焊接基本知识-2015年
焊接基本知识,2,目 录,特种设备常用的焊接方法 焊接接头 焊接应力与变形 特种设备常用钢材的焊接,一、焊接的定义与特点1、定义：焊接是利用原子之间的扩散与结合，使分离的金属材料牢固地连接起来，成为一个整体的过程。GB/T 3375-94焊接术语：通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。焊接的实质是一个条件非常恶劣的热处理过程。 焊接的应用非常广泛，天上、地下、水里都有。 焊接工作量占整个压力容器制造工作的30%。,第一节 特种设备常用的焊接方法,4,2、焊接的优点（6点）节省金属材料、减轻结构重量，且经济效益好。 焊接结构比铆接结构重量可减轻15%-20%，比铸件轻30%-40%，比锻件轻30%。 简化加工与装配工序，生产周期短，生产效率高。 结构强度高，接头密封性好。 为结构设计提供较大的灵活性。 用拼焊的方法可以大大突破铸锻能力的限制。 焊接工艺过程易实现机械化和自动化。,5,3、焊接的局限性用焊接方法加工的结构易产生较大的焊接变形和焊接残余应力，从而影响结构的承载能力、加工精度和尺寸稳定性，同时在焊缝与焊件交界处还会产生应力集中，对结构的疲劳断裂有较大的影响。 焊接接头中存在着一定数量的缺陷，如裂纹、气孔、夹渣、未焊透、未熔合等。这些缺陷的存在会降低强度，引起应力集中，损坏焊缝致密性，这是造成焊接结构破坏的主要原因之一。 焊接接头具有较大的性能不均匀性。由于焊缝的成分及金相组织与母材不同，接头各部位经历的热循环不同，使接头不同区域的性能不同。 焊接生产过程中产生高温、强光及一些有毒气体，对人身体有一定损害，因此要加强焊接操作人员的劳动保护。,6,二、焊接方法的分类,按工艺特点对焊接进行分类，分为三大类：熔焊、压焊、钎焊。,7,对特种设备行业，目前主要采用熔化焊。 因为它具有强度高、气密、水密性好，材质和板厚选择范围大，工艺成熟，可靠性好等优点。,8,焊接方法,熔 焊,电弧焊,电渣焊,等离子弧焊,电子束焊,激光焊,焊条电弧焊,气体保护焊,埋弧焊,压力焊,电阻焊,摩擦焊,超声波焊,爆炸焊,扩散焊,高频焊,钎焊及封粘,软钎焊,硬钎焊,封接,粘接,9,三、几种常用的焊接方法手工电弧焊、埋弧自动焊、氩弧焊、二氧化碳气体保护焊。电弧焊即在电极和焊体之间造成电弧，利用电弧产生的热量，将被焊金属和焊条金属熔化，并形成一种永久接头的过程。 电弧的产生：是利用具有一定电压的焊条和被焊工件之间瞬间接触而造成短路，在短路时，短路电流集中在两个电极（焊条和工件）的几个接触点上，这几个接触点上的电流密度特别高，瞬时即把接触点加热到熔化状态并产生金属蒸汽。当焊条离开金属焊件，而保持较小的距离时，在电压的作用下，两极间气体电离，保证了电流通过两极的空间，阴极放出电子，这些电子、正负离子分别奔向两极，即产生焊接电弧。,焊接电弧,11,（一）几种焊接方法的对比,12,13,焊条电弧焊的焊接过程,焊条电弧焊的焊接过程 1焊缝 2熔池 3保护气体 4电弧 5熔滴 6焊条 7焊钳 8焊机 9焊接电缆 10焊件,交流弧焊机,直流弧焊机,由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异， 在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：,直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）直流负接：焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊条、低合金钢和铝合金）,18,关于氩弧焊需要注意的问题： 氩弧焊根据电极是否熔化分为不熔化极氩弧焊及熔化极氩弧焊。 不熔化极氩弧焊通常叫钨极氩弧焊，它以钨棒作电极，在氩气保护下，靠钨极与工件间产生的电弧热，熔化基本金属进行焊接。必要时，也可另外填充焊丝。