第4章-焊接缺陷[119页]课件

1、第4章焊接缺陷1一、焊接工程缺陷和缺欠的定义和区分缺欠-焊件上典型构造上出现的一种不连续性或“缺欠”，诸如材料或焊件在力学特性、冶金特性或物理特性上的不均匀性。缺陷-种或多种不连续性或缺欠，按其特性或累加效果，使得零件或产品不能符合所提出的最低合用要求，称之为“缺陷”。缺欠指不完美，不必处理可以被接受；而缺陷指不完美(缺欠)累积程度超过“合用性要求”,不被接受,必须经处理符合要求。合用性一般指标准、规范或技术文件，还有合同等要求。21 焊接缺陷的危害1.1引起应力集中。其中尤以裂纹和未焊透最为严重。1.2缩短使用寿命。1.3造成脆断，危及安全。32缺陷的分类2.1狭义的分类IIW-SST-11

2、57-90对缺欠的定义分类如图4.1。42.2广义的分类从表观上分类：成形缺欠、接合缺欠、性能缺欠，如图4.2。5(2)从主要成因上分类，见图4.3。6二、各种缺陷产生的原因和防止措施1 中国国家标准对缺陷的分类 GB/T6417.1-2005金属熔化焊接头缺欠分类及说明将焊接缺欠分为六大类。第一类缺欠：焊接裂纹第二类缺陷：孔穴，主要有气孔和缩孔。第三类缺陷：固体夹杂，主要有夹渣、氧化物夹杂和金属夹杂。第四类缺陷：未熔合和未焊透第五类缺陷：形状缺欠第六类缺陷：其它缺欠7裂纹分类基本特征敏感的温度区间被焊材料位置裂纹走向热裂纹结晶裂纹在结晶后期，由于低熔共晶形成的液态薄膜削弱了晶粒间的联结，在拉

3、伸应力作用下发生开裂。在固相线温度以上稍高的温度（固液状态）杂质较多的碳钢、低中合金钢，奥氏体钢、镍基合金及铝焊缝上沿奥氏体晶界多边化裂纹已凝固的结晶前沿，在高温和应力的作用下，晶格缺陷发生移动和聚集，形成二次边界，它在高温处于低塑性状态，在应力作用下产生的裂纹在固相线温度以下再结晶温度纯金属及单相奥氏体合金焊缝上，少量在热影响区沿奥氏体晶界液化裂纹在焊接热循环峰值温度的作用下，在热影响区和多层焊的层间发生重熔，在应力作用下产生的裂纹在固相线温度以下稍低温度含S、P、C较多的镍铬高强钢、奥氏体钢、镍基合金热影响区及多层焊的层间沿晶界开裂再热裂纹厚板焊接结构消除应力处理过程中，在热影响区的粗晶区

4、存在不同程度的应力集中时，由于应力松驰所产生附加变形大于该部位的蠕变塑性，则发生再热裂纹600700回火处理含有沉淀强化元素的高强钢、珠光体钢、奥氏体钢、镍基合金等热影响区的粗晶区沿晶界开裂冷裂纹延迟裂纹在淬硬组织、氢和拘束应力的共同作用下而产生的具有延迟特征的裂纹在Ms点以下中、高碳钢，低、中合金钢、钛合金等热影响区，少量在焊缝沿晶或穿晶淬硬脆化裂纹主要是由于淬硬组织，在焊接应力作用下产生的裂纹Ms附近含碳的NiCrMo钢、马氏体不锈钢、工具钢热影响区，少量在焊缝沿晶或穿晶低塑性裂纹在较低温度下，由于被焊材料的收缩应变，超过了材料本身的塑性储备而产生的裂纹在400以下铸铁、堆焊硬质合金热影响

5、区及焊缝沿晶或穿晶层状撕裂主要是由于钢板的内部存在有分层的夹杂物（沿轧制方向），在焊接时产生的垂直于轧制方向的应力，致使在热影响区或稍远的地方，产生“台阶”式层状开裂约400以下含有杂质的低合金高强钢厚板结构热影响区也附近穿晶或沿晶应力腐蚀裂纹某些焊接结构（如容器和管道等），在腐蚀介质和应力的共同作用下产生的延迟开裂任何工作温度碳钢、低合金钢、不锈钢、铝合金等焊缝和热影响区沿晶或穿晶2 裂纹产生的原因和防止措施82.1 延迟裂纹2.1.1 延迟裂纹的危害2.1.2 延迟裂纹的影响因素（1）淬硬组织组织对延迟裂纹的敏感性如下:F、PB下M低B上BG(粒贝)M-A组元M高奥氏体对延迟裂纹不敏感，即

