焊接工艺规程设计课件

第1篇第4章焊接工艺规程设计4.1焊接工艺规程设计概念4.2焊接符号与标注4.3焊接接头及坡口型式4.4金属焊接性与焊接工艺评定4.5焊接工艺要素和规范4.6焊接应力与变形4.7焊接缺陷与检验4.8锅炉与压力容器用钢焊接工艺特点第1篇4.1焊接工艺规程设计概念4.1焊接工艺规程设计概念1.基本概念(1)生产过程利用相应制造工艺将原材料转变为成品全过程。(2)制造工艺生产过程中制造方法和制造工艺过程的总称。(3)工艺过程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。(4)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工艺文件称为工艺规程。4.1焊接工艺规程设计概念4.1焊接工艺规程设计概念2.工艺规程作用

工艺规程还是连接设计和制造的桥梁。工艺规程是指导生产、组织生产、管理生产的主要工艺文件，是加工、检验、验收、生产调度与安排的主要依据。3.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结构形状和尺寸使其成为合格零部件的过程。焊接工艺过程对焊接产品质量有决定性影响。4.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的工艺文件。4.1焊接工艺规程设计概念4.1焊接工艺规程设计概念5.焊接生产过程焊接生产过程是指从投料开始，经过一系列的工序，最后加工成焊接产品的过程。焊接生产过程4.1焊接工艺规程设计概念焊接生产过程4.2焊缝符号及标注(1)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。(2)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GB324规定的。焊缝符号由以下内容组成：(3)焊缝符号由焊接方法代号、基本符号、辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号等组成。4.2焊缝符号及标注

4.2焊缝符号及标注1.常用焊接方法的代号(1)GB324-1964用字母表示,1988标准已取消。(2)GB5185-1985用数字代号。(3)图样上焊接方法代号标注在指引线尾部。

焊接方法GB5185-85GB324-64手工电弧焊(SMAW)丝极埋弧自动焊(SAW)熔化极气保焊(MIG)非熔化极气保焊(TIG)气焊/摩擦焊(OFA/FRW)冷压焊/电渣焊(ESW)电阻对焊/硬钎焊(BSW)111121131141311/4248/7225/91SZCAQ/ML/DJ/H

2.基本符号:基本符号是表示焊缝横截面形状的符号，近似于焊缝横截面形状，见表。2.基本符号:基本符号是表示焊缝横截面形状的符号，近似于焊缝2.基本符号

见续表。2.基本符号3.辅助符号

辅助符号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。3.辅助符号

辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号，不需要确4.补充符号

补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征面用的符号，见下表。4.补充符号

补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征面用的符号5.焊缝的尺寸符号焊缝尺寸符号见下表。5.焊缝的尺寸符号焊接工艺规程设计课件4.2焊缝符号及标注6.指引线(1)箭头线和两条基准线(细实线，虚线)组成。(2)箭头线用细实线绘制，箭头指向有关焊缝处。(3)需要时，焊接方法可标在尾部。4.2焊缝符号及标注4.2焊缝符号及标注/6.指引线(4)焊缝、符号和指引线位置①若焊缝在箭头侧，则将基本符号标在基准线的细实线一侧，图a。②若焊缝不在箭头侧，则将基本符号标在基准线的虚线一侧，图b。③标注对称及双面焊缝时，可不画虚线，图c。4.2焊缝符号及标注/6.指引线4.2焊缝符号及标注7.常用焊缝尺寸标注法(1)焊缝横截面上的尺寸，标在基本符号左侧。(2)焊缝长度方向的尺寸，标在基本符号的右侧(3)坡口角度α、坡口面角度β、根部间隙b标在基本符号的上侧或下侧。(4)相同焊缝数量及焊接方法代号标在尾部。(5)当数据较多时，可在数据前增加尺寸符号。4.2焊缝符号及标注4.2焊缝符号及标注8.焊缝尺寸标注示例4.2焊缝符号及标注焊接工艺规程设计课件4.2焊缝符号及标注9.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。焊缝的规定画法，如图所示。4.2焊缝符号及标注4.3焊接接头及坡口型式1.接头型式

常见焊接接头有对接接头、T形接头、角接接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、焊件厚度、焊缝强度要求及施工条件等来选择。对接接头T形接头角接接头搭接接头4.3焊接接头及坡口型式对接接头T形接头角接接头焊接工艺规程设计课件4.3焊接接头及坡口型式2.对接接头(1)对接接头特点①对接接头容易保证焊透,接头质量高;

②应力分布均匀受力情况好;③静载和动载都具有很高连接强度但是:①对焊前准备和接头装配要求较高。②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焊缝余高打磨平整或喷丸后出厂。4.3焊接接头及坡口型式焊接工艺规程设计课件4.3焊接接头及坡口型式2.对接接头(2)坡口形式①一般情况，手工电弧焊焊接6mm以下焊件和自动焊焊接14mm以下焊件时，可不开坡口；②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，保证焊透，且可降低热规范，减小热影响区和减少焊件的变形。③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V形、V形坡口、U形坡口、单边U形、K形坡口、X形坡口、U形V形混合坡口和双U形坡口等(见图)。4.3焊接接头及坡口型式2.对接接头/(2)坡口形式④坡口、钝边和间隙尺寸配合好，可保证焊透，也可避免烧穿、未焊透等缺陷。⑤坡口型式选择，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、焊条消耗量以及焊接工艺等各方面因素来考虑。2.对接接头/(2)坡口形式2.对接接头(2)坡口形式⑥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(图)。2.对接接头焊接工艺规程设计课件3.T形接头(1)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称为T形接头。(2)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。(3)适于空间类焊件，具有较高强度，如船体结构中约70％的焊缝采用了T形接头。

(4)可分不开坡口、单边V形、双边V形及K形坡口，可用单面或双面焊。

3.T形接头未开坡口T形接头开坡口T形接头未开坡口开坡口4.3焊接接头及坡口型式3.T形接头对不开坡口的T形接头，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透缺口，且此种焊缝不能承受反方向的力矩。

4.3焊接接头及坡口型式4.3焊接接头及坡口型式4.角接接头(1)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。(2)通常只起连接作用，只用来传递工作载荷。

4.3焊接接头及坡口型式4.3焊接接头及坡口型式4.角接接头图示为不允许的角接焊缝结构。这些角焊缝应力分布不均，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。

4.3焊接接头及坡口型式4.3焊接接头及坡口型式5.搭接接头焊前准备简便，但受力时产生附加弯曲应力，降低了接头强度。4.3焊接接头及坡口型式4.4金属焊接性与焊接工艺评定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。(1)人员准备焊接工人及操作技能(2)物质准备原材料焊接材料焊接设备(3)技术准备——主要介绍焊接前技术准备制定焊接工艺——金属焊接性试验

