过程设备焊接3-1.ppt

1、2020/8/7，3焊接接头由焊接区和部分母材组成。焊接区焊缝金属、熔合区和热影响区3.1焊接接头的组织和性能3.1.1焊缝金属由熔化的母材和填充材料组成，其特征在于：2020/8/7，(1)存在铸造缺陷。冶金过程类似于铸造，因此它也有孔和夹子，通常在一般铸件中生产。(2)有害气体元素O、N、H O以FeO等氧化物作为熔渣存在于晶界处，是韧性和塑性的来源：焊接材料和空气N以Fe16O2等氮化物存在于晶界处，使韧性和塑性、强度和硬度提高，当存在N2时，可形成气孔。来源：空气氢在高温下熔化，但在常温下沉淀为时已晚。在2020/8/7时，过饱和状态(氢原子)存在于晶格间隙中，可以自由扩散，故称之为扩

2、散氢。危害：H2孔聚集在晶格间隙中；冷裂纹的来源：空气、保护气体、焊接材料表面的油污、铁锈等。(3)有夹杂物。由于冶金反应，在熔池中产生氧化物和硫化物等颗粒，这些颗粒太晚而不能浮出来并留在焊缝内，主要是以分散状态分布的Si02，对焊缝造成很大危害。(4)杂质元素硫和磷硫主要以FeS和MnS的形式存在于晶界，促进热裂，2020/8/7，使韧性源为：的焊接材料磷主要以Fe2P和Fe3P的形式存在，磷也是促进热裂的元素，也降低了韧性(特别是低温韧性)。来源：焊接材料和贱金属。3.1.2熔合区(1)熔合区a的成分。靠近热影响区：的半熔化区的原因电弧吹力和熔滴过渡使坡口熔化不均匀，2020年8月7日，由

3、母材不同晶粒取向引起的不均匀熔化，母材各点的不均匀熔化分布，b。靠近焊缝侧的不完全熔合区(不完全熔合区)是焊缝区富含母材成分的原因。熔池边缘的低温使得对流和扩散过程变得困难，这导致贱金属和填充金属之间的不良熔合。贱金属和填充金属的成分不同。如果填充金属的成分与基体金属的成分完全相同，则不完全熔合区将消失。(2)熔合区的特征a .化学成分和显微组织极不均匀b .两高一低的特征是残余应力和硬度，而韧性2020/8/7，3.1.3热影响区(HAZ)，2020/8/7，熔合区外的母材部分受到焊接热循环的影响。材料不同，其组织和性能也不同。粗晶区(过热区)15001100具有粗过热组织、塑性、韧性和硬度

4、，是接头中最差的部分。细晶区(正火区)1100900相当于正火热处理，具有细晶、强度、塑性和韧性。c . 2020年8月粗、细粒区(不完全标准化区)。回火区(没有微观结构变化的区域)750400相当于回火热处理，强度、塑性略有降低，机械性能略有提高。(2)易硬化钢。淬火区Ac3以上，马氏体组织，硬而脆，易开裂。部分淬火区(不完全淬火区)Ac3Ac1温度范围，铁素体马氏体结构，塑性，2020。强度回火区低于Ac1温度、韧性、强度和硬度。(3)没有相变钢，如奥氏体不锈钢，只有过热区。(4)焊接热影响区的范围。热影响区的大小通常由加热到相变温度的区域决定，该区域受到许多因素的影响。焊接方法、焊件板厚

5、、线能量和不同的焊接条件都会改变热影响区的大小。表31列出了用不同焊接方法焊接低碳钢时热影响区的平均尺寸。2020/8/7，3.2焊接接头中的裂纹3.2.1热裂纹(1)热裂纹的原因在熔池金属的结晶过程中，低熔点的共晶在晶界被挤压形成“粒间膜”，成为弱接地区。在拉伸应力的作用下，开裂导致热裂纹。(2)热裂纹的类型。结晶裂纹沿着固相线附近的晶界开裂，这是由于凝固金属收缩时残留液相不足。它们主要出现在碳钢、低合金钢和奥氏体钢的焊缝中。高温液化裂纹的热影响区由于含有低熔点共晶而被重熔，裂纹在收缩应力作用下沿奥氏体晶间发生。它主要存在于高强度钢、奥氏体钢和含镍和铬的不锈钢的粗晶区。(3)热裂纹的影响因素