6、奥氏体组织不出现延迟裂纹。产生淬硬组织的影响因素主要是：被焊材料(碳当量)、焊接材料和冷却速度(工艺条件:预热、线能量等)9(2)扩散氢A：氢的来源 焊接材料中的水份、焊件坡口处的铁锈、油污以及环境湿度等B：金属组织对扩散氢的影响 解释了不同金属组织对延迟裂纹的敏感性问题！金属组织表现出对延迟裂纹不同的敏感性，除了不同组织具有不同的塑韧性(KIC和临界COD值)外，扩散氢在不同组织中的溶解度和扩散速度的影响非常关键。扩散氢溶解度大的组织(如A-奥氏体)，对延迟裂纹不敏感；由于扩散氢的扩散、聚集和诱发裂纹才会有延迟现象，因此，扩散速度慢的组织延迟裂纹也不敏感(如A-奥氏体)。氢在不同金属组织中的

7、溶解度和扩散系数不同，因此氢在不同金属中的行为也有很大差别，如图4.4和表4-2。10图4.4 氢在铁中的溶解度（a）和不同组织中的扩散速度（b）表4-2氢在不同组织中的扩散系数（C=0.54%）411C：氢在致裂过程中的动态行为 解释了延迟裂纹出现的位置问题!氢在焊接过程中溶入焊缝，使焊缝金属氢含量增加；焊缝未结晶前，超过金属液体溶解度的氢则形成气泡，若气泡在结晶前没有逸出焊缝表面则形成气孔；溶解于结晶后的焊缝金属中的氢，一部分逸出金属表面，一部分留在焊缝金属中，如果氢含量高可能造成氢脆。焊缝接头从焊缝金属完成结晶冷却到室温阶段，能自由移动的扩散氢从焊缝金属向热影响区扩散还是不能向热影响区扩

8、散而留在焊缝中，是在热影响区还是焊缝出现延迟裂纹的关键。12图4.5 高强钢热影响区（HAZ）延迟裂纹的形成机理13图4.5演示了扩散氢的扩散行为。(1)焊缝金属完成结晶时，焊缝和近缝区(AC3以上区域)均为奥氏体组织，它溶解氢的能力强；(2)当接头冷却过程中 ，焊缝金属先于热影响发生奥氏体向低温组织(F、P、B、M)的转变时，延迟裂纹产生于热影响区；(3)当接头冷却过程中 ，焊缝金属后于热影响发生奥氏体向低温组织(F、P、B、M)的转变时，延迟裂纹产生于焊缝上。 当被焊材料为低碳钢和低合金钢时，按照焊接材料选择的一般原则，焊接材料熔敷金属C含量低于母材，则焊缝金属先于发生奥氏体低温组织的转变

9、。 当被焊材料为钛合金等高合金钢时，焊接材料熔敷金属合金含量会与母材基本相当，则焊缝金属后于发生奥氏体低温组织的转变。14裂缝顶端三向应力区HHHHHHH扩散氢裂纹扩展H2HHHHHHH新的三向应力区D:延迟裂纹开裂机理 应力扩散理论：解释了扩散氢引起的裂纹为何有延迟现象！1516氢的应力扩散理论 金属内部的缺陷（包括微孔、微夹杂和晶格缺陷等）提供了潜在裂源，在应力的作用下，这些微观缺陷的前沿形成了三向应力区，诱使氢向该处扩散并聚集。当氢的浓度达到一定程度时，一方面产生较大的应力，另一方向阻碍位错移动而使该处变脆，当应力进一步加大时，促使缺陷扩展而形成裂纹，见上图。 由此可见，氢诱发的裂纹，从