验证焊接工艺——焊接工艺评定试验4.4金属焊接性与焊接工艺评定4.4金属焊接性与焊接工艺评定4.4.1金属焊接性1.焊接性概念采用一定焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属对焊接加工的适应性。两个方面：(1)工艺焊接性——接合性能，主要指在给定的焊接工艺条件下，形成完好焊接接头的能力，特别是焊接接头对产生裂纹的敏感性；(2)使用焊接性——使用性能，在给定的焊接工艺条件下，焊接接头在使用条件下安全运行的能力，包括焊接接头的力学性能和其它特殊性能（如耐高温、耐腐蚀、抗疲劳性能等）。4.4金属焊接性与焊接工艺评定4.4金属焊接性与焊接工艺评定4.4.1金属焊接性2.金属焊接性的意义

原则上，各种金属都能进行焊接，但金属本身固有的基本性能，还不能直接表明它在焊接时会出现什么问题以及焊接以后焊接接头的性能是否能满足使用要求，所以，金属材料对焊接加工的适应性用焊接性来衡量。金属材料焊接性是金属的工艺性能在焊接过程中的反映，了解及评价金属材料的焊接性，是焊接结构设计、确定焊接方法、焊接工艺评定、制定焊接工艺的重要依据。4.4金属焊接性与焊接工艺评定4.4金属焊接性与焊接工艺评定4.4.1金属焊接性3.焊接性试验方法(1)按试验者与研究对象的关系分类①间接试验：以推理或模拟为主要特征；②直接试验：以焊接试件为主要特征。(2)按照金属焊接性的内涵分类①工艺焊接性试验：评定结合性能；②使用焊接性试验：评定使用性能。4.4金属焊接性与焊接工艺评定焊接工艺规程设计课件4.4金属焊接性与焊接工艺评定4.4.2焊接工艺评定——验证焊接工艺1.概念:焊接工艺评定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求，则证明所编制的焊接工艺是可行的，可根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。4.4金属焊接性与焊接工艺评定4.4.2焊接工艺评定2.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。3.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。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。

可按以下三个程序进行：4.4.2焊接工艺评定4.4.2焊接工艺评定3.焊接工艺评定特点和程序(1)由具有专业知识和实践经验焊接工艺人员，根据钢材焊接性能试验，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、补加因素和次要因素，拟定焊接工艺指导书。(2)按照焊接工艺指导书和标准规定来施焊试件，检验及测定试样性能，填写焊接工艺评定报告。如果评定不合格，应修改焊接工艺指导书继续评定，直到评定合格。(3)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、焊接工艺评定报告结合实际生产条件，编制焊接工艺卡，用于产品施焊。4.4.2焊接工艺评定焊接性试验焊接工艺指导书焊接试板焊接工艺评定

焊接工艺细则卡

焊接产品制定验证应用焊接性试验制定验证应用4.4.2焊接工艺评定4.焊接工艺评定试验(1)由施焊单位的熟练焊工进行试件焊接；(2)焊接工艺评定试板应具有足够的尺寸;

SMAW和气保焊，至少为300mm×500mm；埋弧焊，400×600，电渣焊500×800。(3)试板焊完后，应按焊接工艺指导书规定焊接工艺试件，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。(4)试件检验合格后，加工拉力、弯曲和冲击试样(图)，试样尺寸按相应国家标准规定制作。(5)试验结果应符合产品技术条件要求。4.4.2焊接工艺评定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角接焊缝管板试件切取宏观试样示意图角接焊缝管板试件切取宏观试样示意图4.5焊接工艺要素和规范

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。

焊接工艺细则卡规定的焊接工艺要素：

①焊前准备，焊接设备，焊接材料，坡口加工，清洗，装配；②焊接方法选择；

③焊接工艺规范参数，预热、电参数、后处理；④焊接操作技术；⑤焊后检查等。4.5焊接工艺要素和规范4.5焊接工艺要素和规范4.5.1焊前准备1.坡口加工(1)剪切—常用于不开坡口的薄板

生产率高，加工方便，边缘平直，但不能剪切厚板，不能加工有角度坡口，一般适用于25mm以下板厚。(2)刨边—用于直边坡口

用刨床或刨边机加工直边坡口，加工质量好，坡口平直，精度高。4.5焊接工艺要素和规范4.5.1焊前准备/1.坡口加工(3)车削—用于管子坡口

车削可加工出各种型式的坡口，厚壁筒体的U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。移动式管子坡口机便携式管道坡口机4.5.1焊前准备/1.坡口加工移动式管子坡氧乙炔切割加工坡口4.5.1焊前准备/1.坡口加工(4)氧乙炔切割—应用最广的加工坡口方法

利用气割可以得到任何角度的V形、X形、单边V形、K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，可同时安装二三把割炬，能将V形、X形坡口一次切成)。质量好，生产率高。氧乙炔切割加工坡口4.5.1焊前准备/1.坡口加工4.5.1焊前准备1.坡口加工(5)铲削—用于加工坡口,清焊根

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代替。(6)碳弧气刨—常用于清焊根

碳弧气刨效率比风铲高，劳动强度小．特别在开u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，刨割时烟雾大，要采取排烟措施。4.5.1焊前准备4.5.1焊前准备2.坡口清洗(1)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纹的有效措施。(2)手工电弧焊清理宽度为20mm范围；埋弧自动焊为30mm；电渣焊为40mm。(3)焊接过程中不发生冶金反应的焊接方法,如TIG焊，MIG焊，PAW焊等，更应重视。4.5.1焊前准备4.5.1焊前准备3.坡口装配(1)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，在压力容器制造中，对接接头错边量的要求较高。A，B类焊缝对口错边量应符合下表规定。

4.5.1焊前准备

4.5焊接工艺要素和规范4.5.2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，焊接电参数(电流、电压、电流种类、频率、焊接和送丝速度等)，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。1.焊前预热温度的选定焊前预热的作用：①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；4.5焊接工艺要素和规范4.5焊接工艺要素和规范4.5.2焊接工艺规范参数②减小焊接区的温度梯度，从而降低焊接接头的内应力；③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。④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；⑤延长焊接区l00℃以上停留时间，利于焊缝金属中氢逸出，降低氢致裂纹危险。对于结构简单的焊件，可按表4—7规定的温度范围进行预热。4.5焊接工艺要素和规范

4.5焊接工艺要素和规范4.5.2焊接工艺规范参数2.焊接电参数(1)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。(2)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、基本电流和峰值电流值。(3)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考虑焊接热输入量对接头性能的影响。手工电弧焊焊条直径选择及相应的焊接电流范围见表4-8.4.5焊接工艺要素和规范焊接工艺规程设计课件4.5.2焊接工艺规范参数3.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150～250℃，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300～400℃温度范围内进行，这种处理就称为“消氢处理”。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2～4h后空冷。4．焊后热处理

常用的焊后热处理有：(1)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影响。回火温度应在在AC3以上50～100℃。4.5.2焊接工艺规范参数4.5.2焊接工艺规范参数4．焊后热处理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。(2)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AC3以上30～50℃。过高的正火温度会导致晶粒的长大，起不到正火的效果。保温时间按1～2min/min壁厚计算。保温结束后将工件放在平静空气中冷却。

