2016起重机检验师焊接技术

2016起重机检验师焊接技术

起重机械检验员（QZ-1）培训教材一一基础知识

第3章焊接技术

3.1焊接基础知识

3.1.1焊接的定义与分类

将两块分离的金属其接头部分局部加热到熔化或半熔化状态，采取施

加压力或不加压，或填充其他金属，利用原子间的扩散与结合等方法使

它们连接成整体的过程称为焊接。

在焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不加压力而完成焊接的

方法称为熔化焊，也称熔焊，常用的熔化焊方法有电弧焊、气焊、电渣

焊等。

采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料

熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并

与母材相互扩散实现连接焊件的方法称为钎焊。

而在焊接时利用压力使待焊部位的表面在固态下直接紧密接触，并使

待焊接部位的温度升高，通过调节温度，压力和时间，使待焊表面充分

进行扩散而实现原子间结合，该方法称为压力焊。压力焊是典型的固相

焊接方法，这类焊接有两种形式，一是将被焊金属接触部分加热至塑性状

态或局部熔化状态，然后施加一定的压力，以使金属原子间相互结合形

成牢固的焊接接头，如锻焊、接触焊、摩擦焊等；二是不进行加热，仅

在被焊金属接触面上施加足够大的压力，借助于压力所引起的塑性变形,

以使原子间相互接近而获得牢固的压挤接头，这种压力焊的方法有冷压焊、

爆炸焊等。

如此按焊接方式的不同可分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类：

熔化焊焊接具有强度高、紧密性好、工艺简单、操作方便、重量轻和

劳动强度低等优点，其中的电弧焊广泛用于起重机金属结构的制造。因

此本节重点对此进行介绍。

3.1.2常用焊接方法

3.1.2.1手工电弧焊（焊条电弧焊）

1.手工电弧焊特点

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第3章焊接技术

图3.1焊条电弧焊过程示意图

手工电弧焊是利用焊条与焊件之间的电弧热，将焊条及部分焊件熔化

而形成焊缝的焊接方法。焊接过程中焊条药皮熔化分解生成气体和熔渣，

在气体和熔渣的共同保护下，有效地排除了周围空气对熔化金属的有害

影响。通过高温下熔化金属与熔渣间的冶金反应，还原并净化焊缝金属，

从而得到优质的焊缝（如图3.1）。

手工电弧焊设备简单，便于操作，适用于室内外各种位置的焊接，可

以焊接碳钢、低合金钢、耐热钢、不锈钢等各种材料，在设备制造中应

用十分广泛，比如钢板对接，钢结构腹板与翼板的连接及各种结构件的

连接，都可以采用手工电弧焊。手工电弧焊的缺点是生产效率低，劳动强

度大，对焊工的技术水平及操作要求较高。

2.手工电弧焊设备常用的手工电弧焊电源有交流电焊机、旋转式直

流电焊机和硅整流式直流电焊机三种。交流电焊机是手工电弧焊中应用

最广泛的设备。交流电焊机实际上是一个特制的降压变压器，可

将初级电压380V或220V降到焊接空载电压60-80V,其内部加有

一个比较大的感抗线圈，以保证电弧稳定燃烧，并能在一定范围内调节

焊接电流的大小。交流电焊机具有结构简单，成本低，效率高，节省电

能和使用维护方便等特点。

旋转式直流电焊机由一个发电机和一个拖动它的电动机机组组成，由

交流网路供电使电动机旋转，带动发电机电枢旋转发出直流电供焊接之

用。焊接电流可在较大范围内均匀调节以满足焊接工艺的要求，电弧燃

烧稳定。

硅整流式直流电焊机也称手弧焊整流器，是一种将工频交流电整流变

为直流电的手工电弧焊设备。与旋转式直流电焊机比较，它具有噪声小，

效率高，用料少，成本低等优点。这种设备多采用硅整流元件，因而通

常称之为硅整流电焊机。近年，这种电焊机正逐步代替了旋转式直流电焊

机。

直流电焊机的特点是直流电弧燃烧很稳定，所以用小电流焊接时常常

选用，在焊接合金钢、不锈钢时，也常选用直流电源。直流电源又分正

接、反接两种接法。正接是指工件接正极、焊条接负极：否则，就是反

接。在焊接锅炉压力容器受压部件等重要结构时，常选用低氢型焊条以保

证质量，这种焊条一般都要求用直流反接电源。

3.手工电弧焊焊条

涂有药皮的供手工电弧焊用的熔化电极称为焊条。它由焊芯和药皮两

部分组成。

（1）焊芯焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。焊芯的作用为：

①作为电极产生电弧；

②焊芯在电弧的作用下熔化后，作为填充金属与熔化了的母材混合

形成焊缝。焊芯分类及牌号：

a.焊芯分类根据GB/TI4959.94《熔化焊用钢丝》标准规定，专用

于制造焊芯和焊丝的钢材可分为：碳素结构钢和合金结构钢两类。

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b.焊芯牌号编制焊芯牌号一律用汉语接音字母H作字首，其后紧跟

钢号，表示方法与优质碳素结构钢、合金结构钢相同。

若钢号末尾注有字母A,则为高级优质焊丝，硫、磷含量较低，其质

量分数W0.030%o若末尾注有字母E或C为特级焊条钢，硫、磷含

量更低，E级硫、磷质量分数WO.020%,C级硫、磷质量分数W0.015%。

（2）药皮涂敷在焊芯表面的有效成分称为药皮。药皮的作用为：

①稳弧作用一焊条药皮中含有稳弧物质，可保证电弧容易引燃和燃

烧稳定；

②保护作用一焊条药皮熔化后产生大量的气体笼罩着电弧区和熔池,

基本上能把熔化金属与空气隔绝开，保护熔融金属，熔渣冷却后，在高

温焊缝表面上形成渣壳，可防止焊缝表面金属不被氧化并减缓焊缝的冷

却速度，改善焊缝成形;