在焊接过程中，钨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。钨极氩弧焊电弧稳定，可使用小电流焊接薄工件，并可单面焊双面成型，近年在压力容器制造和安装中得到广泛应用。特别是采用钨极氩弧焊打底，然后用焊条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。 氩弧焊可用于各种焊接接头形式，但不同的接头形式下氩气的保护效果不同。对于对接接头和T字接头，氩气流具有良好的保护效果。但对于对角接接头的保护作用较差，空气容易侵入焊缝区，所以应预加档板以提高氩气流的保护效果。 氩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、氩气流量、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。其中氩气流量是影响焊接质量的重要因素，氩气流量增大，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。但是氩气流量过大时，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。,手工钨极氩弧焊的焊接过程,手工钨极氩弧焊焊接设备,埋弧自动焊,22,（三）关于焊条电弧焊的几个问题（设备、焊条、焊接位置及特点） 1、设备,正接：工件接正极、焊条接负极； 反接：工件接负极、焊条接正极； 在焊接重要结构时，采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。,23,2、焊条 涂有药皮的供手工电弧焊用的熔化电极称为焊条。焊芯+药皮 （1）焊芯和药皮,24,（2）焊条的种类根据用途分：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、铬和铬钼耐热钢焊条、低温钢焊条、堆焊焊条、铝及铝合金焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铸铁焊条和特殊用途焊条。按焊条药皮熔化后所形成的熔渣的酸碱性不同可分为：酸性焊条和碱性焊条（熔渣碱度小于1.5）酸性焊条和碱性焊条的对比,电焊条的构成（药皮+焊芯）,26,（3）手工电弧焊的焊接位置及特点熔焊时，焊接接头所处的空间位置称为焊接位置。四种基本的焊接位置：平焊位置、立焊位置、横焊位置、仰焊位置。 七种焊接位置：平焊位置、立焊位置、横焊位置、仰焊位置、平角焊位置、立角焊位置、仰角焊位置。管子环焊缝的焊接位置也有四种基本形式：水平转动、垂直固定、水平固定、450位置。对于不同的焊接位置，采用的焊接方法，选择的焊接规范以及焊工的操作手法都有所不同，焊缝外观成型与内部缺陷的发生也有各自的规律。,对接焊缝位置,管板角接头焊缝位置,29,焊接位置及特点,30,31,32,第二节 焊接接头,一、焊接接头形式 1、分类 焊接接头形式一般由被焊接两金属件的相互结构位置来决定，通常分为：对接接头搭接接头角接接头T字接头,33,2、焊接坡口形式： 是指被焊两金属件相连处预先被加工成的结构形式，一般由焊接工艺本身来决定。 坡口形式的选择原则： a.保证焊透。 b.填充于焊缝部位的金属尽量少。 c.便于施焊，改善劳动条件。对圆筒形构件，筒内焊接量应尽量少。 d.减少焊接变形量，对较厚元件焊接应尽量选用沿壁厚对称的坡口形式。,34,3、四种焊接接头形式对比,35,对接接头的坡口形式可分为不开坡口、V形坡口、X形坡口、单U形坡口及双U形坡口等种类。对手工焊来说，当构件厚度在3mm以下，对埋弧自动焊来说，构件厚度在14mm以下时，都可以不开坡口，直接施焊。V形坡口加工方便，但对同样厚度的焊件，采用V形坡口比采用X形坡口多耗费近1倍的焊条或焊丝。另外，由于沿厚度焊缝不对称，焊后常造成较大角变形。管子对接一般用V形坡口。X 形坡口加工较V形坡口复杂，需从双面施焊。由于焊缝对称，焊后的角变形很小，焊条和焊丝消耗量也少。