4.5.2焊接工艺规范参数4.5.2焊接工艺规范参数4．焊后热处理(3)消除应力处理

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。消除应力处理的作用：①消除残余应力，稳定构件尺寸；②改善构件母材与焊接接头的性能；③析出焊接区域有害气体，防止延迟裂纹；④提高构件抗应力腐蚀的能力；⑤提高耐疲劳强度。4.5.2焊接工艺规范参数焊接工艺规程设计课件4.6焊接应力和变形4.6.1焊接应力和变形概念1.概念: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焊接瞬时变形和瞬时应力。焊后温度冷却至室温时留存于焊件中的变形和应力分别称为焊接残余变形和焊接残余应力(welding

residual

stresses)

。

沿焊缝的纵向裂开船体结构焊接变形

4.6焊接应力和变形沿焊缝的纵向裂开船体结构焊接变形4.6焊接应力和变形4.6.1焊接应力和变形概念2.自由变形: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场，焊缝及其附近温度最高，可达1600℃以上，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:单位长度的自由变形量:4.6焊接应力和变形4.6.2焊接应力和变形产生的原因1.焊接加热时

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。焊接时，局部加热使焊件金属受热膨胀，应该产生abcde的伸长变形。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Δι。此时，焊缝中心两侧受拉应力作用，而焊缝中心受压应力，当压应力超过屈服强度时，将产生压缩塑性变形。4.6.2焊接应力和变形产生的原因4.6.2焊接应力和变形产生的原因2.焊接冷却后：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，焊缝两侧只发生弹性变形的金属应恢复原长度，焊件端面应产生lmnop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间区域缩短，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。平板对接焊后比焊前缩短了Δι’。4.6.2焊接应力和变形产生的原因4.6焊接应力和变形4.6.3焊接残余应力的分布、影响和消除焊接应力可分为热应力、拘束应力、相变应力和焊接残余应力，焊接残余应力往往数值很大，在厚度较大的焊接结构中，焊接残余应力一般可达到材料的屈服极限σs。1.焊接应力的分类

(1)纵向应力：沿着焊缝长度方向的应力;(2)横向应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力;(3)厚度方向应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力。4.6焊接应力和变形

4.6.3焊接残余应力的分布、影响和消除2.焊接残余应力的分布(1)焊缝纵向应力σx沿着焊缝纵向的应力称为纵向应力σx；把垂直于焊缝纵向的应力称为横向应力σy。焊缝及其附近的压缩塑性变形区内σx的为拉应力，其值一般可达材料的屈服强度。

4.6焊接应力和变形2.焊接残余应力的分布(2)焊缝横向应力：图为一定长度平板焊缝中横向应力σy的分布。焊缝及其附近的压缩塑性变形区内σy为拉应力，两端为压应力，离开焊缝中心越远，σy迅速衰减。4.6焊接应力和变形4.6焊接应力和变形2.焊接残余应力的分布(3)厚度方向应力：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。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）。4.6焊接应力和变形4.6焊接应力和变形4.6.3焊接残余应力的分布、影响和消除3.焊接残余应力的影响

(1)对结构强度与受压件稳定性的影响

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。(2)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韧性的下降和焊接缺陷的产生，都会促使构件在外载不大的情况下发生低应力脆断。(3)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，使疲劳寿命降低。4.6焊接应力和变形4.6焊接应力和变形4.6.3焊接残余应力的分布、影响和消除3.焊接残余应力的影响

(4)对焊件加工精度和尺寸稳定的影响(5)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力。在计算裂纹扩展驱动力——应力强度因子KI时，残余应力σr用拉应力的当量值σ3来考虑残余应力对裂纹扩展的贡献，即：

σ3=αrσr

其中αr和裂纹的类型(穿透裂纹、埋藏裂纹、表面裂纹)及裂纹方向(和熔合线平行的裂纹、和熔合线垂直的裂纹、角焊缝裂纹)有关。4.6焊接应力和变形4.减少和消除焊接残余应力的措施与方法

从设计和焊接工艺两方面减少焊接残余应力(1)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，降低应力峰值。①尽量减少焊缝数量，减少焊缝尺寸和长度。②焊缝应避免过分集中(图)，有足够距离，要尽可能避免交叉，以免出现三向复杂应力。③焊缝不要布置在高应力区及断面突变的地方，以避免应力集中。④采用刚性较小接头表式。翻边替插入管。4.减少和消除焊接残余应力的措施与方法4.6焊接应力和变形4.6.3焊接残余应力的分布、影响和消除4.减少和消除焊接残余应力的措施与方法(2)工艺上减小焊接应力的方法①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。②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。③锤击焊缝。减小焊接应力与变形。④减少氢含量及消氢处理。(3)消除残余应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、压力容器受压元件，均应进行焊后热处理以消除内应力。4.6焊接应力和变形4.6焊接应力和变形4.6.4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和冷却。因为焊接时，焊件仅在局部区域被加热到高温，但加热区域金属因受到周围温度较低的金属阻止，却不能自由膨胀；而冷却时又由于周围金属的牵制不能自由地收缩。结果这部分加热的金属存在拉应力，而其它部分的金属则存在与之平衡的压应力。当这些应力超过金属屈服极限(σs)时，将产生焊接变形；当超过金属强度极限(σb)时，则会出现裂缝。4.6焊接应力和变形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

焊接变形可能是多种多样的，最常见的有五种基本形式或者是这几种变形的组合。图(a)是平板对接焊接以后产生的纵向和横向收缩变形；图(b)是平板对接后的角变形；图(c)是圆筒件焊缝布置偏离焊件形心轴形成的弯曲变形；图(d)是薄壁焊件焊后产生的波浪形变形。图(e)是梁柱结构焊接时容易出现的扭曲变形。其中收缩变形、弯曲变形属整体变形，而另外几种形式为局部变形。4.6.4焊接变形的形式、影响因素及控制方法焊接工艺规程设计课件4.6.4焊接变形的形式、影响因素及控制方法2.焊接变形的影响因素

(1)焊缝位置对焊接变形的影响

结构对称的焊缝，只产生纵向和横向缩短;不对称时，则会引起弯曲变形;而当焊缝截面重心偏离接头截面重心时，则会产生角变形。(2)结构刚性的影响：

受同样大小的力，刚性大的结构变形小，刚性小的结构则变形大。焊接变形总是沿着结构或焊件刚性的约束最小的方向进行。4.6.4焊接变形的形式、影响因素及控制方法4.6.4焊接变形的形式、影响因素及控制方法2.焊接变形的影响因素

(3)装配和焊接次序的影响：

多条焊缝焊接时，刚性约束大小取决于装配焊接次序。对截面对称、焊缝对称焊接结构，可采用先装配成整体的方法。对复杂焊接结构，因为焊缝多，各焊缝引起的变形相互影响，难以控制，因此必须采用部分装配、焊接、再装配、再焊接的次序，以控制总体焊接变形。(4)其他影响因素：焊接变形还和坡口型式、装配间隙、焊接规范、焊接方法也密切相关。4.6.4焊接变形的形式、影响因素及控制方法4.6.4焊接变形的形式、影响因素及控制方法3.控制焊接变形的方法为了控制和减小焊接变形，应采用必要的合理设计方案和工艺措施。