③冶金作用一药皮中加有脱氧剂和合金剂，通过熔渣与熔化金属的

化学反应，可减少氧、硫等有害物质对焊缝金属的危害，又由于电弧的

高温影响，焊缝金属中所含的某些合金元素被烧损（氧化或氮化），这样会

使焊缝的力学性能降低。通过在焊条药皮中加入铁合金或纯合金元素，使

之随药皮的熔化而过渡到焊缝金属中去，以弥补合金元素烧损，使焊缝

金属获得符合要求的力学性能；

④改善焊接的工艺性能一通过调整药皮成分，可改变药皮的熔点和

凝固温度，使焊条末端形成套筒，产生定向气流，有利于熔滴过渡，可

适应各种焊接位置的需要；

⑤焊条药皮组成物按其作用不同可分为：稳弧剂、造渣剂、造气剂、

脱氧剂、合金剂、稀渣剂、粘结剂和增塑剂八类。

（3）焊条的种类焊条根据用途可分为：碳钢焊条、低合金钢焊条、

不锈钢焊条、格和格铝耐热钢焊条、低温钢焊

条、堆焊焊条、铝及铝合金焊条、银及银合金焊条、铜及铜合金焊条、

铸铁焊条和特殊用途焊条等。

如按焊条药皮熔化后所形成熔渣的酸碱性不同又可分为：碱性焊条（熔

渣碱度>L5）和酸性焊条（熔渣碱度<1.5）两大类。

酸性焊条药皮中主要含有TiO2、MnO2、SiO2等酸性氧化物及少量有

机物，氧化性较强，施焊时药皮中合金元素烧损较大，焊缝金属的氧氮

含量较高，故焊缝金属的冲击韧性较低。酸性渣难于脱硫脱磷，因而焊

条的抗裂性较差。但焊条工艺性能良好，成形美观，特别是对锈、油、水

分等成分的敏感度不大，抗气孔能力强，所以被广泛地用于一般结构的

焊接。

碱性焊条药皮中主要含有CaC02、CaF2、CaSiO3、MgC03等碱性氧化

物，并含有较多的铁合金，如锦铁、铝铁、钢铁、硅铁等作为脱氧剂和

渗合金剂，使焊条有足够的脱氧能力。碱性渣流动性好，在冷却过程中

渣的粘度增加很快。碱性焊条的最大特点是焊缝金属中含氢量低，所以也

叫“低氢焊条二碱性焊条药皮中的某些成分能有效地脱硫脱磷，故其抗

裂性能良好，有利于提高焊缝金属的力学性能，特别是冲击韧性较高。

碱性焊条多用于焊接重要结构。碱性焊条的缺点是对锈、油、水分较敏感，

容易在焊缝中产生气孔缺陷；电弧稳定性差，一般只用于直流电源施焊，

在深坡口中施焊时，脱渣性不好；发尘量较大，焊接中需要加强通风。

（4）手工电弧焊焊接规范焊接规范是影响焊接质量和焊接生产率的

各个焊接工艺参数的总称。手工电弧焊时，焊接规范主

要包括焊接电流、电弧电压、焊条种类和直径、焊机种类和极性、焊

接速度、焊接层数等。•52•

第3章焊接技术

①焊接电流一焊接电流是影响焊接质量和生产率的主要因素之一。

增大电流，可增大焊缝熔深，提高生产率，但电流过大，会使焊条芯过

热，药皮脱落，又会造成咬边、烧穿、焊瘤等缺陷，同时金属组织也会

因过热而发生变化；若电流过小，则容易造成未焊透、夹渣等缺陷。

②电弧电压一电弧电压主要影响焊缝熔化宽度，电压越高，熔化宽

度越大。而电弧电压是由电弧长度决定的，电弧长则电弧电压高，电弧

短则电弧电压低。手工电弧焊时电弧不宜过长，因而电弧电压不高，变

化范围也不大，一般为20〜25V。

③焊条直径一焊条直径主要根据被焊工件的厚度来选择，工件越薄,

所用焊条越细；工件越厚，所用焊条越粗。直径3〜5mm的焊条用得最

广。当工件厚度大于12mm时，焊条直径可取4〜6mm。平焊时，可选

用较粗的焊条以提高生产率。但对多层焊的第一层焊道，应使用不超过

3.2mm的焊条，以保证根部焊透。以后各层可根据工件厚度而选用较粗

的焊条。

④焊接速度一焊接速度指焊条沿焊接方向移动的速度。手工电弧焊

的焊接速度一般不作特殊的规定，而由焊工根据焊缝尺寸和焊条特性自

行掌握。通常，焊接速度不超过10m/h,工件愈薄，焊接速度应愈大。

⑤焊接层数一在中厚钢板焊接时，应采用多层焊。对同一厚度的钢

材，其它条件不变时，焊接层数增加，有利于提高焊接接头的塑性及韧

性。焊接层数可根据实践经验决定，一般取钢材厚度与焊条直径比的整

倍数。

(5)手工电弧焊的焊接位置手工电弧焊可以在不同的位置进行操作。

熔焊时，焊接接头所处的空间位置称为焊接位置,GB/

T3375-94《焊接术语》中用倾角和转角两个参数来划分不同的焊接

位置。其中平、立、横、仰是四种基本焊接位置，图3.2为对接焊缝和

角焊四种基本焊接位置的示意图。共列出了七种焊接位置，在这七种位

置所进行的焊接分别：平焊、立焊、横焊、仰焊、平角焊、立角焊、仰角

焊。

PA一平焊位置PB一平角焊位置PC一横焊位置PD一仰角焊位置

PE一仰焊位置PF一立焊位置PG一立角焊位置

图3.2常用焊接位置对于不同的焊接位置，由于需要采用

不同的焊接方法、焊接规范以及不同的操作手法，从而焊缝

外观形态及内部缺陷的发生也各有不同。

3.1.2.2埋弧自动焊

1.埋弧自动焊的特点

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焊接过程中，主要的焊接操作如引燃及熄灭电弧、焊条（焊丝）送进及