6、及控制。化学成分硫和磷易形成低熔点的共晶化合物，导致偏析，碳易引起硫和磷的偏析，在晶界形成共晶化合物；降低硫在铁中的溶解度会促进硫和铁的结合形成FeS，从而导致热裂解的倾向。2020年8月7日/8月7日，镍易与硫形成共晶，导致形成热裂纹。当硅含量大于0.4时，容易形成低熔点的硅酸盐夹杂物，增加了形成热裂纹的倾向。锰能改善硫化物的分布，使其由硫化亚铁变为球形硫化物。碱性焊条和焊剂具有良好的抗硫和抗磷性能。通过预热降低焊接冷却速度，以降低焊接应力。采用灭弧板，以避免工件上的弧坑裂纹，2020/8/7，3.2.2冷裂纹(1)特性和危害。在100，最常见的是在焊接后立即出现，或在一段时间后出现(延迟，

7、危害)。焊缝下方裂纹的方向平行于或垂直于热影响区和焊缝连接处熔合线上的熔合线。焊缝和母材连接处的根部裂纹通常源于焊缝根部的最大应力，并出现在热影响区或焊缝金属的内焊趾处。2020/8/7，C .沿焊缝纵向或垂直方向的宏观-微观穿晶、沿晶或混合穿晶和晶间冷裂纹(2)影响因素和控制方法。焊接速度、冷却速度、预热速度、冷却速度、氢扩散是2020年8月7日高强钢焊接中产生冷裂纹的重要因素，并使其具有特征冷却速度延迟、高温停留时间、焊前H缓冷：预热和焊后保温的多层焊接。后一层加热前一层以减少氢的来源，干燥焊接材料，去除水并清除坡口污垢，使用DC焊机消除熔池中的氢，使用低氢焊条消除焊接后的氢。(3)焊接应

8、力，2020年8月7日，焊接应力，冷裂纹倾向降低刚度，并及时消除应力热处理，无需强制焊接，使残余应力和氢逸出3.2.3再加热一些低合金高强度钢中的裂纹。当在较高温度下进行或使用应力消除热处理时，在热影响区(1)的粗晶部分中产生的裂纹的特征在于焊接后在较高温度下重新产生，并且出现在粗晶区域(12001350以上的区域)。宏观趋势为沿晶，有波折，2020年8月7日，(2)主要影响因素a .合金元素C、Cr和再热裂纹的影响可通过以下两个公式估算：G2为敏感，1.5为不敏感，PRS0为不敏感，b .焊接残余应力，2020年8月7日，再热裂纹(3)再热裂纹控制a .使用再热裂纹敏感性低的钢b .尽可能消

9、除焊缝应力集中点，如凹坑、咬边、 最终焊透和其他缺陷c .采用使残余应力的释放主要由焊缝金属承担d .避免或减少在敏感温度范围内的停留时间e .提高预热温度或采用后热处理预热温度200450，2020/8/7，3.2.4叠层撕裂经常发生在丁字接头和角接头上，在厚板焊缝中更为常见，2020/8/7，(1)特征和原因是低温裂纹，所有这些裂纹都是在热影响区产生的，其截面呈阶梯状，并平行于钢板中有硫化物和氧化物等非金属夹杂物。钢板轧制时，夹杂物呈片状，分布在平行于表面的层中，其变形能力为断裂面的收缩率。在焊接应力的作用下，夹杂物首先开裂，并在层间相继扩展，导致分层撕裂。(2)损坏发生后无法修复。(3)