(1)合理的设计方案

保证承载能力条件下，应尽量减小焊缝数量、长度和尺寸。应合理安排焊缝的位置，使结构中所有焊缝尽量对称于截面中性轴，或接近中性轴，以减小焊件的变形。(2)必要的工艺措施①预留收缩余量。在工件备料时加一定收缩余量。一般焊缝的纵向收缩量按焊缝的长度来计算。数值和坡口、接头型式及板厚有关。4.6.4焊接变形的形式、影响因素及控制方法②反变形法

用经验或计算方法，须先判断工件在焊后可能发生变形大小和方向，在焊前装配时、预先将焊件向将要变形的反方向摆放或人为变形，控制得当，可使得到正确形状，防止残余变形。②反变形法

用经验或计算方法，须先判断工件在焊后可能发生变形②反变形法薄壁壳体管座焊接结构②反变形法薄壁壳体管座焊接结构4.6.4焊接变形的形式、影响因素及控制方法③选择合理的焊接方法和规范采用能量集中热源和快速焊接方法;

使用气保焊替代气焊和SMAW，可减小变形；使用SMAW焊时，多层焊比单层焊变形小；增加焊接速度，也能减小焊接变形。④合理的装配焊接次序

把大型结构适当地分成几个部件，分别装配焊接，然后再拼焊成整体。4.6.4焊接变形的形式、影响因素及控制方法4.6.4焊接变形的形式、影响因素及控制方法⑤刚性固定法

焊前将结构固定夹紧，依靠外加约束减小焊接变形，但是刚性夹持阻止了焊件的自由收缩，将在构件内部产生较大内应力，应针对焊件材料和结构形式慎重选择。4.6.4焊接变形的形式、影响因素及控制方法4.6.4焊接变形的形式、影响因素及控制方法⑥采用合理的焊接顺序4.6.4焊接变形的形式、影响因素及控制方法4.6.3焊接变形的形式、影响因素及控制方法4.矫正焊接变形方法即使采用控制变形方法，构件焊接后难以避免产生变形。当焊件超出产品技术要求所允许焊接变形时，都要求焊后进行矫正，使之符合产品质量要求。矫正的实质是使焊接构件产生新的变形，以抵消焊接时所发生的变形。矫正焊接变形过程往往增加构件的内应力。因此矫正变形之前最好先消除焊接残余应力，以免矫正变形时构件发生局部破裂。

生产中常用机械矫正和火焰加热矫正4.6.3焊接变形的形式、影响因素及控制方法4.矫正焊接变形方法

(1)机械矫正法：用机械加压或锤击产生塑性变形方法。锤击或辗压焊缝应在刚焊完时进行。锤击应均匀、适度，避免锤击过分产生裂纹。4.矫正焊接变形方法4.6.4焊接变形的形式、影响因素及控制方法4.矫正焊接变形方法(2)火焰矫正法：火焰加热矫正法是利用火焰局部加热后的冷却收缩，来抵消该部分伸长变形。加热部位必须正确，火焰加热矫正的加热温度一般为600～800℃。火焰加热校正法4.6.4焊接变形的形式、影响因素及控制方法火焰加热校正法4.6.4焊接变形的形式、影响因素及控制方法4.矫正焊接变形方法(3)矫形时，要特别注意钢种:对耐腐蚀的零部件不宜使用锤击方法，以防产生应力腐蚀;对具有晶间隙蚀倾向的不锈钢和淬硬倾向较大的钢材不宜用火焰矫形,可能产生敏化倾向；对冷裂倾向较大的高强钢要少用机械法矫形，因该法易产生冷作硬化。4.6.4焊接变形的形式、影响因素及控制方法4.7焊接缺陷及检验1.概念:焊接过程中或焊后一段时间内，由于焊接的原因(冶金、材料或内外力)，在焊接接头范围内产生的金属材料分离现象(局部断裂)。裂纹是一种最危险焊接缺陷，端部尖锐，张开位移比裂纹长度小得多。防止焊接裂纹是焊接结构设计和制造的重大内容。焊接裂纹母材原始裂纹4.7焊接缺陷及检验焊接裂纹母4.7焊接缺陷及检验

现代焊接技术是完全可以得到高质量的焊接接头的。但是，焊接生产：(1)生产工序繁多；(2)使用多种工艺装备和焊接材料；(3)受操作者的技术水平等许多因素影响；因此，焊接极易出现各种各样的焊接缺陷。4.7焊接缺陷及检验4.7.1焊接缺陷1.焊接缺陷分类(1)外部缺陷,分几何尺寸和形状缺陷

①尺寸缺陷：焊缝长、宽不齐，高低不平；②形状缺陷：咬边，凹坑，焊瘤，烧穿；(2)内部缺陷,分体积性和平面状缺陷体积性缺陷①气孔(porosity)

②夹渣(inclusions)

缝隙状缺陷③未熔合(lackoffusion)④未焊透(lackofpenetration)⑤裂纹(cracks)4.7.1焊接缺陷4.7.1焊接缺陷2.焊接缺陷特点、形成原因(1)尺寸缺陷

长度和宽度不够、焊道宽狭不齐、表面高低不平、焊高低于母材、焊脚两边不均。主要原因：坡口角度不恰当或装配间隙不匀；焊接电流过大或过小；焊接速度不当或焊条倾角不合适；电弧长度控制不稳等。4.7.1焊接缺陷4.7.1焊接缺陷2.焊接缺陷特点、形成原因(2)焊缝的形状缺陷:指焊缝表面形状可以反映出来的不良状态，会降低焊缝的质量。①咬边——由于焊接参数选择不当，或操作工艺不正确，沿焊趾母材部位产生的沟槽或凹陷。咬边分为内、外咬边或者焊缝两侧同时咬边。4.7.1焊接缺陷4.7.1焊接缺陷2.焊接缺陷特点、形成原因(2)焊缝的形状缺陷：②凹坑——焊缝表面或背面形成低于母材表面局部低洼。它发生在焊缝表面或焊缝根部。③烧穿——熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷。发生烧穿现象必须修补填平。④焊瘤——熔化金属流淌到焊缝之外的未熔化母材上所形成的金属瘤。根部凹坑外(a)内(b)焊瘤4.7.1焊接缺陷根部凹坑外(a)内(b)焊4.7.1焊接缺陷2.焊接缺陷特点、形成原因(3)体积性缺陷①气孔——焊接时，熔池中气体在凝固时未能逸出所形成的空穴称为气孔。②夹渣——焊后残留在焊缝中熔渣称为夹渣。它在焊缝中形状有单个点状夹渣、条状夹渣、链状夹渣和密集链状夹渣等。气孔夹渣4.7.1焊接缺陷气孔夹渣4.7.1焊接缺陷2.焊接缺陷特点、形成原因(4)缝隙状缺陷①未焊透——焊接接头根部未完全熔透的现象叫未焊透。易出现在单面焊根部和双面焊中部。②未熔合——焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未完全熔化结合的部分称为未熔合，4.7.1焊接缺陷4.7.1焊接缺陷2.焊接缺陷特点、形成原因(4)缝隙状缺陷③裂纹(cracks)——焊接时，新界面产生的缝隙称为裂纹。裂纹具有尖锐的端部和大的长宽比的特征，按其产生方向及部位不同，可分为纵向、横向、熔合线、根部裂纹、弧坑裂纹以及热影响区裂纹等。