移动，或工件等都由机械自动完成时称为自动电弧焊。而电弧被掩埋在

焊剂层下面燃烧并实施焊接的，叫做埋弧自动焊或称熔剂层下自动焊，

通常简称埋弧焊，如图3.3所示。

图3.3埋弧焊的焊接过程示意图

埋弧自动焊的焊丝即作为电极起到引燃电弧的作用又在电弧加热下

熔化而填充焊缝。焊接时，颗粒状焊剂复盖着部分焊丝和焊接熔池，电

弧基本上是在密封的空间里燃烧，熔化的焊剂膜可靠地保护着电弧和熔

池，避免受到大气的作用，并防止了飞溅。与手工电弧焊相比，埋弧自动

焊有下列优点：

（1）埋弧自动焊能采用大的焊接电流，电弧热量集中，熔深大，焊

丝可连续送进，因此其生产率比手工电弧焊高5-10倍。

（2）埋弧自动焊施焊中看不到弧光，焊接烟雾也很少，又是机械自

动操作，因而劳动条件得到了很大改善。

（3）埋弧自动焊热量集中，焊接金属飞溅损失小，没有废弃的焊条

头，工件厚度薄时，还可以不开坡口，从而可以节省焊材和电能。

（4）由于焊剂和熔渣严密包围着焊接区，避免了空气的侵入。而较

高的焊速减小了热影响区的尺寸，焊剂和熔渣的复盖减慢了焊缝的冷却

速度，这些因素都有利于使焊接接头获得良好的组织与性能。同时，自

动操作使焊接规范参数稳定，焊缝成分均匀，外型光滑美观，因而焊接质

量良好、稳定。

埋弧自动焊的缺点：设备比较复杂昂贵、焊接位置受到限制，一般只

能在平焊位置焊接、又由于电弧不可见，因而对接头加工与装配要求严

格。

埋弧自动焊常用于焊接长的直线焊缝及大直径圆筒构件的环焊缝。

2.埋弧自动焊的焊丝与焊剂

埋弧自动焊的焊接材料是焊丝与焊剂。焊丝是裸体金属丝，与手工电

弧焊的焊芯相似，在焊接中不断熔化并填充于焊缝之中。焊剂的作用则

与手工电弧焊焊条的药皮类似。

（1）焊丝埋弧自动焊常用焊丝直径为I.6〜5mm,通常拉制成型并

成捆包装。在保管中应防止生锈，在使用前应清除锈蚀和油污，并防止

错用焊丝。

选用焊丝的主要原则是：对于碳素钢和普通低合金钢，应保证焊缝的

力学性能；对于格铝钢和不锈耐酸钢等合金钢，应尽可能保证焊缝的化

学成分与焊件相似；异种钢焊接时，则可按强度等级较低的钢材选用抗

裂性能较好的焊丝。

（2）焊剂是焊接过程中保证焊接质量的重要材料，其作用有以下几

占・

八、、•

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第3章焊接技术

①焊剂在电弧加热下熔化后生成的熔渣，可以防止空气中的氧、氮

等气体侵入熔池，从而避免焊缝出现气孔、夹渣等缺陷；

②向熔池补充被烧损的合金元素，使得焊缝的力学性能得到改善和

提高；

③促使焊缝成形良好，表面光洁平直。良好的焊剂应能保证焊缝金

属获得所需要的化学成分与力学性能、稳定燃烧的电弧以及对锈、油

及其它杂质的敏感性要小，而硫、磷含量要低以保证焊缝中不产生裂

纹和气孔等缺陷。焊剂在高温状态下要有合适的熔点和粘度和焊后良好

的脱渣性，以保证焊缝成形良好并具有合适的粒度及足够的机械强度，

以保证其多次重复使用。

3.埋弧自动焊焊接规范

埋弧自动焊的一个主要优点是焊缝成形好。在电弧焊中，焊缝成形通

常可用焊缝成形系数（形状系数）及熔合比这两个指标来表示。

焊缝成形系数是指焊缝熔化宽度与熔化深度之比。成形系数小，表示

焊缝深而窄，焊接热影响区较小，这有利于充分利用电弧热能及减小焊

接变形。但成形系数过小时，焊缝结晶中低熔点杂质及气体不易从熔池

内逸出，焊缝容易产生裂纹、气孔和夹渣。故一般将成形系数控制在1.3〜

2.0o

母材在焊缝中所占的截面百分比，称为熔合比。熔合比可以影响焊缝

的化学成分、金相组织和力学性能。特别是在填充金属与母材的化学成

分不同时，在焊缝中紧临母材的部位，化学成分的变化比较大，变化的

幅度与两种金属化学成分之差及熔合比的大小有关。电弧焊熔合比可在

10%〜100%的范围内调节，埋弧自动焊的熔合比在60%〜70%之间。

埋弧自动焊的主要焊接规范参数有焊接电流、电压、焊接速度、焊丝

直径和伸出长度。

（1）焊接电流和电压一焊接电流增大时，焊缝熔深增加而熔宽变化

不大、反之焊接电压增大时，焊缝的熔宽明显增加，而熔深有所下降。

这是因为焊接电流增大时，电弧产生的热量增加，电弧吹力增强，将焊

接熔池内的液态金属从焊丝下部排开，直接加热熔池底部的未熔化金属，

从而使熔深加大。同时，由于电弧深入熔池，电弧露出部分减少，活动

能力降低，所以熔宽基本保持不变。因此焊接电流的增加使焊缝成形系

数下降，熔合比增大。而电压增大时电弧长度增大，焊件被电弧加热的面

积增大，从而使焊缝熔宽增加。由于弧长增加，电弧摆动作用加剧，电

弧对液态金属的作用力减弱，熔池底部得到的电弧热减少，因而熔深减

小。因此，在增加焊接电流时，应相应提高电弧电压，以使成形系数适

当，以保证得到适当的焊缝形状。

（2）焊接速度一当其他条件不变时，焊接速度增加，焊缝单位长度

内得到的电弧热量减少，焊丝在单位长度焊缝上的熔化量也减少，因而

焊缝的熔宽及余高高度都要减小。熔深随焊接速度的变化趋势则较为复

杂：当焊接速度较小而增加时，熔深随之增加；当焊接速度达到一定值而

继续增加时，则熔深反而小。过分增加焊接速度会造成未焊透、气孔、

咬边等缺陷。焊接速度过低且电压又很高时，会造成“磨菇形”焊缝，

易在焊缝内部形成裂纹。

（3）焊丝直径及伸出长度一当其它参数不变时，焊丝直径增大，弧

柱直径随之增加，电弧加热的范围扩大，使得焊缝熔宽增加而熔深减小。

反之，焊丝直径减小，电流密度相对增加，熔深增加而熔宽减小。当焊

丝伸出长度增加时，由于电阻增大，伸出部分的焊丝所受到的预热作用增

强，焊丝熔化速度加快，使得熔深变小，焊缝余高增大。埋弧自动焊焊

丝伸出长度通常为30〜40mm,伸出长度的变化范围为5〜10mm。

3.1.2.3二氧化碳气体保护焊

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以二氧化碳气体作为保护气体，依靠焊丝与工件之间产生的电弧热熔

