化工设备的焊接课件

1、第六章 化工设备焊接教学要求：1了解常用焊接方法、焊接设备及适用范围。 2了解焊接应力与变形的产生原因、预防和处理措施。 3了解几种典型材料焊接特点。教学建议： 尽可能采用多媒体课件辅助教学。 配合课堂教学组织参观。第一节 焊接基本知识一、焊接及其本质1.焊接是指两种材料牢固连接的一种工艺，可以是金属也可以是非金属，一般指金属材料的连接，金属材料可以是同种钢也可以是异种钢。2.焊接的本质：原子相互靠近达35A（1 A=0.0000001mm）二、原理和方法 焊接原理：加热或加压或加压+加热电弧焊原理利用高温焊接电弧焊使母材（工件）及填充金属（焊条或焊丝）熔化形成液态熔池，熔池冷却后就形成焊缝。

2、1焊接电弧产生2影响焊缝质量的因素和措施3提高焊缝性能的措施1、焊接电弧产生产生：空气介质被电离的放电现象，是带电粒子通过两极之间气体空间的一种导电过程条件：阴、阳两极 两极间有带电粒子 两极间有电场电弧温度6000，熔滴1800-2400 ，熔池平均温度1770 左右2、 影响焊缝质量的因素（1）焊接区的有害气体： CO2 ，O2，N2，H2 氧化性气体如CO2 ，O2：烧损金属元素, 产生气孔 措施减少有害气体产生，特别是H2 如焊材严格烘烤、焊接之前除锈和油污隔绝空气与熔池，实现熔池保护 如手工电弧焊：药皮保护 埋弧焊：焊剂保护 气体保护焊：气体保护 焊条保温筒（2）钢材中S、P杂质的影

3、响S热脆性 P冷脆性措施： 造渣脱硫、磷（形成不溶于液态金属的金属氧化物） 严格控制焊材及工件中的硫、磷含量3 、提高焊缝性能的措施向焊缝金属渗入合金，补充合金元素的烧损（1）焊丝 （2）药皮 （3）焊剂三、常用焊接方法介绍 1.手工电弧焊(SMAW)：（1）操作灵活，可进行全位置焊接（2）劳动强度高，每焊一道缝需清渣（3）电流小，焊接深度小，生产率低（4）焊材利用率低（换焊条）（5）焊接质量受工人技术水平限制手工电弧焊气錾清理焊根2.埋弧焊(SAW)优点：自动焊，劳动强度低，焊接电流大，生产效率高，熔池保护较好，焊接质量稳定缺点：焊接灵活性差，只能焊直缝或环缝 纵焊缝埋弧自动焊环焊缝埋弧自动

4、焊打磨焊缝焊缝引弧收弧板焊接变位机3.气体保护焊MAGCO2气体保护焊问题：烧损合金元素、气 孔、飞溅大优点：焊接电流大，效率 高，用于黑色金属 如碳钢焊接 不宜用于不锈钢、铜、铝合金焊接惰性气体保护焊: Ar、氦及其混合气体熔池保护性好，焊缝质量高，成型好，但成本高，用于优质材料如不锈钢，有色金属焊接。分类:TIG非熔化极（钨极)焊接电流小，弧长稳定，成型好，用于薄壁焊缝焊接MIG（熔化极氩弧焊）四、 焊接接头的金相组织焊接接头:焊缝区、熔合区和热影响区焊接接头组织及性能（以碳钢为例）焊缝区：微观偏析 、宏观偏析 熔合区：两高一低（残余应力和硬度高、韧性低）热影响区：1、2过热区：晶粒粗大，