裂纹是焊缝中最危险的缺陷，大部分焊接构件破坏是由裂纹造成的。焊接接头中不允许有裂纹存在。4.7.1焊接缺陷4.7焊接缺陷及检验4.7.2焊接裂纹1.焊接裂纹分类：焊接裂纹种类繁多，其区分也有较大不同，一般按裂纹发生时期和部位分类。(1)热裂纹(hotcracks)；(2)冷裂纹(coldcracks)(3)再热裂纹(reheatcracks)(4)层状撕裂(lamellartearing)4.7焊接缺陷及检验4.7.2焊接裂纹2.焊接裂纹形态树枝状裂纹4.7.2焊接裂纹树枝状裂纹4.7.2焊接裂纹2.焊接裂纹形成的一般条件高强钢桥梁，造船钢结构，冷裂纹，占90％。石化装置或动力设备，热裂纹则占多数。珠光体耐热钢，其再热裂纹又很容易出现。裂纹的产生有两个原因。按内因外因论：(1)内因：一定材料在特定温度区间存在致脆因素,使接头具体部位在拉伸应力作用下发生开裂。(2)外因：拘束造成的应力应变是造成开裂的主要原因之一。开裂过程必须要求有一定的应力作用，而焊接过程中的局部不均匀加热过程必然造成接头在焊接的冷却过程中由于结构整体的拘束而受到拉伸应力应变。4.7.2焊接裂纹4.7.2焊接裂纹3.热裂纹(1)焊接热裂纹的特征①大多数发生在凝固过程中，也有凝固之后。②发生在焊缝或热影响区的近缝区,多数在焊缝表面开口，有氧化色彩。③裂纹一般具有高温沿奥氏体晶界开裂性质。SAW凝固热裂纹(solidificationcracking)4.7.2焊接裂纹SAW凝固热裂纹(solidificat4.7.3焊接裂纹3.热裂纹(2)形成机理：

焊缝及近缝区凝固过程中,当存在低熔点共晶体时，由于焊接冷却速度快，当晶粒已凝固，而晶界处于液态，变形阻力几乎为零时，若焊接拉应力较大，沿晶界拉开，形成裂纹。4.7.3焊接裂纹3.热裂纹(3)影响因素①焊缝化学成份的影响焊接中的许多低熔共晶体是焊接冶金反应的产物。凡能产生低熔共晶体的元素都是促进热裂的元素；凡能细化晶粒或产生高熔点化合物或能使低熔点共晶体成球状或块状分布的元素均对抑制热裂有效。3.热裂纹3.热裂纹(3)影响因素②焊缝断面形状的影响深而窄的焊缝由于宏观偏析主要集中于焊缝中间，易形成热裂纹，为此在厚板埋弧自动焊时要特别注意调节焊接电流与电弧电压的比例，使焊缝形状系数大于1.3～1.5。手弧焊时焊缝截面小，电流低，不易造成深而窄的焊缝。3.热裂纹影响焊缝形状系数的因素影响焊缝形状系数的因素3.热裂纹(3)影响因素③焊接工艺及焊件结构的影响焊件结构和焊接工艺直接影响到焊接接头的拘束度，反映在焊接拉伸应变大小上，它对热裂纹的影响属于力学因素。3.热裂纹3.热裂纹(4)预防焊接热裂纹的措施①预防热裂纹基本措施是严格控制焊缝化学成份，限制碳、硫、磷杂质元素含量，也可在焊接材料中加入足够脱硫剂。②采取工艺措施，如焊前预热、伴热、用大线能量(应保证焊缝形状系数不过小)。③尽量降低焊件刚性等，减小焊接内应力。3.热裂纹4.冷裂纹(1)冷裂纹的特征冷裂纹是焊接低合金高强度钢、中合金钢和中碳钢等易淬火钢材时最易产生的焊接缺陷。①焊后冷至较低温度下产生,对低合金高强度钢一般产生于马氏体转变温度以下或更低温度。②主要产生热影响区，产生焊缝区可能性极小。③端口具有发亮金属光泽，裂纹无分叉，常具有延迟性。(2)产生原因：

冷裂纹产生的本质，是焊件热影响区的低塑性组织(淬硬组织)、焊接接头中的氢和焊接应力综合作用的结果。4.冷裂纹4.冷裂纹/(3)影响因素①钢的淬硬倾向——焊接时近缝区会产生硬而脆的粗大马氏体组织，当受到焊接拉应力作用时就易开裂，淬硬倾向越大，越易产生裂纹。钢材化学成分对硬度的影响可用碳Cd当量表示：

4.冷裂纹/(3)影响因素4.冷裂纹/(3)影响因素②氢的作用——氢所诱发的冷裂纹，从潜伏、萌生、扩展，以至开裂具有延迟断裂和特征，至于延迟时间长短和焊接接头的应力水平以及氢的浓度有关。临界应力左图，临界氢浓度右图

临界氢含量和化学成分及碳当量有关。4.冷裂纹/(3)影响因素4.冷裂纹/(3)影响因素②氢的作用(续)研究表明：母材本身的含氢量对冷裂纹不起主要作用，主要焊接过程中溶解的原子或半电离状态氢。富氢区的形成：电弧高温→分解→溶解冷却→溶解度↓→过饱和扩散→冷却条件不同→两条温度转变线→AB边界→热影响区→富氢区4.冷裂纹/(3)影响因素4.冷裂纹/(3)影响因素③焊接应力的作用

当焊接应力为拉应力、氢析集和材料淬火硬化同时发生时，极易发生冷裂纹。厚板焊接更易根部冷裂一是因为厚板刚性大，二是因为厚板冷却快，促使产生淬硬性火组织，三是焊接应力大所致。热应力相变应力拘束应力左图示出氢在应力中扩展。4.冷裂纹/(3)影响因素4.冷裂纹(4)预防冷裂纹的措施冷裂纹是三个因素的综合作用，排除或削弱其中任何一个因素都对防冷裂有利。若仅存在某一因素的作用，冷裂纹也不致产生。①最大限度降低焊缝氢含量。焊条和焊剂要高温烘干，去除潮气，清除坡口区域的油锈水。焊后加热到200～300℃，以利于氢扩散逸出。②焊前预热，焊后缓冷。用预热、伴热和焊后热处理以及采用大线能量施焊均利于氢的逸出和降低淬火倾向。③严格控制母材含磷量，以防冷脆。④采取有利于降低焊接残余应力的措施。4.冷裂纹5.再热裂纹(1)再热裂纹的特征①