10、潜伏、萌生、扩展，以至开裂是具有延迟特征的。因此，可以说延迟裂纹是由许多个单个的微裂断续合并而形成的宏观裂纹。 延迟时间与组织淬硬程度、应力大小和扩散氢含量有关，另外也与温度有关，见图4.6。 判断延迟裂纹产生的延迟时间（潜伏期）是非常重要的！ 短，采取措施延长结构在服役或使用寿命内不产生裂纹！ 常用措施：预热、后热、焊后消除应力处理。17图4.6 HT80钢焊道下裂纹的温度区间和潜伏期（焊条D4301、4mm、I=160A、V=100mm/min、H=22ml/100g）不裂 微裂 裂（3）应力a、热应力结构刚度、材料热膨胀系数、工艺条件热应力b、组织应力固态相变（AF、P、B、M）整体应力

11、水平下降，见图4.7c、附加应力外加拘束、焊缝布置、施焊顺序、装配不良（强制装配）和预热（温度和范围不正确）附加应力 焊接接头焊后产生以上几种应力，几种应力的叠加是最终接头的应力状态。应力延迟裂纹倾向182.1.3延迟裂纹控制措施（1）冶金措施A：低碳、微量多元化化合金、控轧控冷技术提高材料塑韧性 B：选用低氢焊接材料、低氢焊接方法降低扩散氢 C：控制氢的来源，如烘干焊材和清理工件 降低扩散氢D：填充材料合金优化提高焊缝金属塑韧性E：采用奥氏体组织焊条不预热、不焊后消除应力处理 （注意：高温使用的结构慎用）19（2）工艺措施A：线能量线能量小淬硬组织线能量大晶粒粗大、接头应力大B：预热温度预热

12、温度低淬硬组织预热温度高晶粒粗大、成本高、焊接工况差C：焊接材料采用低强匹配的焊缝，对防止冷裂纹有效。D：焊后后热后热消氢、降低应力、改善组织E：多层焊的影响多层焊优于单层焊，后续焊道对前面焊道有回火作用，且焊后接头应力小。F：焊后消除应力处理202.2热裂纹2.2.1结晶裂纹（1）裂纹位置焊缝上。焊缝中心的纵向裂纹和焊缝枝晶间的裂纹，见图4.8。图4.8 结晶裂纹出现的位置和走向（2）裂纹产生的时间和温度结晶末期，固液两相时，即TS温度左右；焊后立即出现。21（3）结晶裂纹产生的原因内因：低熔共晶，常见低熔共晶及温度见表4-4外因：应力 表4-4常见的铁二元和镍二元共晶成分和共晶温度22合金

13、系共晶成份共晶温度铁二元共晶Fe-SFe,FeS988Fe-PFe,Fe3PFe3P,FeP10501260Fe-SiFe3Si,FeSi1200Fe-SnFe,FeSn(Fe2Sn2,FeSn)1120Fe-TiFe,TiFe21340镍二元共晶Ni-SNi,Ni3Si2645Ni-PNi,Ni3PNi3P,Ni2P8801100Ni-BNi,Ni2BNi3B2,NiB1140990Ni-AlNi,Ni3Al1385Ni-ZrZr,Zr2Ni961Ni-MgNi,Ni2Mg109523（4）结晶裂纹的影响因素A：化学成分S、P S、P增加结晶温度区间，脆性温度区间TB、裂纹； S、P产生低温

14、共晶，使结晶过程中极易形成液态薄膜，因而显著增大裂纹倾向； P、S引起成分偏析 P、S偏析系数K越大，偏析的程度越严重。偏析可能在钢的局部地方形成低熔点共晶产生裂纹。钢中各元素偏析系数K见表4-5。表4-5 钢中各元素偏析系数K C C的影响是间接影响。对于低碳钢和低合金钢，它影响是先析出相是相还是相、相的数量。 当C0.1%时，由液体析出的初生相仅是相。 C0.1%而0.16%时，首先析出相，随着相的继续凝固，当达到1493时，残存液相与初生相相发生包晶反应形成相，即+L，全部结晶完了时是双相组织+。 当C0.16%而0.51%时，包晶反应完了的相组织全部为相。 当C0.51%时，初生相为相