化焊丝和工件金属的电弧焊接方法，叫二氧化碳气体保护焊，简称C02

保护焊。形成焊接接头。（如图3.4所示）这是一种高效率的焊接方法,

以CO2气体作保护气体，依靠焊丝与焊件之间的电弧来熔化金属而形成

优良的焊缝接头。由于采用自动送丝，敷化金属量大，生产效率高，质

量稳定。因此，在国内外获得广泛应用，与其它电弧焊相比有以下特点：

（1）生产效率高，C02保护焊穿透力强，熔深大、而且焊丝熔化率

高，所以熔敷速度快、生产效率可比手工电弧焊高3倍；

（2）焊接成本低，C02保护焊的成本只有埋弧焊与手工电弧焊成本

的40%-50%；

（3）消耗能量低，C02保护焊和药皮焊条相比3mm厚钢板对接焊

缝，每米焊缝的用电降低30%,25mm钢板对接焊缝时用电降低60%；

（4）适用范围宽，不论何种位置都可以进行焊接，薄板可焊到1mm,

最厚几乎不受限制（采用多层焊）。而且焊接速度快、变形小；

（5）抗锈能力强，焊缝含氢量低抗裂性能强；

（6）焊后不需清渣，引弧操作便于监视和控制，有利于实现焊接过

程机械化和自动化。

图3.4二氧化碳气体保护焊的工作原理

二氧化碳气体包围着电弧和熔池，可以有效地防止氧气对熔化金属的

有害作用。但二氧化碳与惰性气体不同，它本身是氧化性气体，在高温

下可以将金属元素氧化，且在电弧高温下，二氧化碳被分解成一氧化碳

和原子态的氧，这些原子态的氧更易使铁和其它合金元素氧化、烧损，从

而降低了焊缝的合金含量及力学性能。生成的氧化锦、二氧化硅等构成

浮渣浮在熔池表面，反应生成大量的一氧化碳，在熔池冷却过程中因来

不及全部析出而形成许多气孔。

由于镐、硅等元素比铁更容易与氧结合，因此在炼钢中常用锦、硅作

脱氧剂。在二氧化碳气体保护焊中，也可以利用这些元素脱氧，从而解

决二氧化碳对铁的氧化问题，同时弥补合金元素的烧损。故在选用二氧

化碳气体保护焊焊丝时，必须保证焊丝中含有足够数量的合金元素，主要

是镒、硅元素。其它脱氧元素，如铝、碳等，不宜用于二氧化碳气体保

护焊，因为铝在电弧高温下氧化烧损过于严重，难于过渡到熔池中去，

而碳的脱氧生成物是一氧化碳，容易在焊接过程中产生飞溅并在焊缝中形

成气孔。

常用的二氧化碳气体保护焊的焊丝是H08Mn2siA、H04Mn2SiTiA等,

使用的二氧化碳气体多由瓶装供应，通过管路，喷嘴输送至焊接区域。

由于二氧化碳气体保护焊具有成本低、焊接质量好、生产效率高且其

操作性灵活等优点，故在起重机金属构件中大多用于低碳钢、低合金钢

的焊接。

二氧化碳气体保护焊的缺点是当采用较大电流焊接时，飞溅较大，烟

雾较多，弧光强，焊缝表面成形不够光滑美观。控制或操作不当时，容

易产生气孔。

3.1.2.4氮弧焊

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氢弧焊是以惰性气体氧气作为保护气体的一种电弧焊接方法。电弧发