再热裂纹是在焊后消除应力热处理再加热到540～930℃范围内产生的②裂纹沿热影响区的粗晶区的晶界扩展；③呈树枝状分枝的晶间裂纹，裂纹扩展到焊缝或母材的细晶粒区就终止了。热影响区粗晶区裂纹形态5.再热裂纹热影响区粗晶区裂纹形态5.再热裂纹(2)再热裂纹形成机理

焊后消除应力热处理再加热受到550～700℃时经过保温，合金碳化物弥散析出在位错线上，强化了晶内，同时粗晶区晶界的强度低，塑性差，再加热过程中，残余应力释放，晶界强度又低于晶内，导致晶界开裂。5.再热裂纹5.再热裂纹(3)影响因素——影响再热裂纹的因素很多：如母材的化学成分、拘束状态、焊接规范、焊条强度、消除应力规范和使用温度等。①化学成份主要影响热影响区晶界塑性；②拘束状态、焊接规范影响焊接残余应力大小；③消除应力热处理规范或使用温度主要影响再热作用下所引起的塑性应变量和合金碳化物弥散析出程度。

因此，热影响区粗晶区的塑性变形能力、焊接残余应力和再热引起的塑性应变量是影响再热裂纹的三个基本因素。5.再热裂纹5.再热裂纹/(4)预防再热裂纹的措施一是改善焊接热影响区粗晶区的塑性；二是减少焊接残余应力。①选用再热裂纹敏感性小的母材，是根本措施；②采取一切有利于降低焊接残余应力的措施；③避免焊接残余应力与其他应力(结构应力、再热过程中的热应力等)的复合；④采用低匹配焊接材料利于吸收变形。⑤改变焊后消除应力处理的参数，如快速加热，或以后热代替再热等。5.再热裂纹/(4)预防再热裂纹的措施6.层状撕裂/(1)层状撕裂的特征①焊缝快速冷却过程中，在板厚方向焊接拉伸应力作用下，在钢板中产生与母材轧制表面平行的裂纹，常发生T形、K形厚板接头中；②大多数在焊后冷却到150℃以下或室温以后产生，当结构拘束度大，敏感性较高时，在300～250℃范围内也可能产生。6.层状撕裂/(1)层状撕裂的特征6.层状撕裂(2)造成层状撕裂的主要因素①夹杂物的影响。

MnS夹杂为主，呈清晰阶梯状；硅酸盐夹杂，呈直线状

Al2O3夹杂，呈不规则阶梯状；②母材性能的影响。金属基体的塑性、韧性对层状撕裂有重要影响。塑性、韧性差，抗层状撕裂能力差。③拘束应力的影响。一般在角接接头和T形接头这类易形成较大两向拘束应力的情况下，才会引起层状撕裂。6.层状撕裂6.层状撕裂(3)层状撕裂的预防措施层状撕裂修复困难，主要是预防。①当焊接接头的拘束程度可能会导致层状撕裂时，就应对所用钢板进行层状撕裂敏感性评定，并选用对层状撕裂敏感性低的钢板。②采用合理的坡口型式，尽可能使焊缝熔合线同钢板成一角度。6.层状撕裂6.层状撕裂(3)层状撕裂的预防措施③对层状撕裂比较敏感的钢种，如设计允许，可用强度等级较低、塑、韧性较好的焊接材料，降低钢板厚度方向的应力。④钢种层状撕裂敏感性较高，可在焊接坡口处的钢板表面预先堆焊几层低强度的焊缝金属。6.层状撕裂4.7焊接缺陷及检验4.7.3焊接缺陷检验1.焊接缺陷检验方法——非破坏性与破坏性检验。（Non-Destructive&DestructiveTesting）(1)非破坏性检验——不破坏焊接产品本身的检验。

外观检验无损检测

致密性试验。(2)破坏性检验——用焊接试板制取试样进行检验。化学成分分析力学性能试验金相组织检验4.7焊接缺陷及检验4.7.3焊接缺陷检验2.破坏性检验

在锅筒主焊缝(纵、环缝)进行焊接的同时，需进行焊接试样板的焊接。焊接试样板所用材料及板厚必须与锅筒相同，所用焊接设备、工艺规范、焊后热处理规范均应与锅筒焊接相同，以便使焊接试样板焊接接头质量在一定程度上代表锅筒的焊接质量。对割取的试样进行各项试验，包括：力学性能试验:拉伸，弯曲，冲击试验化学成分分析:光谱分析,化学分析材料的金相组织检验:光学显微镜，SEM,TEM4.7.3焊接缺陷检验4.7.3焊接缺陷检验3.非破坏性检验(1)外观检验锅筒上的全部焊缝均应进行外观检验。检验前应将焊缝表面熔渣和污垢清理干净，然后依靠肉眼或低倍(≤20倍)放大镜检查焊缝和热影响区是否有表面缺陷，并检查焊缝外形尺寸是否符合要求。4.7.3焊接缺陷检验2.非破坏性检验(2)无损检测(NondestructiveTesting——NDT)无损检测方法很多，各有其特点及适用范围。限于目前检测的水平，一般不能直接辩认缺陷的种类及性质，只能识别缺陷的大小和形状，由此间接地判断缺陷的性质。无损检测技术是一门以物理学、力学、电子学和材料科学为基础的新兴学科。其检测手段和相关原理涉及到力、热、磁、光、电等物理、力学现象，主要对产品和焊接接头的内部及表面的缺陷状态进行检查。形成了射线、超声波、渗透、磁性、声发射、涡流、红外、液晶、声振动、激光全息等检测方法。弥补以统计学为依据的破坏性检测的局限性。2.非破坏性检验2.非破坏性检验(2)无损检测(NDT)1)射线检测(RadiographicTesting——RT)射线探伤是利用射线可穿透物质和在物质中有衰减的特性来发现缺陷的一种检测方法。按检测所使用的射线不同，可分为X射线、γ射线、高能射线检测三种。由于其显示缺陷的方法不同，每种射线检测都又分电离法、荧光屏观察法、照相法和工业电视法。射线检验主要用于检验焊缝内部的裂纹、未焊透、气孔、夹渣等缺陷。2.非破坏性检验2.非破坏性检验/(2)无损检测(NDT)1)射线检测(RadiographicTesting——RT)

2.非破坏性检验/(2)无损检测(NDT)2.非破坏性检验/(2)无损检测(NDT)2)超声波检测(UltrasonicTesting——UT)超声波在在不同介质的界面上会产生反射，因此可用于内部缺陷的检验。超声波可以检验任何材料、任何部位缺陷，且能较灵敏地发现缺陷位置，但对缺陷性质、形状和大小较难确定。所以超声波检测常与射线检验配合使用。

2.非破坏性检验/(2)无损检测(NDT)焊接工艺规程设计课件2.非破坏性检验/(2)无损检测(NDT)3)磁力检测(MagneticTesting——MT)