15、，凝固后仍为相。24图4.9 Fe-C相图包晶反应区示意图初生相是相还是相影响结晶裂纹倾向的原因： S、P在相中的溶解度比在相低很多（见表4-6），如果初生相或结晶终了前是相，被析出的S、P就会富集在晶界，从而增加结晶裂纹倾向；即使初生相是相，随着碳含量增加，但相的量会随碳含量减少，溶解S、P的能力下降，结晶裂纹倾向也会增加。表4-6 S、P在、相中的溶解度25Cr、Ni铬镍奥氏体不锈钢，Cr、Ni含量是影响先析出相和凝固模式 虚线合金，从凝固开始到凝固结束都是生成相组织，在继续冷却时，由于发生相变，相数量越来越少，在平衡状态下，直至为零，其室温组织为单相奥氏体。由于冷却过程是在不平衡状态进行

16、，室温时的组织有可能含有5%10%的相。这种凝固模式用F表示。 虚线合金初生相为相，但随着温度降低，越过AB面后又依次发生包晶反应和共晶反应，即L+L+，这种凝固模式用FA表示。 虚线合金初生相为相，越过AC面后依次发生包晶反应和共晶反应，即L+L+。这种凝固模式用AF表示。 虚线合金初生相为相，直到凝固结束也不发生变化，这种凝固模式用A表示。26图4.10 70%Fe-Cr-Ni伪二元相图AF与FA凝固模式的分界线具有重要意义，由图4.10可知，这个分界线应通过A点。根据舍夫勒（schaeffler）图Creq、Nieq的计算，这个分界线大体上为Creq/Nieq1.5。 27如将这一分界线

17、标在schaeffler图上，则可将防止热裂纹所需室温相数量与凝固模式AF/FA界线联系起来，见图4.11。 可变拘束试验表明： 在S含量相同情况下，Creq/Nieq增加，裂纹总长度减少，焊缝从AF模式转变为FA模式，裂纹总长度发生突变，并随着Creq/Nieq增加而减少。在Creq/Nieq相同情况下，焊缝中S含量增加，裂纹总长度增加。28图4.11 标有AF/FA分界的舍夫勒图Mn 焊缝金属中Mn可以发生以下反应：Mn+FeSMnS+Fe。FeS共晶温度988、呈片状分布于晶界，严重割裂了晶粒之间的联系，因此，在应力作用下易发生开裂；而Mn脱硫后的产物MnS共晶温度1613、呈块状分布，

18、一方面温度高不是低熔共晶，结晶时不会最后结晶分布于晶界；另一方面块状分而比片状分布对晶粒的割裂作用不强。 焊缝金属中含碳量不同，则防止结晶裂纹所需要的Mn含量不同，如下所示： C0.1%时，Mn/S22 C=0.110.125%时，Mn/S30 C=0.1260.155%时，Mn/S59Si 硅是相形成元素，利于消除结晶裂纹，相中S、P溶解度大缘故。Si0.4%，易形成低熔点的硅酸盐夹杂使结晶裂纹倾向增加。Ti、Zr和Re Ti、Zr和Re对硫的亲合力大，形成高熔点的硫化物而不再是低熔共晶；同时硫化物以弥散、球状分布，因此对防止结晶裂纹有良好的作用。一方面弥散、球状分布对晶粒割裂作用小，另一方

19、面在低碳钢和低合金钢中，它促进生成针状铁素体（AF），组织塑韧性提高。 例如：强度为600MPa焊条研究中，有两个方案焊条的熔敷金属成分如表4-7，它们的拉伸试样断口SEM扫描图见图4.12，焊缝组织见图4.13。从中可以看出，当焊缝金属中含有稀土元素时，断口为塑性断口而不含稀土为脆性断口；含有稀土元素时，硫化物弥散分布而不含稀土时，硫化物偏析度较大。31表4-7 600MPa焊条熔敷金属成分（%）焊缝成分CSPMnSiCrNiReA00.100.0370.0170.940.540.200.87-A10.090.0150.0141.250.440.190.831.0A0：(a)、(b)、(c)