生在电极与焊件之间，在电弧周围通以氨气，形成连续封闭气流，保护

电弧和熔池不受空气的侵害。而氧气是惰性气体，即使在高温之下，M

气也不与金属发生化学作用，且不溶解于液态金属，因此焊接质量较高。

根据电极是否熔化分为不熔化极筑弧焊及熔化极氢弧焊。不熔化极

氨弧焊通常叫鸨极氤弧焊，它以鸨棒作电极，在氤气保护下，靠鸨极与工

件间产生的电

弧热，熔化基本金属进行焊接，如图3.5所示。必要时，也可另加填

充焊丝。在焊接过程中铝极不发生明显的熔化和消耗，只起发射电子引

燃电弧及传导电流的作用。铝极氮弧焊电弧稳定，可使用小电流焊接薄

工件，并可单面焊双面成形，近年在设备制造和安装中得到广泛应用。特

别是采用鸨极嬴弧焊打底，然后用手工电弧焊或其它焊接方法形成焊缝,

可以避免根部未焊透等缺陷，提高焊接质量。

1一喷嘴2—电极3一电弧4一焊缝5一焊件

6一熔池7—填充焊丝8—保护气图

3.5鸨极氮弧焊不意图

熔化极氮弧焊是采用连续送进的焊丝作电极，在氧气保护下，依靠焊

丝与工件之间产生的电弧热，熔化基本金属与焊丝形成焊缝。氢弧焊所

用的焊丝，其化学成分应与母材基本相同，焊丝直径一般不大于3mm。

所用氤气一般用瓶装供应，通过管道和喷嘴送至焊接区。氮气中含有少量

氧、氮、二氧化碳和水分等杂质，会降低氨气的保护作用，造成气孔缺

陷，降低焊接接头的力学性能与抗腐蚀性能，因此要求氮气的纯度应大

于99.95%。

总体来说，氮弧焊有下列优点：

（1）适于焊接各种钢材、有色金属及合金，焊接质量优良：

（2）电弧和熔池用气体保护，清晰可见，便于实现全位置自动化焊

接；

（3）电弧在保护气流压缩下燃烧，热量集中，熔池较小，焊接速度

较快，热影响区较小，工件焊接变形较小；

（4）电弧稳定，飞溅小，焊缝致密，成形美观。但氮弧焊也有缺点：

其使用的氮气成本较昂贵，设备和控制系统比较复杂，鸨极氮弧焊的生产

效

率较低，且只能焊薄壁构件。氢弧焊可用于各种焊接接头形式，但

不同接头形式下氧气的保护效果不

同。对于对接接头和T字

型接头，氧气流具有良好的保护效果。但对角接接头的保护作用较差,

空气容易侵入焊缝区，所以应预加挡板以提高氤气的保护效果。

氢弧焊的焊接规范参数主要有焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝

直径、氮气流量、喷嘴直径等，这些规范参数的大小又因焊接形式的不

同而不同。其中短气流量是影响焊接质量的重要因素，M气流量增大，

可以增大气流的刚度，提高抗外界干扰的能力，增强保护效果。但是氧气

流量过大时，会产生不规则的紊流，影响电弧稳定，并将空气卷入电弧

区、反而降低焊接质量。

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3.1.3焊接接头及常用钢材的焊接

3.1.3.1焊接接头形式

“焊缝”和“焊接接头”是两个不同概念。焊缝是指焊件经焊接后所

形成的结合部分，而焊接接头则是由两个或两个以上零件用焊接组合或

已经焊合的接点。检验接头性能应考虑焊缝、熔合区、热影响区甚至母

材等不同部位的相互影响，焊缝和焊接接头的型式关系见图3.6o

焊缝形式分为：对接焊缝、角焊缝、槽焊缝、端接焊缝以及塞焊缝等

5种。

图3.6焊缝和焊接接头的型式关系

焊接接头形式分为：对接接头、角接接头、T形接头、端接接头、搭

接接头、塞焊搭接接头、十字接头、槽焊接头、套管接头、斜对接接头、

卷边接头、锁底接头等共12种形式。

从焊接角度来看，任何结构的金属构件都是由各种不同的焊接接头和

母材构成的，而无论是何种焊接接头都是焊缝连接的，焊缝是组成不同

形式接头的基础。焊接接头的使用性能由焊缝的焊接工艺来决定，因此

焊接工艺评定试件分类是以焊缝为对象而非焊接接头，但从检验角度来看,

任何焊接接头形式，以及焊接接头任何部位的性能都是同等重要的，其

中的薄弱环节尤其是关注的重点。

3.1.3.2焊接接头的组成

图3.7是以对接焊缝为例来说明焊接接头的组成，其中1〜2是焊缝,

2是熔合区，2〜3是热影响区。

图3.7焊接接头示意图

焊缝是焊件经过焊接后形成的结合部分，多由熔化的母材和焊材组成,

因焊接方法不同也有完全由熔化的母材组成。熔合区是焊接接头中焊缝

与母材的过渡区域，由于其过渡区域很窄，曾被称为熔合线，该区域是

刚好被加热到熔点与凝固温度之间的部分。而热影响区则是在焊接过程中,

母材受焊接热量影响发生了金相组织及材料力学性能变化的部分。

3.1.3.3焊接接头的组织和性能

在焊接接头中，焊缝的形成是金属由高温下液态冷却而至常温时的固

态状。此间金属经历了两次结晶过程，首先是从液相转变至固相的一次

结晶过程，其次是固相态下的组织转变的二次结晶过程。第一次的结晶

过程首先在熔池的边缘温度最低的熔合区附近发生，随着熔池温度的降低,

晶体逐渐长大，因受到低温侧晶体的阻隔，晶体只能向熔池中心发展而

生成柱状晶体，当柱状晶体长大至相互接触时，一次结晶过程即告结束。

一次结晶结束后，熔池转变为固体焊缝。高温焊缝金属冷却到室・58•

第3章焊接技术

温时组织将进一步发生转变，这种相变过程称为焊缝金属的二次结晶。

二次结晶的焊缝组织基本上取决于焊缝的成分和冷却条件。

3.1.3.4常用钢材的焊接

L低碳钢的焊接

Q235、10、15、20等低碳钢是应用最广泛的焊接结构材料，由于其

含碳量低于0.25%,塑性很好，淬硬倾向小，不易产生裂纹，所以焊接

性最好。焊接时，采用任何焊接方法和最普通的焊接工艺即可获得优质

的焊接接头。但由于施焊条件、结构形式不同，焊接时还需注意以下问题：

（1）在低温环境下焊接厚度大、刚度大的结构时，应该进行预热，

否则容易产生裂纹；

（2）重要结构焊后要进行去应力退火以消除焊接应力。低碳钢对焊

接方法几乎没有限制，应用最多的是焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和

电阻焊。低

碳钢的碳含量较低，且除C、Mn、Si、S、P等常规元素外，没有其

他合金元素，只有很少含量的受控制的其他元素，因而焊接性良好。焊

接时有以下特点：可装配成各种不同的接头；焊前一般不需预热；塑性

较好，适合制造各类大型结构件和压力容器等。

低碳钢几乎可采用各种焊接方法进行焊接，并均能获得良好的焊接质

量。焊条电弧焊是应用最多的一种方法，焊接的关键是选择焊条。直径

大于或等于3000mm,且壁厚大于等于50mm的情况下，以及壁厚大于

或等于90mm的产品的第一层焊道的焊接，焊前都应进行预热。预热温

度可视具体情况而定.一般为80~150℃o对于焊接受压件，当壁厚大

于或等于20mm时，应考虑采取焊后热处理或相应的消除应力措施；壁

厚大于30mm时，必须进行焊后热处理，温度为600~650℃；壁厚大于

200mm时，待焊至焊件厚度的1/2时，应进行一次中间热处理后，再继

续焊接。中间热处理温度为550〜600℃,焊后热处理温度为600〜650℃。

采用电弧焊时，焊接材料的选择参见表3.1o

表3.1低碳钢焊接材料的选择

2.中碳钢的焊接

含碳量在0.25%〜0.60%之间的中碳钢，有一定的淬硬倾向，焊接接

头容易产生低塑性的淬硬组织和冷裂纹，焊接性较差。中碳钢的焊接结

构多为锻件和铸钢件或进行补焊。焊条应选用抗裂性好的低氢型焊条（如

J426、J427、J506、J507等），焊缝有等强度要求时，选择相当强度级别的

焊条。对于补焊或不要求等强度的接头，可选择强度级别低、塑性好的

焊条，以防止裂纹的产生。焊接时，应采取焊前预热、焊后缓冷等措施

以减小淬硬倾向，减小焊接应力。接头处开坡口进行多层焊，采用细焊条

小电流，可以减少母材金属的熔入量，降低裂纹倾向。

3.低合金高强度钢的焊接

低合金高强度钢（俗称低合金钢）按其屈服强度可以分为九级：300MPa.

350MPa、400MPa、450MPa、500MPa、550MPa、600MPa、700MPa、800MPa。

强度级别W400MPa的低合金钢,Ceq<0.4%,焊接性良好，其焊接工

艺和焊接材料的选择与低碳钢基本相同，一般不需采取特殊的工艺措施。

只有焊件・59・

起重机械检验员（QZ-1）培训教材一一基础知识

较厚、结构刚度较大和环境温度较低时，才进行焊前预热，以免产生

裂纹。强度级别2450MPa的低合金结构钢，Ceq>O.4%,存在淬硬

和冷裂问题，其焊接性与中碳钢相当，焊接时需要采取一些工艺措施，

如焊前预热（预热温度150℃左右）可以降低冷却速度，避免出现淬硬组织;