磁力检验是利用磁场磁化铁磁性金属零件所产生的漏磁来发现缺陷的。按漏磁测量方法不同，分为磁粉法、磁感应法和磁性记录法，其中以磁粉检测和涡流检测应用最广。磁力检测只能发现磁性金属表面和近表面缺陷。对于缺陷性质和深度也只能根据经验来估计。

磁力检测之磁粉检测(MagneticParticleTesting)2.非破坏性检验/(2)无损检测(NDT)2.非破坏性检验/(2)无损检测(NDT)3)磁力检测之涡流检测(EddyCurrentTesting——ET)

高频交变电流通过励线圈向工件输送一次激励磁场，在工件中产生感应涡流，涡流又产生自生的二次磁场，涡流磁场包含工件性质及性能信息，依靠检测线圈接收涡流磁场变化的信息，检测工件中表面(Surface)或近表面(Sub-S)缺陷。2.非破坏性检验/(2)无损检测(NDT)2.非破坏性检验/(2)无损检测(NDT)3)磁力检测之涡流检测(EddyCurrentTesting——ET)

涡流检测仪器含三部分：发生(generating)——为检测线圈提供交流电流；接收(receiving)——接收信号并进行信号处理；显示(displaying)——以荧光屏，磁带等显示记录。2.非破坏性检验/(2)无损检测(NDT)2.焊接接头的检验方法/(2)无损检测(NDT)4)渗透检验(LiquidPenetrantTesting——PT)渗透检验是利用某些液体的渗透性等物理特性来发现和显示缺陷的，包括着色检验和荧光检验两种，可检查铁磁性和非铁磁性材料表面缺陷。只适合发现开口的表面缺陷。

2.焊接接头的检验方法/(2)无损检测(NDT)2.焊接接头的检验方法/(2)无损检测(NDT)5)声发射检验(AcousticEmissionTesting——AET)固体材料受外力后，引起塑性变形，应变能以弹性波的形式瞬态释放后产生声频信号的现象称为声发射(acoustic

emission，简称AE）。声发射检测技术是一种动态检测技术可实时检测，适合无损检测；在线监控；安全评估；结构完整性评价；早期险情预报。2.焊接接头的检验方法/(2)无损检测(NDT)无损检测；在2.焊接接头的检验方法/(2)无损检测(NDT)5)声发射检验(AcousticEmissionTesting——AET)声发射是一种常见物理现象。1950’s初，德国人Kaiser研究并发现后来以他名字命名的声发射不可逆效应—Kaiser效应:声发射现象仅在第一次加载时产生，卸载后终止，只有后加载荷值超过第一次加载最大值，才有声发射产生。该现象表明：声发射不显示和记录具有一定缺陷尺寸的缺陷，而是显示正扩展的最危险缺陷。

2.焊接接头的检验方法/(2)无损检测(NDT)检验方法射线照相法探伤（直接照相法）超声波探伤原理方法穿透性脉冲发射法物理能量电磁波弹性法在缺陷部位的表现形式健全部位与缺陷部位的穿透剂量存在差异缺陷部位产生发射波显示信息器材X射线底片示波器显示的内容底片黑度不同反射波容易检测方向与X射线平行的方向与声波垂直容易检测形状在射线方向上有深度与声波垂直检验内部缺陷的方法检验方法射线照相法探伤超声波探伤原理方法穿透性脉冲发射法物理检验表面缺陷的方法检验方法磁粉探伤渗透探伤涡流探伤原理磁性吸引渗透作用电磁感应作用可能检测的缺陷表面及近表面的缺陷表面开口缺陷表面及近表面缺陷缺陷的表现形式在缺陷部位产生漏磁，并吸附磁粉渗透液的渗透涡流变化使检测线圈输出信号发生变化显示信息的器材磁粉渗透液、显像液笔式记录仪、电压表示波器适用的被检材料强磁性材料金属和非金属导电金属检验表面缺陷的方法检验方法磁粉探伤渗透探伤涡流探伤原理磁性吸4.8锅炉与压力容器用钢焊接工艺特点

钢分类锅炉钢板GB713锅炉钢管GB5310容器用钢ASTM对照低碳钢Q235-ABCD(GB700)20g20G10,20GB308710,20GB8163Q235-ABCD10,20,20R20HPA178-CA210-A低合金高强度钢16Mng19Mng22Mng13MnNiMoNbg20MnG25MnG

16MnR,15MnVR15MnVNR18MnMoNbR13MnNiMoNbR

珠光体耐热钢12Cr1MoVg15CrMog15MoG20MoG15CrMoG12Cr2MoG12Cr1MoVG12Cr2MoWVTiB12Cr3MoVSiTiB15CrMo12CrMo12Cr2Mo1.25Cr0.5Mo1Cr5Mo10MoWVNbA213-T1A213-T11/P11A213-22/P22

A213-T23/P23马氏体耐热钢

10Cr9Mo1VNb10Cr9MoW1.6VNb10Cr12MoW2VNb

A213-T91/P91A213-T92/P92A213-T/P122奥氏体不锈钢

0Cr18Ni90Cr19Ni11Nb0Cr19Ni9

0Cr17Ni12Mo20Cr18N11TiA213-TP304HA213-TP347HA213-TP316HA213-TP321H4.8锅炉与压力容器用钢焊接工艺特点钢分类锅炉钢板锅4.8锅炉与压力容器用钢焊接工艺特点

4.8.1低碳钢焊接工艺

低碳钢含有C、Si、Mn、S、P五种基本元素，用以制造中温350℃以下的钢板制件和450℃以下的钢管制件。1.低碳钢碳含量低，塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感，可焊性好；2.工艺性能好，一般不必采用特殊工艺措施，通常一些薄壁件也不需要焊后热处理；3.可采用所有焊接方法进行焊接，并能获得性能良好的焊接接头。

4.8锅炉与压力容器用钢焊接工艺特点4.8.2低合金高强度钢的焊接工艺特点

锅炉压力容器广泛采用低合金高强度钢，钢中添加Mn、Ni、Mo、Nb等合金元素，主要用于制造450℃以下的钢板制件，分成两类：1.屈服极限小于400MPa16Mng，16MnR，19Mng，22Mng，20MnG，25MnG等，Mn含量提高了钢的强度，但未损害钢的塑性和韧性，碳含量低，没有淬硬倾向，可焊性好，工艺性能好。2.屈服极限大于400MPa

15MnVR，13MnNiMoNbg等，强度高，塑性韧性差，淬火敏感性高，可焊性差，焊接接头中易产生各种缺陷，特别是焊接裂纹，焊后必须采取严格的工艺措施，才能保证焊接质量。4.8.2低合金高强度钢的焊接工艺特点4.8.2低合金高强度钢的焊接工艺特点(1)使用碱性低氢焊条，烘干后随用随取。(2)焊前预热和焊后低温消氢处理相配合，防止强度级别较高的低合金钢产生冷裂纹。(3)采取适当的焊接规范以控制焊接冷却速度。对于有过热倾向而又有一定淬硬性的钢，可以用线能量小的规范，以减少高温停留时间，同时采用预热来减小过热区的淬硬性。(4)尽量减少结构的刚性和装配应力，禁止强力组装，并采用合理的焊接顺序。(5)采用焊后热处理，以减少焊缝残余应力和改善组织状态。4.8.2低合金高强度钢的焊接工艺特点4.8.3珠光体耐热钢的焊接工艺特点