20、 A1：(d)、(e)、(f) 图4.12 焊缝冲击断口SEM形貌图4.13 焊缝金属金相组织A0（a） A1（b）Ni Ni在低合金钢中易于与S、P形成低熔共晶（Ni+Ni3S2熔点为645、Ni+Ni3P熔点为880），由于熔点低所以Ni会大大增加结晶裂纹倾向。O 焊缝金属中O或FeO可以降低S的有害作用，氧、硫、铁能形成Fe-FeS-FeO三元共晶，使FeS由薄膜状变成球状，因此减小了对晶粒的割裂作用，对防止结晶裂纹有利。B：凝固结晶组织形态 晶粒的大小、形态和方向，以及析出的初生相等对抗裂性有很大的影响。晶粒越粗大，柱状晶的方向性越强结晶裂纹的倾向大Ti、Mo、Nb、V、Al和Re：

21、破坏液态薄膜的连续性 打乱柱状晶的方向。 对于18-8型奥氏体不锈钢，希望得到双相组织，因焊缝中有少量相可以细化晶粒，打乱奥氏粗大体柱状晶方向性，同时，还具有比相溶解更多S、P的有利作用，因此可以提高焊缝的抗裂能力，如图4.14所示。34a）单相奥氏体 b）图4.14 相以奥氏体基体上的分布实例：A312与A302、A307性能比较 A312与A307相比，工艺性更好，抗裂性更好；与A302相比工艺性相当，但抗裂性更好。 A312熔敷金属含有23%的Mo，是Mo是化元素，会促进生成相，而相可以打乱奥氏体柱状晶方向且溶解S、P的能力更强；同时，Mo是细化晶粒的元素，晶粒细化。（5）控制措施A：控

22、制低熔共晶的量、熔点和形态控制S、P等杂质元素的含量控制低熔共晶量小线能量降低熔池体积减少低熔共晶量Mn、Ca、Ti、Zr、Re脱硫产物熔点高、分布状态改善B：控制先析出相及结晶终了相低碳钢、低合金钢：控制碳含量、Mn/S铬镍奥氏体不锈钢：控制Creq/Nieq比。 Creq/Nieq1.5FA模式结晶裂纹倾向小 Creq/Nieq1.5AF模式结晶裂纹倾向大C：焊接工艺a）采用小线能量b）预热c）道间温度d）熔合比e）焊缝成形系数f）焊接速度图4.15 焊接速度对晶粒生长方向的影响 图4.16 大焊速时焊缝的纵向裂纹g）接头型式h）焊接顺序i）锤击焊缝37 图4.17 接头型式对裂纹倾向的影

23、响2.2.2液化裂纹（1）产生的机理近缝区晶界上的低熔共晶液化+应力液化裂纹（2）产生的位置母材热影响区粗晶区，或多道焊前道焊缝的热影响区粗晶区见图4.18。图4.18 液化裂纹出现的位置 图4.19 熔合线凹陷处液化裂纹示意图3）影响因素A：化学成分主要是母材中S、P含量B：工艺因素a）线能量线能量大，近缝区晶粒粗大液化裂纹倾向大b）焊缝形状工艺规范不合理，造成如图4.19的焊缝形状，增大裂纹倾向（4）防止措施A：控制母材中S、P等杂质含量B：焊接工艺 采用线能量集中的焊接方法 采用小线能量 采用合理的焊接工艺规范402.2.3多边化裂纹（1）产生的机理高温+应力位错移动位错壁塑性降低多边化

24、裂纹（2）产生的位置单相奥氏体或纯金属焊缝金属（3）影响因素A：合金元素 Mo、W、Ti、Ta可有效阻止多边化过程多边化裂纹降低 高温相增大抗多边化的能力多边化裂纹降低B：应力状态 应力增大多边化裂纹增加C：温度 焊缝金属温度增高液化裂纹倾向大2.3再热裂纹2.3.1再热裂纹的特征（1）再热裂纹产生部位 近缝区的粗晶区，见图4.20。（2）有大量的内应力存在，及应力集中 应力集中系数越大，产生再热裂纹所需要的临界应力cr越小，如图4.21。（3）敏感的温度范围 沉淀强化钢：500700。 奥氏体不锈钢、高温合金：700900。4）含有沉淀强化元素图4.20 再热裂纹产生的位置和断裂形式（沿晶开