5、塑性韧性低3正火区：晶粒细化性能最好4部分相变区：晶粒不均匀，力学性能不好5再结晶区：消除冷作硬化，塑性改善， 强度和硬度降低6蓝脆温度区：晶界析出渗碳体，塑性下降第二节 常见焊接缺陷一、焊缝外部缺陷焊缝表面尺寸不符合要求 (a) 咬边 (b) 弧坑 (c) 焊瘤二 、焊缝内部缺陷气孔、裂纹、夹渣、未焊透、未熔合三、焊接裂纹热裂纹熔池结晶后产生防止：减小S、P含量，小电流、多层焊冷裂纹焊后产生防止：选用低氢焊条，小电流、多层焊，焊前预热，焊后热处理再热裂纹焊后再加热时产生防止：控制化学成分，预热，减小应力集中一、焊接应力第三节 焊接应力和变形1、焊接应力种类： （1）焊接应力的本质：焊接变形受

6、阻 （2）焊接应力的分类按变形产生原因不同分： 热应力：温度变化时热胀或收缩不一致，变形受阻 组织应力：组织转变过程中导致体积变化受阻 其中热应力为主要形式按应力的方向分：单向（薄板）、双向（中厚板）、三向(厚板）按应力存在时间分：焊接瞬时应力：暂时应力焊接残余应力：对焊接结构的强度、腐蚀、形状影响较大残余压应力有利于抗疲劳、抗腐蚀残余拉应力对腐蚀、疲劳不利2、焊接应力的危害（1）降低焊接区金属的塑性和抗疲劳强度 （2）促成焊接裂纹 （3）加快应力腐蚀速度 （4）降低焊件精度 3、减小和消除焊接应力的措施 设计方面 ：避免焊缝交叉、相邻焊缝错开 、避免断面剧烈过渡区设焊缝、降低局部结构度避免焊

7、缝交叉减小局部刚度接管法兰等厚对接工艺方面:（1）采用合理的焊接顺序：减少焊缝处的拘束度（2）采用合理施焊方法：对称施焊 长焊缝的几种施焊方法 （3）焊前预热：减小焊接过程中的温差（4）锤击焊缝区：使其产生塑性变形（5）焊后处理 :热处理、机械拉伸环焊缝焊前预热任务二： 在进行结构焊接时，由于局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀，从而使其产生不均匀的膨胀，而高温区的膨胀受到低温区的限制，最终导致焊件在焊后产生了残余应力，请思考残余应力对焊件结构的影响有哪些，如何来减小或者消除这些影响 要求：4-6人为一个小组，自由组合，组长由每组成员选出，每组讨论时间不超过15分钟，任务三： 焊接残余变形是

8、焊后残存于结构中的变形，变形形式有局部变形和整体变形，如何解决焊接残余变形问题 要求：4-6人为一个小组，自由组合，组长由每组成员选出，每组讨论时间不超过15分钟，焊接变形(1)焊接变形的产生：由于温度变化导致膨胀收缩不一致通常焊缝及近缝区表现为收缩变形 (2)焊接变形的种类纵向、 横向变形：焊缝长、宽收缩造成角变形：焊缝表面宽度大，收缩大弯曲变形：焊缝分布与构件几何中心不对称波浪变形：刚性不足，薄板失稳扭曲变形各种变形综合作用的结果（3）减小和消除焊接变形的措施设计方面 ：尽量减少焊缝数量 焊缝对称分布：双X型，双U型坡口（厚板焊接） 工艺方面：反变形法 刚性夹持焊接应力增加 （见书） 焊前

9、预热：减小焊接过程中的温差 合理施焊：减小焊接变形焊后处理：矫形 第四节 焊接工艺规程一、金属材料的焊接性1.焊接性：金属材料在一定的工艺条件下获取优质接头的难易程度若在普通条件下如采用普通的焊接方法（常规）即能获取优质接头称为焊接性能好。假如要采取特殊工艺措施如预热，热处理或采用特殊的焊接方法才能获得优质接头，则焊接性差。一定工艺条件：焊接方法、焊接材料、焊接规范、焊前预热、焊后处理2.焊接性的评定:碳当量（冷裂纹）C含量愈高,合金元素含量愈高，焊接性愈差研究表明焊接性与合金量及合金元素含量有关，其中含C量影响最大 Ce愈高焊接性愈差Ce0.4% 焊接性好，无须采取工艺措施Ce=0.40.6