适当调节焊接参数，可以控制热影响区的冷却速度，保证焊接接头获得

优良性能；焊后热处理能消除残余应力，避免冷裂。低合金钢的含碳量

较低，对硫、磷控制较严，焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电渣焊均

可用于此类钢的焊接，以焊条电弧焊和埋弧焊较常用；选择焊接材料时，

通常从等强度原则出发，为了提高抗裂性，尽量选用碱性焊条和碱性焊

剂，对于不要求焊缝和母材等强度的焊件，亦可选择强度级别略低的焊

接材料，以提高塑性，避免冷裂。热轧及正火钢可以用各种焊接方法焊

接，不同的焊接方法

对产品质量无显著影响。热轧及正火钢

可以用各种切割方法下料，如气割、电弧气刨、等离子弧切割等。强

度级别较高的钢，虽然在热切割边缘会形成淬硬层，但在后续的焊接时

可溶入焊缝而一般不会影响焊接质量。热轧及正火钢焊接时，对焊接质

量影响最大的是焊接材料和焊接参数。如Q295钢可选用E43XX型焊

条，焊丝选用H08、HI0MnA；Q345选用E50XX型焊条，焊丝选用H08A、

H08MnA>HI0Mn2o

3.2焊接工艺评定及焊接工艺规程

3.2.1焊接工艺评定的基本概念

焊接工艺评定是确保产品质量的重要措施，无论是国内、国外，已经

有很多有关此方面的规范。起重机明确采用《蒸汽锅炉安全技术监察规

程》中“附录I焊接工艺评定二

3.2.1.1焊接工艺评定的目的

焊接工艺评定（简称PQR）的目的在于评定及验证施焊单位制订的焊

接工艺指导书（简称WPS）是否合适，评价施焊单位是否有能力焊出符

合规程和产品技术条件要求的焊接接头。在投产前，用拟定的焊接工艺

（焊接方法、焊接材料、母材及其厚度、接头形式和各种焊接参数等）按有

关标准对所焊试件进行试验，测定焊接接头能否达到设计要求或满足使

用。这是生产准备阶段的焊接工艺的规范化试验，也是对不需要制作产

品焊接试板的接头性能提供数据的旁证。

焊接工艺评定的验证针对生产需要的焊接工艺，最后归纳并确定为焊

接工艺规程（WPS）,作为指导焊接生产的工艺文件。焊接工艺正确与否的

标志在于焊接接头的使用性能是否符合要求。若符合要求，则证明所拟

定的焊接工艺是正确的。当用于焊接产品时，则产品焊接接头的使用性能

同样可以满足要求。

3.2.1.2焊接工艺评定的一般过程

《蒸汽锅炉安全技术监察规程》中“附录I焊接工艺评定”，中规定

的焊接工艺评定一般过程是：拟定焊接工艺指导书、施焊试件和制取试

样、检验试件和试样，评价焊接接头是否具有所要求的使用性能并提出

焊接工艺评定报告、对拟定的焊接工艺指导书进行评定。

1.拟定焊接工艺指导书

焊接技术人员根据有关产品法规，产品的技术要求，以及相关的焊接

技术资料，编制相应的焊接工艺规程或焊接工艺指导书（未评定过的，或

称PWPS）,该焊接工艺规程的内容与指导生产的焊接工艺规程内容相同，

但仅用来指导焊接工艺评定试验。该焊接工艺评定合格后，证明先前拟定

的焊接工艺指导书或焊接工艺规程是正确的，相应的焊接工艺规程也生

效，也可用作实际生产的焊接工艺规程。根据合格的焊接工艺评定，还

可编制多份焊接工艺规程指导生产。

-60-

第3章焊接技术

2.焊接试件并检查

工艺评定所用试件的数量与尺寸，由试样的试验需要来决定，要制备

足够的数量。焊接试验时应按照焊接工艺规程（未评定过的）为指导，由本

单位技能熟练的焊接人员使用本单位焊接设备焊接试件。试件的检验主

要是外观检查和无损检测，但该检验的目的不在于焊缝外观达到何种要求,

也不只在于焊缝达到无损检测几级标准，所以虽然在试件检验项目中规

定了外观检查、无损检测，其主要是在于了解试件施焊情况，避开焊接

缺陷取样。

3.试样制取与检验

根据工艺评定规范的要求，制订评定规范所需的试样尺寸和数量并进

行检验，记录各项检验结果。如果性能试验不合格，则分析原因，重新

按照焊接工艺评定程序编制焊接工艺指导书，焊接试样，制取试样并检

验。检测所用的设备、仪器应定期校验或检定合格，工艺评定检验后的试

件应保存。

4.编写焊接工艺评定报告

所要求评定的项目检验全部合格后，即可编写焊接工艺评定报告，焊

接工艺评定报告应经施焊单位技术负责人审批，并存入技术档案。焊接

工艺评定技术资料包括焊接工艺试验条件和各项检验结果，该部分资料

应保存至工艺评定失效为止。

5.对拟定的焊接工艺指导书进行评定，并编制正式的焊接工艺指导

书

焊接工艺指导书是为制造符合规范要求的产品焊缝而提供的具有指

导性的、经过评定合格的且结合实际结构编制的焊接工艺文件，作为焊

工操作时应予严格遵守，同时也是检验人员对产品质量控制的依据。

3.2.2焊接工艺评定的规则

3.2.2.1焊接工艺因素

焊接工艺评定中的重要因素是指影响焊接接头力学性能（冲击性能除

外）的焊接条件，如焊接方法、母材类别及规格、焊条牌号、保护气体种

类以及混合气体的配比、预热温度等。

当有冲击性能要求时，，影响焊接接头冲击性能的焊接条件，如焊接电流

的种类和极性、焊接热输入等就成为重要因素。

次要因素是指对所测定的焊接接头力学性能无明显影响的焊接条件,

如坡口形式、焊接位置、锤击焊缝等。

3.2.2.2焊接方法

特种设备常用的焊接方法有手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、氧弧

焊、等离子弧焊等。焊接方法的改变，则需要重做工艺评定，当产品的

一条焊缝采用两种或两种以上焊接方法或重要因素不同的焊接工艺时，

可按每种焊接方法或焊接工艺分别进行评定，也可使用两种或两种以上焊

接方法或焊接工艺进行组合评定。

3.2.23焊接接头

坡口形式与尺寸对各种焊接方法而言都是次要因素，它的变更对焊接

接头力学性能和弯曲性能无明显影响，但坡口形式与尺寸对焊缝抗裂性、

生产效率、焊接缺陷和劳动保护却有很重要的作用。

3.2.2.4填充金属

焊接工艺评定规范中，焊条、焊丝、焊剂按牌号（或化学成分）分类。

焊条、焊丝、焊剂的类别号改变时要重新评定焊接工艺（另有规定除外）。

3.2.2.5母材

-61-

起重机械检验员（QZ-1）培训教材一一基础知识

对母材分类的目的是减少焊接工艺评定的数量，为此将化学成分、力

学性能及焊接性能接近的钢材归纳在同一类中。重要因素相同时.，同类

的评定合格，可认为该类别中其他母材也评定合格。

按《蒸汽锅炉安全技术监察规程》中“附录I焊接工艺评定”当重要

因素不变时:

1.不同类别号母材组成的焊接接头，即使各自母材都评定合格，其

组成的焊接接头仍需重新评定。但类别号为2的母材评定适用于它们与

类别号为1的母材组成的焊接接头，如Q345与Q235B组成的焊接接

头，若Q345已经评定合格时，在重要因素都满足时，即可不必在重新评

定。

2.同类别中，一种母材评定合格的焊接工艺，可适用同类别号的其

他母材。

3.2.2.6母材金属和熔敷金属厚度

在焊接工艺评定规范中，都有评定合格后适用于母材厚度和焊缝熔敷

金属厚度有效范围表，可根据某一评定试件厚度确定适用的母材厚度和

焊缝金属厚度有效范围。表3.2,表3.3分别为《蒸汽锅炉安全技术监

察规程》中“附录I焊接工艺评定”中规定的对接焊缝厚度评定适用范围

以及熔敷金属厚度有效范围。

表3.2附录I规定的母材厚度有效范围

表3.3附录I规定的熔敷金属厚度有效范围

3.2.2.7焊接电特性和焊接技术

在电特性栏中应注明采用的是直流电还是交流电。若用直流电需指出

是正接还是反接，并列出施焊评定试件所用的焊接参数（焊接电流、电弧

电压、焊接速度等）。

焊接工艺中所用焊接参数（例如焊接电流或电弧电压）不宜超过评定报

告中的士15%。当有要求做冲击韧性试验时，增加热输入要重新评定焊

接工艺。热输入是指每条焊道的热输入，当规定进行冲击试验时每条焊

道的热输入都应严格控制。

在焊接技术栏中应注明每种工艺、每种焊接材料的焊接层数；每道焊

道熔敷金属的最大厚度；是单丝还是多丝焊；是单面焊还是双面焊，每

面是单道焊还是多道焊；是直线焊还是摆动焊；施焊时是否采用敲击、

焊前和层间的清理以及清根方式等。

1.保护气体按气体成分分类，如采用混合气体则按气体成分和比例

划分，改变混合气体的配比，或取消气体保护，或使用非标准保护气体

时，均需重新工艺评定。

2.预热分为实行或不实行。实行预热时，以预热温度下限分类。预

热温度不得低于评定合格值50℃以下。

-62-

第3章焊接技术

3.焊后热处理焊分为实行或不实行。如实行焊后热处理，则按正火、

正火加回火和消除应力热处理分类。改变焊后热处理类别，要重新评定

焊接工艺。当规定进行冲击试验时，焊后热处理的温度和时间范围改变

后要重新评定焊接工艺。

3.2.3焊接工艺评定试验要求和结果评价

焊接工艺评定试验项目和方法原则上应完全按照焊接工艺评定规范,

不得任意增加或缩减试验项目，也不得任意改变试验方法，否则就失去

了焊接工艺评定的合法性和合理性。

3.2.3.1检验项目

1.对接焊缝工艺评定试件的检验项目有外观检查、无损检测和力学

性能试验。常规力学性能试验项目包括拉伸试验、弯曲（面弯、背弯、侧

弯）试验和冲击试验

2.角焊缝工艺评定试件的检验项目有外观检查、金相检验（宏观）。

3.23.2合格标准

焊接工艺评定试件不同，检验项目也不同。其中，对接焊缝工艺试件

的检验项目较多，合格标准的规定内容也较多。这里我们重点介绍《蒸

汽锅炉安全技术监察规程》中“附录I焊接工艺评定”中关于对接焊缝

工艺评定试件的检验项目和合格标准的规定。

1.外观检查，试件接头表面不得有裂纹。

2.无损检测，对接焊缝工艺评定试件按产品焊缝相同要求进行无损

检测，无损检测结果不得有裂纹，对气孔不作规定。

3.常规力学性能试验，分别对试样进行拉伸试验、弯曲试验、冲击

试验的等。

3.23.3焊接工艺评定报告

1.焊接工艺评定试验完成后，需将试验结果填入焊接工艺评定报告。

通常为便于对照，都把事先编制用于焊接工艺评定的一份焊接工艺作为

焊接工艺评定报告的附件。

一份完整的焊接工艺评定报告应记录评定试验时所使用的全部重要

参数。其内容包括：评定项目名称、评定报告编号及相对应的焊接工艺

指导书编号、评定试验采用的焊接方法、焊接位置、所依据的产品技术

标准编号、试板的坡口形式、实际坡口尺寸、试板焊接接头焊接顺序和焊

缝的层次、试板母材金属的牌号、规格、类别号，母材的化学成分化验

结果和力学性能的实测数据、焊接试板所用的焊接材料，牌号等。

当然，还有焊接参数、预热温度、热处理参数、试样的力学性能试验

结果及评定结论等内容。

2.报告应按施焊单位程序文件要求应由编制、审核人签名并得到技

术负责人的批准。

3.2.4焊接工艺文件

保证产品的焊接质量是制造企业的重要的技术、管理工作，故应按照

焊接技术要求和相关标准制定的有关焊接工艺方面的文件。根据企业现

行的情况，一般的焊接工艺文件包括以下几种：

1.焊接工艺评定前拟定的用于指导焊接工艺评定的焊接工艺规程或

称工艺指导书。评定合格后，该工艺规程也可用于相应产品的焊接；

2.评定合格后，根据工艺评定制定的焊接工艺规程；

3.针对产品制定的焊接接头编号卡或焊缝识别卡；

4.针对产品制定的焊接顺序卡或称焊接接头工艺卡。

5.针对某一钢种，某一焊接方法或某一特定的焊接工作制定的通用

焊接接工艺守则（或规程）。•63•

起重机械检验员（QZ-1）培训教材一一基础知识

无论焊接工艺评定前制定的焊接工艺规程（或焊接工艺指导书）还是评

定合格后制定的焊接工艺规程，都是焊接生产的主要指导性工艺文件，

是焊工焊接操作的依据。焊接工艺规程应发到生产班组的有关部门，焊

工在焊接产品之前必须认真阅读焊接工艺规程中的全部内容，并在工作过

程中遵照执行。

6.焊接工艺规程的内容一般包括如下几个方面：

1）焊接工艺规程的编号和日期；

2）相应的焊接工艺评定报告编号；

3）焊接方法及自动化程度；

4）接头形式、有无衬垫及衬垫材料牌号；

5）坡口简图、焊缝示意图（焊道分布和顺序）；

6）焊接位置、立焊的焊接方向；

7）母材钢号、分类号、母材及熔敷金属的厚度范围、管子直径范围；

8）焊接材料的牌号、标准号、类别、规格，鸨极的类型、牌号、直

径，保护气体的名称、成分和流量（包括背面和尾部保护）；

9）焊前预热、层问温度；

10）焊接电特性参数（包括电流种类和极性、焊接电流、电弧电压、焊

接速度、送丝速度、摆动速度和幅值等）；

11）操作技术和焊接程序；

12）热处理（焊后退火处理、正火、回火处理）等。

3.3焊接应力及变形

焊接技术已经广泛应用在机械设备制造中，便利和高效是其特点，但

焊接过程中所产生的焊接应力和变形，不但会产生工艺缺陷，给焊接结

构的力学性能也带来影响，造成焊接构件的强度、刚度及稳定性等性能

的降低，甚至产生断裂失效。因此，了解焊接变形和焊接应力，是控制焊

接质量的重要途径。

3.3.1焊接变形和应力的形成

3.3.1.1焊接变形原理

焊接是在高温状态下进行的，焊接时熔池温度高达1700℃以上，构

件受热是局部的、不均匀的，焊缝区域受热后要膨胀，但是焊缝四周的

金属又处于冷态，阻止受热金属的膨胀，使受热金属（焊缝金属）产生

了压缩应力。同时，金属在高温时，其屈服点os很低（当温度为700℃,

其屈服点仅为原来的10%左右），当被加热金属内的压缩应力超过屈服点

os后，）焊缝内的热金属就会造成塑性压缩变形，此种塑性压缩变形是

不可逆的。随着加热金属的冷却，压缩应力随之减小、消失；进一步冷去

加热区段开始产生并增加反方向的应力（拉伸应力）。但由于周围冷金属