25、裂）图4.21 应力集中系数K与临界应力cr的关系（0.5Mo钢）2.3.2再热裂的机理（1）晶界杂质析集弱化作用 A：晶界析集P、S、Sb、Sn、As B：硼化物沿晶析集 杂质元素对临界塑性变形量的影响见图4.22、4.23所示，从图可以看出，随着杂质元素含量增加，ec和临界COD值都是下降的44图4.22 杂质元素对ec的影响 图4.23 P对临界COD值的影响（HT80 600）（2）晶内二次沉淀强化理论 A：具有沉淀强化的元素（如Cr、Mo、V、Ti、Nb、W等元素）B：在一次焊接热循环作用下因受热而固溶（高于1100）；C：焊后冷却速度快，合金元素以过饱和形式溶入铁素体、珠光体等组织

26、中，一般出现在位错、空位、缺陷等处。D：焊后再次加热时（500700），由晶内析出这些碳、氮化合物及沉淀相，从而晶内强化，此时应力松弛产生变形就集中于晶界，当晶界塑性不足时，就会产生再热裂纹。为定量评价某些低合金钢再热裂纹倾向，经大量试验，建立了以下几个经验公式： G=Cr+3.3Mo+8.1V-2 当G0易裂 G1=Cr+3.3Mo+8.1V+10C-2 当G12易裂； G10.7281010图4.45 T型接头角变形（4）弯曲变形1）由纵向收缩引起的弯曲变形A：单道焊缝产生的挠度在钢制构件中，当焊缝在构件中心位置不对称时，单道焊缝引起的挠度如下：式中： e焊缝轴线到焊件中性轴之间的距离（c

27、m） L焊缝长度（cm） FH焊缝截面积（cm2） I焊件截面惯性距（cm4） K1系数，由表4-12查得式中：qv焊接线能量（J/cm）；e、L、I同（13）式B：多层焊角焊缝产生的挠度C： 双面角焊缝产生的挠度2）由横向收缩引起的弯曲变形 当横向焊缝在结构上分布不对称时，则横向收缩也能引起结构的挠曲变形。例如，在钢梁的上部或下部焊接了许多短筋板，筋板和盖板之间或筋板和腹板之间的焊缝可能在梁的重心的上侧或下侧，在焊缝不对称时，或焊接顺序不合理时，都会产生上挠或下挠弯曲变形。（5）波浪变形对平板而言，当薄板的宽度很宽，而板厚很薄时，也很容易产生失稳，其失稳的临界应力cr可用下式表示： 式中：板

28、厚 B板宽 K与板的支承情况有关的系数由此式说明，板厚与板宽比值越小，临界应力越小，平板也就越容易出现失稳现象。对于薄壁圆筒结构局部失稳临界应力为：式中：E钢板的弹性模量N/mm2 壁厚mm D圆筒直径mm由（18）式看出，增加壁厚或降低圆筒直径或内部增加支撑都可以提高临界应力以增强结构稳定性。94（6）错边变形在焊接过程中，对接边的加热热量不平衡是造成焊接错边变形的主要原因之一。例如，当焊接热源偏离中心，一边热输入量大，另一边热输入量小；当异种钢焊接时，一边导热快，另一边导热慢，两边热量不平衡引起焊接温度场不对称；异种钢焊接时，一边材料线膨胀系数大，另一边小。以下这些因素使两边的热膨胀量不一

29、致，造成焊接错边变形。当封头与筒身环焊缝焊接时，由于封头刚度较大，筒身刚度小于封头，所以环焊缝两侧会产生不对称径向位移，因筒身一侧位移量大于封头一侧，从而产生焊接错边变形。（7）扭曲变形目前，这类变形研究得比较少，产生这种变形的原因是与焊接角焊缝所造成的角变形沿长度方向上分布不均匀性有关。在焊接工字梁四条角焊缝时，如果在定位焊后不采用适当工装夹具，按图4.43的焊接方向和顺序会容易引起扭曲变形，这是由于角焊缝变形沿着焊缝长度上逐渐增大，使构件扭转。如把两条相邻的焊缝同时向同一 图4.46 扭曲变形方向焊接，可以克服这种变形。2 影响焊接结构变形的因素2.1焊接位置的影响2.2 结构刚性的影响