10、% 焊接性一般，采取一定的工艺措施，焊前预热，焊后处理Ce0.6% 焊接性差，采取严格的工艺措施二、焊接工艺规程1.焊接结构工艺性（1）焊接位置 （a）平焊；（b）横焊；（c）立焊；（d）仰焊（2）焊缝设计应远离加工表面 (a)、(b)不合理 ；(c)、(d)合理（3）焊缝布置应考虑操作空间，便于焊接（a）、(b)不合理；（c）、（d）合理（4）点焊或缝焊的焊缝位置必须符合柱状电极或滚轮电极的焊接特点 2.焊接方法选择根据焊件材质、接头厚度、焊缝位置和坡口型式等来选择3.焊接材料选择 焊条（焊芯、焊丝）：既作电极又作填充金属，有碳素结构钢、合金结构钢（Mn、Si）、不锈钢（Cr、Ni、Ti、N

11、b）等药皮（焊剂）：保护（产生气体）、冶金反应（脱S、P、渗合金）、稳弧、改善焊接工艺性能酸性焊条：焊接工艺性好，飞溅少，易于脱渣，成形好。但氧化性强，合金烧损严重，焊缝塑性韧性低，易产生气 孔碱性焊条（低氢）：焊缝塑性韧性较高，脱渣性差。4.焊接接头与坡口形式U型焊接坡口X型焊接坡口5.焊接规范（1）焊接电流电流大，熔深大，生产率高，适于焊厚板。电流过大易造成咬边，电流过小易造成夹渣及未焊透（2）电弧电压过高会形成浅而宽的焊缝，导致未焊透和咬边等缺陷；过低会形成高而窄的焊缝，使边缘熔合不良 （3）焊接速度过快易产生未焊透、咬边、气孔等缺陷；太慢会导致焊瘤、溢流等缺陷（4）焊条或焊丝直径厚板可

12、选较粗直径焊条或焊丝 6.焊接技术要求 一般的焊接技术要求主要有：选择焊接方法；选择焊条；焊缝布置；焊接工艺上的特殊要求(如在某部位要堆焊，要求焊前预热及焊后热处理等)；检验方面的要求；水压试验要求；气密性试验以及后处理要求等。 对化工设备设计图纸提出技术要求时，必须全面考虑化工工艺要求，结构强度、刚度和几何尺寸要求，以及制造厂的具体情况，制订出既保证设备在操作中安全可靠又符合制造上多快好省原则的技术要求。三、常用金属材料的焊接特点 低碳钢（0.25%） Q235A焊接性良好1.碳素结构钢 中碳钢（0.250.6%） 用碱性低氢焊条 高碳钢（0.6%） 焊前预热、焊后热处理 2 . 普低钢焊接

13、普通碳素结构钢基础上加入少量Mn,V,Cr,Mo等合金元素，提高其强度3.奥氏体不锈钢焊接主要元素：Cr13%,Ni9% 如1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni11Ti 00Cr19Ni9焊接性：良好存在问题：晶间腐蚀（450850） 不锈钢膨胀系数比C钢大，变形，应力大 导热性差，易过热组织、热裂纹措施： 低碳法 加稳定剂Ti，Nb、稳定化处理 焊后处理：固溶处理 小电流快速焊（快焊快冷） 双相法FA（F5%） 碱性低氢焊条4.异种钢的焊接 （C钢与不锈钢）存在问题：过渡区增碳（淬硬组织裂纹） 合金元素稀释 残余应力增大措施：堆焊过渡层、用低碳高Cr,Ni焊条、小电流快速焊 封头带极堆焊不锈钢耐腐蚀层第五节 设备焊后热处理一、热处理目的 消除焊接残余应力、稳定结构形状和尺寸、改善母材和焊接接头的性能。二、热处理工艺及方法1.热处理工艺(1)升温速度过快引起温差应力，产生裂纹和变形 (2)保温温度