的阻止，使得热金属（焊缝）不能得到充分的收缩，因而又使其内部呈

现拉伸应力，造成结构变形。

从上述分析可以看出，焊接应力与变形的产生，是焊缝区域受热不均

匀和焊缝周围金属的约束所致，而热膨胀过程中出现的塑性压缩变形，

便是冷却中产生残余变形的根源。

在钢板上面纵向焊一条焊缝，此焊缝长为L,宽为B。把焊上去的焊

缝看成是加在钢板上的热能，将焊缝的投影面积看成是一分离的板条B

XLo板条受热后，假定四周没有冷金属的约束，板条势必膨・64・

第3章焊接技术

胀，膨胀长度膨胀宽度4B。但是实际上板条BXL不是分离

的，四周会受到冷金属的约束而无法膨胀，所以板条是缩短了长度△!_、

宽度AB。板条的缩短是由于产生残余压应力。0,且。0＞。5所致。

因而板条产生塑性变形（缩短）。

当焊接完毕，温度降低时，。0亦下降，板条要收缩，但是由于四周

冷金属的阻止，使得板条无法得到充分的缩短，因而产生了残余应力（拉

应力）。板条内的拉应力使四周的冷金属造成压缩，四周的板受到压缩应

力，在平面内将出现波形。对于厚度在8mm以下的薄板，因为它的临界

应力比屈服点低得多，因此当焊缝收缩时，焊缝内呈现的残余拉应力（即

四周冷金属所受到的压应力）会超过临界应力，因而板易丧失稳定性而

出现波浪形，在板边会产生皱折，见图3.8所示。

图3.8焊接波浪变形

假如在板的边缘堆焊，且板是狭长的，则存在板内的拉应力会使板条

呈现弯曲变形。又因为焊缝是堆焊于钢板的上面，板的受热在厚度上分

布是不均匀的，因此板要以焊缝处为转折点而产生角变形。角变形与板

厚有关，厚板比薄板的角变形小，这是因为厚板的抗弯模数大，塑性变形

小。角变形又与焊趾的大小有关，加大焊趾容易造成角变形。因此，从

防止变形的观点出发，在保证焊缝强度的条件下，连续的角焊缝比间断

的角焊缝变形要小。所以，焊接会引起结构的纵向和横向收缩变形、角变

形、波浪形及构件边缘的皱折等，并能引起结构的总体变形。

3.3.1.2焊接残余变形分类焊接残余变形是焊接后残存于结构中的变

形。

大致可分下列六类：1.收缩变形收缩变形是指构件焊后在（或

垂直于）焊缝方向产生的收缩。2.弯曲变形

构件焊后发生弯曲变形，如图3,9所示。弯曲可由焊缝的纵向及横向

收缩引起。弯曲变形常见于焊接的梁、柱、管道等焊件，对这类焊接结

构的生产造成较大的危害。弯曲变形的大小以挠度/的数值来度量，是

焊后焊件的中心轴偏离焊件原中心轴的最大距离，挠度越大，弯曲变形越

大。

图3.9构件的弯曲变形

3.角变形

-65-

起重机械检验员（QZ-1）培训教材一一基础知识

角变形是指焊后构件的平面围绕焊缝产生的角位移，常见的角变形如

图3.10所示。当焊接（单面）较厚钢板时，由于在钢板厚度方向上的温度

分布不匀，温度高一侧受热膨胀较大，另一侧膨胀小甚至不膨胀。导致

焊接面膨胀受阻，出现较大的横向压缩塑性变形。在冷却时就产生了在钢

板厚度方向上收缩不均匀的现象，施焊的一面收缩大，另一面收缩小。

这种在焊后由于焊缝的横向收缩使得两连接件间相对角度发生变化的变

形称为角变形。角变形造成了构件平面的偏转。在堆焊、对接、搭接和T

形接头的焊接时往往会产生角变形。

图3.10几种角变形

4.波浪变形

波浪变形如图3.7所示。容易在薄板焊接结构中产生。造成波浪变形

的原因有两种，一种是由于薄板结构焊接时的纵向和横向的压应力使薄

板失去稳定而造成波浪形的变形，另一种原因是角焊缝的横向收缩引起

的角变形所造成。

5.错边变形

图3.11(a)和图3.11(b)分别所示为长度方向与厚度方向的错边

变形。引起错边变形的主要原因有装配不良；组成焊件的两零件在装夹

时夹紧程度不一致；组成焊件的两零件的刚度不同或它们的热物理性质

不同；电弧偏离坡口中心等。

(a)长度方向错边

图3.11错边变形(b)厚度方向错边

6.螺旋变形

即焊后在结构上出现的扭曲，如图3.12所示，产生螺旋变形的原因

很多，例如装配质量不好，即在装配之后焊接之前的焊件位置和尺寸不

符合图样的要求；构件的零部件形状不正确，而强行装配；焊件在焊接

时位置搁置不当；焊接顺序及方向不当，造成整体焊缝在纵向和横向的应

力和变形。

图3.12焊接螺旋变形

3.3.1.3焊接变形的危害性

焊接变形是焊接结构生产中经常出现的问题，焊接变形对产品制造和

使用有以下几方面危害：・66・

第3章焊接技术

1.增加制造成本，浪费工时

在生产中，有时焊件出现了变形，就需要花许多工时去矫正，比较复

杂的变形，矫正的工作量比焊接工作量还要大，有时变形大，甚至造成

废品。

2.降低产品质量和性能

部件在焊接组装时产生变形，使整个装配质量降低。例如，矩形箱式

梁由于各段的组焊变形，在环缝焊接时就会出现错边。如果不予矫正就

进行装配、焊接，将会造成应力集中，在外载荷作用时;局部的附加应

力使其安全系数下降。

3.成形外观差，承载能力降低

焊接变形还会导致产品的成形差，外观不美观，如箱体直线度、钢梁

绕度降低等，承载能力也下降。

3.3.1.4焊接残余应力

1.产生焊接残余应力的原因

焊件焊后的热应力超过弹性极限，使得冷却后焊件中留有未能消除的

应力，称为残余焊接应力。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局

部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。

2.焊接残余应力的影响

对于钢结构焊件，焊接残余应力的存在对机械加工精度、疲劳断裂以

及构件稳定性都有诸多不利的影响，应采取必要的措施减小或消除残余

应力。

焊接残余应力对机械加工精度的影响表现在机械切削加工时把一部

分材料从焊件上切去，如果焊件中存在着残余应力，那么把一部分材料

切去的同时，也把原先在那里的残余应力一起去掉，从而破坏了原来焊

件中内应力的平衡，应力的重新分布使焊件产生变形，加工精度也就受到

了影响。

对疲劳断裂的影响表现在当构件在循环载荷作用下，在其塑性变形区

内萌生裂纹，继而稳定扩展且最终失稳断裂这一现象。构件的疲劳强度

主要取决于缺口处与横截面骤变处的应力集中情况、循环应力的幅值或

范围等决定性因素，而静载平均应力或预应力的影响次之。静载平均应力

或预应力可能因外载或残余应力而引起。并且同样会在缺口处与横截面

骤变处增大。由外载产生的平均应力通常与载荷循环数无关，但残余应

力却可能会因构件的一次性过载、循环载荷本身特点、蠕变与松弛以及裂

纹的形成等而变化。一般来说，残余拉应力不利于疲劳强度。

焊接残余应力对腐蚀与磨损的影响表现在在腐蚀环境介质作用下，构

件表面处若存在较高的拉应力，便可能引发应力腐蚀开裂，且开裂还会

因氢扩散而加剧。因此，若有可能发生应力腐蚀开裂，则构件表面处的

焊接残余拉应力便极具破坏性。而磨损是构件表面的不良机械性磨耗，表

现为材料表面的细小粒状剥落或残余变形。材料表面处的拉应力会加剧

磨损。

对构件稳定性的影响表现出的几何形状不稳定性是指杆、梁、板、壳

等在低于屈服点的名义负载应力作用下，可能发生的弹性或弹一塑性屈服,