，降低接头塑性；4）使结构形状发生变化，并产生附加应力，降低承载能）使结构形状发生变化，并产生附加应力，降低承载能力。力。 3 3、焊接应力和变形的防止、焊接应力和变形的防止 （1 1）焊接应力）焊接应力的防止及消除措施的防止及消除措施1 1）结构设计要避免焊缝密集交叉，焊缝截面和长度要尽可能小；）结构

29、设计要避免焊缝密集交叉，焊缝截面和长度要尽可能小； 2 2）采取合理的焊接顺序，使焊缝较自由的收缩；）采取合理的焊接顺序，使焊缝较自由的收缩；如图如图3-103-10所示所示；图图3-10 合理安排焊接顺序合理安排焊接顺序 一般焊接顺序为：一般焊接顺序为：1 1）先焊收缩量较大的）先焊收缩量较大的焊缝；焊缝；2) 2) 工作时受力较大的工作时受力较大的焊缝；焊缝；3) 3) 先焊错开的短焊缝，先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝。后焊直通的长焊缝。 3 3）焊缝仍处在较高温度时，锤击或辗压焊缝使金属伸长，）焊缝仍处在较高温度时，锤击或辗压焊缝使金属伸长，减少残余应力；减少残余应力；4 4）采用小

30、线能量焊接，多层焊，减少残余应力；）采用小线能量焊接，多层焊，减少残余应力；5 5）焊前预热可减少工件温差，减少残余应力；）焊前预热可减少工件温差，减少残余应力；6 6）焊后进行去应力退火，消除焊接残余应力。）焊后进行去应力退火，消除焊接残余应力。 （2）焊接变形）焊接变形的防止和消除措施的防止和消除措施1）结构设计要避免焊缝密集交叉，焊缝截面和长度要尽可结构设计要避免焊缝密集交叉，焊缝截面和长度要尽可能小，与防止应力一样也是减少变形的有效措施；能小，与防止应力一样也是减少变形的有效措施；2 2）焊前组装时，采用反变形法）焊前组装时，采用反变形法 ，如图如图3-113-11，3-123-12，

31、3-133-13所所示；示；图图3-11 平板对接焊反变形平板对接焊反变形图图3-12 工字梁反变形工字梁反变形图图3-13 壳体焊接反变形壳体焊接反变形3 3）刚性固定法，但会产生较大的残余应力，）刚性固定法，但会产生较大的残余应力，如图如图3-143-14所所示；示；4 4）采用合理的焊接规范；）采用合理的焊接规范；a) 平板对接焊平板对接焊 b) 法兰焊接法兰焊接图图3-14 刚性固定防止变形刚性固定防止变形5 5）选用合理的焊接顺序，）选用合理的焊接顺序，如图如图3-103-10的对称焊，的对称焊，图图3-153-15的的分段退焊。分段退焊。图图3-10 合理安排焊接顺序合理安排焊接顺

32、序 图图3-15 长焊缝的分段退焊长焊缝的分段退焊6 6）采用机械或火焰矫正法来减少变形。）采用机械或火焰矫正法来减少变形。如图如图3-163-16，3-173-17所示。所示。 图图3-16 机械矫正法机械矫正法 图图3-17 火焰矫正法火焰矫正法 由于焊接产生的焊接接头不完好的现象叫焊接由于焊接产生的焊接接头不完好的现象叫焊接缺陷，主要有未焊透、未熔合、咬边，气孔、裂纹、缺陷，主要有未焊透、未熔合、咬边，气孔、裂纹、夹渣、焊瘤等。夹渣、焊瘤等。四、焊接缺陷四、焊接缺陷 未焊透未焊透 未熔合未熔合 咬边咬边 焊接时接头根部未完全熔透的现象。焊接时接头根部未完全熔透的现象。沿焊趾或焊根产生的沟

33、槽。沿焊趾或焊根产生的沟槽。焊缝金属与母材之间或焊道金属之间未完全熔化结合的现象。焊缝金属与母材之间或焊道金属之间未完全熔化结合的现象。 气孔气孔 裂纹裂纹 夹渣夹渣 焊后残留在焊缝中的气体形成的孔穴。焊后残留在焊缝中的气体形成的孔穴。焊后残留在焊缝中的熔渣或非金属杂质。焊后残留在焊缝中的熔渣或非金属杂质。 焊接缺陷的危害焊接缺陷的危害 1 1）产生应力集中，增加焊接结构工作时的应）产生应力集中，增加焊接结构工作时的应力，降低承载能力；力，降低承载能力；2 2）引起裂纹，缩短使用寿命；）引起裂纹，缩短使用寿命；3 3）造成脆断。）造成脆断。 由于忽视焊接产品质量检验造成的事故屡见不鲜：由于忽视