30、2.3 装配和焊接顺序对结构变形的影响 图4.47中的工字梁，当整体装配好后先焊接焊缝和，然后焊接和，焊后工字梁就会产生上拱的弯曲变形。当先焊接焊缝、，再焊接、会引起旁弯变形。如果按、的顺序或按、的顺序进行焊接，焊后弯曲变形将会减小。图4.47 工字梁的焊接顺序 例如：对于大面积平板拼接，焊接顺序原则是：先横后纵，由里向外。这就是说，先焊接所有的横向焊缝，后焊接纵向焊缝，并且要求应从中间向两边焊接，即焊接方向指向自由端。图4.48中1、2、3、4表示焊接顺序。97图4.48 大面积平板拼接的焊接顺序2.4 焊缝长度和坡口形式的影响 2.5 焊接线能量的影响3 控制焊接变形的措施3.1 设计措施

31、（1） 选用合理的焊缝尺寸（2）尽可能地减少焊缝数量（3）合理安排焊缝位置3.2 工艺措施（1）合理地选择焊接方法（2）选择合理的装配焊接顺序 例如：图4.49为加盖板的箱形梁的装配焊接顺序，由于焊缝不对称，焊后往往会产生下挠弯曲变形。解决这种下挠弯曲变形的方法是两名焊工对称地先焊接只有两条焊缝的一侧（先焊接焊缝1、2），焊后就造成了箱形梁上拱变形，由于这两条焊缝焊后增加了的刚性，当焊接另一侧焊缝时（先焊接焊缝3、4，再焊接焊缝5、6），此时所引起的变形方向与对侧焊缝1、2引起的变形方向相反，从而基本上防止了箱形梁的下挠变形。图4.49 带盖板箱形梁的焊接顺序焊接顺序的选择原则是：当结构具有对

32、称布置的焊缝时，应尽量采用对称焊接当结构具有不对称布置的焊缝时，应先焊焊缝熔敷金属量少的一侧选择合理焊接方向 对焊件上的长焊缝，采用图4.50a)所示的直道焊焊接变形最大；如图4.50b)所示从中间向两端施焊变形有所减少，采用逐段跳焊法也可以减少变形，见图4.50C）；从中间向两端逐步退焊法变形最小，见图4.50d)；对于工字梁等焊接结构，具有互相平行的长焊缝，施焊时，应采用同方向焊接，可以有效地控制扭曲变形，见图4.50e)。图4.50 焊接方向对变形的影响（4）预留收缩余量（5）反变形法 为了防止对接接头产生的角变形，如图4.51a)所示，可以预先将对接处垫高，形成反角变形。 为了防止工字

33、梁的翼板焊后产生角变形，可以将翼板预先反向压弯见图4.51b)。或者在焊接时加外力使之向反方向变形，见图4.51C），但需要注意的是这种方法在加力处消除变形的效果较好，远离加力处则较差，易使翼板边缘呈波浪变形。 在薄板结构上，有时需在壳体上焊接支承座之类的零件，焊后壳体往往会产生塌陷，见图4.51d)。为防止这种塌陷，可以在焊前将支承座周围的壳壁向外顶出，然后再进行焊接，见图4.51e)。（6）刚性固定法 在焊接薄板时，在焊缝两侧用夹具紧压固定，可以防止波浪变形。固定的位置应该尽量接近焊缝，压力必须均匀。总压力可按下式估算： P2Ls(19)式中：P总压力 板厚 L板长 s钢板的屈服极限100

34、例题：控制300MW、600MW锅筒焊接变形的措施4.1 筒节纵缝收缩量控制（1）采用反变形法控制瓦片尺寸图4.52 锅筒筒节纵缝坡口型式图4.53 瓦片配对尺寸示意图对常规埋弧自动焊，如图4.53所示，推荐经验公式如下：式中： 瓦片开口内径，如图11中1和2mm Dn设计规定的筒节内径mm h1、h2瓦片内径高度mm当采用窄间隙埋弧自动焊时，推荐经验公式为103（2）控制纵缝焊接顺序 在焊接内侧纵缝时，采用多层多道焊，最好第一条纵缝先焊接两层约6mm，筒节转180焊接第二条纵缝直至内侧焊缝焊满，再转动180将第一条内侧纵缝焊满。 焊接外纵缝时，采用分道焊，对于常规埋弧自动焊，打底层为单道，以