珠光体耐热钢正火后组织为珠光体，具有足够蠕变强度和抗氧化能力。用于中高压以上锅炉过热器、再热器管束、集箱等，使用温度可达450～600℃的蠕变状态；常用的有：

15MoG，20MoG，15CrMoG，12Cr2MoG，12Cr1MoVG，12Cr2MoWVTiB，12Cr3MoVSiTiB1.珠光体耐热钢含有不等Cr,Mo,V合金元素，冷却速度不同，焊后组织状态也不同，具有明显淬硬倾向，焊缝和焊接热影响区易出现硬而脆马氏体组织，容易产生裂纹。

厚工件自然冷却时，冷却速度快；薄工件焊后自然冷却时，冷却速度较慢；焊前预热，焊后缓冷，冷却速度很慢。4.8.3珠光体耐热钢的焊接工艺特点4.8.3珠光体耐热钢的焊接工艺特点2.任何厚度耐热钢接头焊后应进行热处理，消除残余应力，加快氢逸出，避免冷裂纹产生。3.焊前预热，焊后缓冷。4.8.3珠光体耐热钢的焊接工艺特点4.8.49～12%Cr马氏体型耐热钢焊接工艺特点

9%～12%Cr系马氏体型耐热钢具有很高的蠕变断裂强度和抗氧化能力，填补了低合金钢和奥氏体钢之间空白，其中10C9Mo1VNb钢625的蠕变断裂强度和奥氏体钢0Cr18Ni9等强度、10Cr9MoW1.6VNb、10Cr12MoW2VNb的性能则更加优异，是下一步发展更高参数、更大容量的超超临界发电机组主力钢种。(1)含有不等的合金元素Cr,Mo,V,Nb等。这类钢焊接时焊缝和热影响区易形成淬硬组织，使焊接接头脆性增大，容易产生裂纹。(2)焊前预热，焊后进行热处理，避免产生冷裂纹。任何厚度的耐热钢焊接接头焊后都应进行热处理，以消除残余应力，加快接头中氢的逸出，避免冷裂纹产生。4.8.49～12%Cr马氏体型耐热钢焊接工艺特点4.8.5奥氏体不锈钢的焊接工艺特点

奥氏体钢具有高的热强性和优良的抗氧化性、抗腐蚀能力，是高蒸汽参数的锅炉过热器，再热器管材高温段主要用钢。主要18-8，15-10型，25-20型奥氏体不锈钢。1.晶间腐蚀是奥氏体钢焊接的主要问题焊后450～850℃温度范围停留一段时间后，碳向奥氏体晶界扩散，并和铬化合析出碳化铬，造成奥氏体晶界贫铬，使晶间丧失抗腐蚀性能，产生晶间腐蚀。4.8.5奥氏体不锈钢的焊接工艺特点4.8.5奥氏体不锈钢的焊接工艺特点奥氏体钢焊接工艺(1)控制含碳量。碳是造成晶间腐蚀的主要因素。如含碳量很小，则碳全部溶解在固溶体中，不易扩散产生晶间腐蚀。焊接材料的含碳量应控制在0.08%以下或更低(＜0.04％)，可提高焊缝抗晶间腐蚀性能。(2)添加稳定剂。在焊接材料中加入钛、钽、铌、锆和碳亲和力比铬强元素，能够与碳结合成稳定的碳化物，从而避免在奥氏体晶界造成贫铬，可提高抗晶间腐蚀能力。4.8.5奥氏体不锈钢的焊接工艺特点4.8.5奥氏体不锈钢的焊接工艺特点奥氏体钢焊接工艺(3)采用合理的工艺措施。为防止奥氏体钢在450～850℃停留时间过长，产生晶间腐蚀，焊奥氏体钢时，一般不预热，应尽可能采用大的焊接速度、短弧和焊条不作横向摆动。多道焊时、待前一条焊缝完全冷却再焊下一道焊缝，或用垫板加速焊缝冷却。(4)焊后热处理。焊后可将焊接接头进行固溶处理。方法是把焊接接头加热到1050～1100℃，此时碳化铬又重新溶人奥氏体中，然后迅速冷却以稳定奥氏体组织。

4.8.5奥氏体不锈钢的焊接工艺特点4.8.6异种钢焊接工艺特点

锅炉介质的变化温度是一个连续的过程，因此，随着蒸汽温度的升高，所要求的锅炉耐热材料的热强性也不断提高，低合金耐热钢的最高耐热温度约为600℃，9％～12％Cr铁素体钢的最高耐温度约为650℃，因为当蒸汽温度处于566℃和593℃时，高温过热器的金属壁温将达到650℃以上，因此，铁素体钢和奥氏体不锈钢的异种钢焊接问题不可避免。异种钢焊接问题常会遇到一些特殊问题，如，两种材料所含合金元素熔入焊缝，可能使其性能良好，或产生裂开缺陷。4.8.6异种钢焊接工艺特点4.8.6异种钢焊接工艺特点焊缝金属的稀释问题

异种钢焊缝金属的化学成分取决于填充金属的成分及其被母材稀释的程度。为了确保焊缝成分的合理性，必须选用高合金材料作为填充金属，并在焊接时适当控制熔合比。对熔合区塑性的影响

异种钢焊接时奥氏体焊缝金属中紧邻熔合线处存在一个窄的低塑性带，宽度一般为0.2～0.6mm，称作熔合区脆性交界层。它的存在会严重降低焊接接头的韧性。因此，在低温下工作的异种钢接头应选用高镍合金焊条，以减小溶合区脆性马氏体层的宽度和熔合区附近冲击韧性降低的幅度。4.8.6异种钢焊接工艺特点4.8.6异种钢焊接工艺特点3.碳迁移及对高温性能的影响

焊后热处理或在高温下工作时，熔合线附近会发生碳迁移现象，从而使脱碳层软化，增碳层硬化，接头持久强度和抗腐蚀性下降。提高焊缝金属中含镍量可以阻止碳迁移。工作温度愈高，焊缝含镍量应愈高。4.热应力的影响

奥氏体钢热膨胀系数比铁素体钢大30%～50%，焊后冷却、热处理和运行中将产生较大热应力，在周期性加热和冷却条件下还可能出现熔合区珠光体侧热疲劳裂纹，使接头过早断裂。采用线膨胀系数与珠光体钢或碳钢较接近的高镍基焊条焊接或堆焊过渡层，可以减小热应力及热疲劳的不利影响。4.8.6异种钢焊接工艺特点

思考题1.焊接接头有几种？各有什么特点？2.影响焊接坡口选择的因素有哪些？3.何谓金属的焊接性?4.