34、焊接产品质量检验造成的事故屡见不鲜： XXX XXX年年X X月月X X日，上海某热电厂供热管道发生爆炸。日，上海某热电厂供热管道发生爆炸。 原因：焊后检查不严，未焊透深度达板厚的原因：焊后检查不严，未焊透深度达板厚的80%80%。 XXXXXX年年X X月月X X日，辽宁某化纤厂盛氮球罐水压试验时发生日，辽宁某化纤厂盛氮球罐水压试验时发生爆裂。爆裂。 原因：竣工检查时漏检裂纹。原因：竣工检查时漏检裂纹。1 1、焊接裂纹、焊接裂纹 一是热裂纹，指在固相线附近的高温一是热裂纹，指在固相线附近的高温产生的裂纹；产生的裂纹； 二是冷裂纹，对钢指在马氏体开始转二是冷裂纹，对钢指在马氏体开始转变温度以下

35、产生的裂纹。变温度以下产生的裂纹。 （1 1）热裂纹）热裂纹：经常发生在焊缝区，在结晶过程中产：经常发生在焊缝区，在结晶过程中产生的叫结晶裂纹；在热影响区的过热区，晶间低熔点杂生的叫结晶裂纹；在热影响区的过热区，晶间低熔点杂质发生熔化，产生液化裂纹。其特征都是沿晶界开裂，质发生熔化，产生液化裂纹。其特征都是沿晶界开裂，有氧化色。有氧化色。 产生原因有产生原因有： a)a)晶界存在液态间层，焊缝结晶时，低熔点杂质偏晶界存在液态间层，焊缝结晶时，低熔点杂质偏析；析； b)b)存在焊接拉应力，将晶界液态间层拉裂。存在焊接拉应力，将晶界液态间层拉裂。 热裂纹防止措施热裂纹防止措施：a a）限制钢材和焊

36、条、焊剂的低熔点杂质，如硫磷含量；）限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，如硫磷含量；b b）控制焊接规范；）控制焊接规范；c c）调整焊缝化学成分，避免低熔点共晶，缩小结晶温度）调整焊缝化学成分，避免低熔点共晶，缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性，减少范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性，减少偏析；偏析；d d）采用能减少焊接应力的工艺措施；）采用能减少焊接应力的工艺措施；e e）操作上填满弧坑。）操作上填满弧坑。 （2 2）冷裂纹：）冷裂纹：在焊缝区和热影响区均可能产生。冷裂在焊缝区和热影响区均可能产生。冷裂纹的形态有：焊道下裂纹、焊趾裂纹、焊根裂纹，如图纹的形态有：

37、焊道下裂纹、焊趾裂纹、焊根裂纹，如图3-3-1818所示所示 ；其特点是无分支，为穿晶型，无氧化色。；其特点是无分支，为穿晶型，无氧化色。 图图3-18 焊接冷裂纹焊接冷裂纹a焊道下裂纹焊道下裂纹 b焊趾裂纹焊趾裂纹c焊根裂纹焊根裂纹产生原因产生原因：a a）焊接接头存在淬硬焊接接头存在淬硬组织，接头性能脆化；组织，接头性能脆化；b）扩散氢的含量较多，）扩散氢的含量较多，使接头性能脆化，并使接头性能脆化，并造成很大的局部压力。造成很大的局部压力。c）存在较大的焊接拉）存在较大的焊接拉伸应力。伸应力。冷裂纹防止措施冷裂纹防止措施：a a）选用碱性焊条，减少氢含量，提高焊缝金属塑性；）选用碱性焊条，减少氢含量，提高焊缝金属塑性； b）焊条和焊剂使用前严格烘干，去除水分，减少扩散氢）焊条和焊剂使用前严格烘干，去除水分，减少扩散氢含量；含量；c）清除焊丝和坡口及两侧母材的锈、油、水，减少氢来源；）清除焊丝和坡口及两侧母材的锈、油、水，减少氢来源；d）焊前预热，焊后缓冷；）焊前预热，焊后缓冷；e）采用合理的焊接顺序和工艺措施，减少焊接应力；）采用合理的焊接顺序和工艺措施，减少焊接应力；f ）焊后立即进行消氢处理；焊后立即进行消氢处理；g）焊后进