10、影响因素及控制，2020年8月7日，严格控制低强度堆焊(隔离焊)用钢的含硫量，提高接头的应变能力。采用预热，采用合理的焊接结构3.3焊接接头应力：残余应力、应力集中和载荷应力3.3.1焊接残余应力产生的原因(1)在焊接过程中，随着焊接区温度的变化，会产生三种内应力，即2020/8/7，热应力焊件受热不均匀产生的应力，又称温度应力，当温度应力为S时塑性变形，冷却过程。温度升高后，接头中会残留内应力，称为焊接残余应力、显微组织应力和金属结构引起的应力。如马氏体结构，受力构件的约束应力受构件热变形的约束，残余应力的大小和分布非常复杂，与许多因素有关，通常由实际测量确定。(2)焊接残余应力分布在应力状

11、态下，中厚板(20毫米以下)为平面应力X纵向残余应力Y横向残余应力X纵向残余应力Y横向残余应力Z横向残余应力Z厚度方向上的残余应力作用范围X和Y主要为焊缝两侧及其附近200300毫米范围内的拉应力，2020年8月7日，X引起横向裂纹，Y引起纵向裂纹，Z引起沿焊缝长度方向的层状撕裂。厚板中的残余应力=240毫米电渣焊是三个方向的拉应力。2020年8月7日，厚板多层单面对焊的内应力为表面拉应力Z，可能是压应力，也可能是根部拉应力Y，S，因为每一个焊接层都会引起焊接接头的角变形。累积硬化导致一次塑性变形和多次塑性变形B开裂B。喷嘴角焊缝中的残余应力，2020/8/7，2020/8/7，切向应力t(x

12、)是焊缝及其附近的拉应力，而径向应力r(y)是远离焊缝的拉应力。喷嘴直径越小，壁厚越大，刚度、约束、温度(T。裂纹引起的焊接残余应力损伤(3) A .对静强度的影响塑料材料对静强度没有影响，也不影响结构的整体切割能力。脆性材料的残余应力不产生局部屈服变形。有外力作用，峰值应力，B开裂，2020年8月7日，B。增加结构脆性断裂的倾向高强度金属材料都有一定的断裂韧性k1c K1焊接残余应力的存在会使，因此，C。增加应力腐蚀开裂倾向腐蚀环境拉应力腐蚀开裂条件残余应力工作应力叠加使局部应力腐蚀开裂。对于在应力腐蚀环境中使用的压力容器设备，必须在焊接后进行应力消除热处理。d .对加工精度和尺寸稳定性的影

13、响。在2020年8月/7月，如果有残余应力切削等机械加工，由于后加工零件中残余应力的释放，加工零件的尺寸会发生偏差。为了保证加工精度，加工前应消除焊接残余应力。(4)残余应力的消除和控制a .尽量使焊缝自由收缩，减少约束b .锤击焊缝c .焊后消除残余应力。整体高温回火(或应力消除退火)局部高温回火，2020年8月7日，水压试验方法(5)焊接残余应力测试方法简介a .应力释放法、切片法、盲孔法和小孔法*在应力场中钻一个直径为D23毫米、深度为0.8-1.0毫米的盲孔，破坏应力平衡，释放孔周围的应力。通过测量钻孔前后孔周围的应变变化，可以用弹性力学计算小孔处的应力。b物理校准法x射线法磁粉法*超

14、声波法光学干涉法，2020/8/7，2020/8/7，3.3.2焊接接头应力集中在载荷作用下，局部应力峰值(1)是由结构的不连续性引起的。答：接头形式的对接接头应力集中最小，搭接接头应力集中最大。焊缝形状的超高。焊接工艺缺陷，如夹渣、气孔、咬边、未焊透和裂纹，2020年8月7日。(2)应力集中用应力集中系数表示。它的值是横截面上最大应力值与其平均应力值的比值。它的大小和分布与接头的基本形式有关，如接头类型、焊接方法和应力方向。对接焊缝搭接焊缝角焊缝T(十字)接头角焊缝角焊缝(3)危及类似残余应力，2020年8月7日，3.3.2工作应力载荷平均应力集中焊接接头中的残余应力(1)对接焊缝，2020年8月7日，焊缝的超高产生结构不连续，导致焊缝与母材过渡处的应力集中。多余高度被压平后，不会产生应力集中，因此有时需要重要的设备来压平焊缝(2)丁字接头的多余高度，2020。没有坡口，因为