35、后每层由24条焊道组成，盖面层为6条焊道。对于窄间隙埋弧自动焊，打底层为单道，以后每层为2道，盖面层为34道。第一条焊缝先焊至约40mm厚，筒节转动180，焊接第2条焊缝至约70mm厚，再转动筒节180，焊满第1条纵缝，再焊完第2条纵缝。纵缝焊接顺序示意图见图4.54。图4.54 纵缝焊接示意图（3）减小坡口角度 从焊接变形考虑，纵缝应采用双U型坡口更合理，角变形和弯曲变形均很小，内径收缩量也大为减少，但缺点是在预热150200条件下，在筒体内部操作工作量很大，焊工劳动条件很差，鉴于这一点，不易采用。因此，采用常规埋弧自动焊时，坡口尺寸如图4.52a)所示。由于外侧坡口角度为8，并且填充金属量

36、很大，故坡口角变形也较大，如将坡口角度由8减至6，可使填充金属量减少12.5%，这有利于减少角变形，减少内径收缩量。（4）采用窄间隙埋弧自动焊 采用窄间隙埋弧自动焊，坡口尺寸如图4.52b)所示，坡口角度为2，熔敷金属填充量为常规埋弧自动焊的64%，大大减少角变形和内径收缩量。而且焊接线能量约为常规埋弧自动焊的80%，更有利于减少焊接变形量。4.2 锅筒挠度控制（1）利用反变形法控制锅筒挠度 当锅筒纵、环缝焊好后，装焊下降管和管接头之前，先测量锅筒挠度，应将下降管位置布置在锅筒上挠度位置，以起反变形作用。（2）控制焊接顺序 根据焊接顺序的选择原则，当结构具有不对称布置的焊缝时，应先焊焊缝熔敷金

37、属量少的一侧。锅筒上虽有100200个管接头，但分布区域广，大部分都在锅筒上部，也有一部分在下部，从焊缝熔敷金属量来看，上部管接头填充金属量比下降管少得多。因此，从控制焊接变形的角度考虑，应先焊上部管接头，尽量做到分散、对称焊接。 下降管数量一般为46只，如图4.55所示，每次应隔1只焊1只。采用焊条电弧焊时，如图4.56所示每个下降管均由2名焊工同时施焊，并采用分段退焊，减少焊接 变形。106图4.55 下降管交错施焊示意图 图4.56 单个下降管焊接次序5焊接变形的矫正方法5.1 机械矫正法图4.57 手工矫正薄板波浪变形5.2火焰加热矫正法（1） 加热方式加热方式有点状加热、线状加热和三

38、角形加热三种。图4.58 点状加热法 图4.59 线状加热法图4.60 角变形矫正109图4.61 T型梁弯曲变形矫正（2）加热温度和速度及加热火焰 加热温度一般在500800之间，低于500效果不大，高于800会影响金属组织。加热火焰、加热速度与变形量有关，正常情况下，用微氧化焰。当矫正变形量大或要求加热深度大于5mm时，一般用中性焰大火慢烤；矫正变形量小或要求加热深度小于5mm时，一般用氧化焰，小火快烤。（3）加热范围 加热位置应该是焊件变形突出部位，不能是凹陷部位，否则变形将越矫越严重。加热长度不超过焊件全长的70%，宽度一般为板厚的0.52倍，深度为板厚的3050%。6 焊接变形的理论

39、计算6.1单V对接焊缝横向收缩近似值及公式，见图4.62： y = 1.01e0.0464x y收缩近似值 e2.718282 x板厚6.2双V对接焊缝横向收缩近似值及公式，见图4.63： y = 0.908e0.0467x6.3单面坡口角焊缝横向收缩近似值及公式，见图4.64： y =-0.00005X2-0.0085X+0.90536.4无坡口单面角焊缝横向收缩近似值及公式，见图4.65： y =-0.0017X2+0.023X+0.84336.5 双面间断角焊缝横向收缩近似值及公式，见图4.66： y =0.001X2-0.0359X+0.50776.6单面坡口十字角焊缝横向收缩近似值及公式，见图4.67： y =1.2864e0.0418x四、焊接残余应力1 焊接残余应力对焊接结构的影响（1）对结构强度的影响（2）对结构加工尺寸精度的影响（3）对压杆稳定性影响（4