U形坡口焊条或焊丝消耗量较V形为少，但在焊后同样会产生较大角变形；双U形坡口焊条或焊丝消耗量最少，焊后变形也小。与V形及X形坡口比较，U形及双U形坡口加工比较复杂，一般在比较重要构件及厚度较大构件中采用。在高压、超高压锅炉和压力容器环缝焊接中常用双U形坡口；低压锅炉和容器焊接中，多用V形及X形坡口。,埋弧焊坡口示例,板厚小于14mm时，可不开坡口；板厚为1422mm时，应开Y型坡口；板厚为2250mm时，可开双Y型或U型坡口。Y型和双Y型坡口的角度为50°60°。,埋弧焊坡口示例,一般采用双面焊，可不留间隙直接进行双面焊接，也可采用打底焊或焊剂垫或垫板。为提高生产率，也可采用水冷铜成型底板进行单面焊双面成型。,38,39,第二节、 焊接接头的组成 焊接接头包括：焊缝、熔合区、热影响区三部分。 1）焊缝是焊件经焊接后形成的结合部分。通常由熔化的母材和焊材组成，有时全部由熔化的母材组成。 2）熔合区是焊接接头中焊缝与母材交接的过渡的区域。它是刚好加热到熔点与凝固温度区间的部分。 3）焊接热影响区是焊接过程中，材料因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和机械性能变化的区域。热影响区的宽度与焊接方法、线能量、板厚及焊接工艺有关。,焊接接头的组成,由于焊缝金属的化学成分较合理，二次结晶的晶粒较细，所以焊缝部位的金属具有较好的力学性能。焊接接头的薄弱的部位在熔合区和热影响区。该部位在结构上也常是不连续的，容易形成应力集中，因而最容易出现问题。,第三节 焊接变形与应力,焊接应力及变形的概念 在焊接过程中，工件受电弧热的不均匀加热而产生的应力及变形是暂时的。当工件冷却后，仍然保留在工件内部的应力及变形叫残余应力及残余变形。我们所说的焊接应力及变形，就指的是焊接的残余应力和焊接残余变形,42,焊接变形与应力,焊接应力与变形产生的原因：焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不能自由膨胀和收缩。,第三节,焊接应力的分类,根据引起应力的基本原因分类热应力、组织应力 根据应力存在的时间分类瞬时应力、残余应力 根据应力作用的方向分类纵向应力、横向应力 单向应力、两向应力、三向应力,焊接变形的分类,由于焊接接头的形式，工件的厚度和形状、焊缝的长度及其位置不同，焊接时会出现各种形式不同的变形。可分为：横向变形、纵向变形、弯曲变形、角变形、波浪变形及扭曲变形。,焊件焊后的变形形式主要有,焊接应力与变形的不利影响,焊接应力和变形是焊接结构生产中经常遇到的难题，它不但对焊接结构的尺寸和外形有重要影响，而且有可能降低结构的承载能力。焊接结构破坏事故许多是由焊接 应力和变形所引起的。当焊接结构出现变形时，需要花许多工时去矫正。比较复杂的变形，矫正的工作量可能比焊接工作量还要大。,焊接应力与变形的不利影响,焊接应力在焊接结构中的存在，直接影响结构的承载能力，降低焊接接头及整个结构的疲劳强度，甚至会引发裂纹、产生疲劳裂纹或脆性断裂而引起事故。,典型事故：,比利时阿尔贝特运河上多座钢桥脆性断裂1938 年3月，跨度为74.5M的哈瑟尔钢桥在交付使用一年后，当一辆电车和几个行人通过时，突然断裂为三节，坠入阿尔贝特运河。当时桥上载荷很小，气温较低，为-20.据统计，19381950年在比利时共有14座大桥断裂。归结大桥断裂的原因主要有四点：应力集中、残余应力、低温和冲击韧性值太低。,典型事故：,南非液化氨罐爆炸 1973年7月13日，南非波切夫斯特隆化肥厂，4座容量为50T的卧式液氨储罐发生爆炸，30T无水液氨逸出，氨气云造成8人死亡。当时气温19，该事故是由于蝶形封头的脆性断裂而引起。具体原因 ： 储罐制成时未做消除应力处理;焊缝修补引起附加应力而又未做消除应力处理。,典型事故：,混铁炉吊车梁坠落某厂125T吊车在向混铁炉兑铁水时，当主小车 移动时，听到异常响声，同时整个吊车开始晃动。接着吊车主梁中部突然断裂,下翼缘板、腹板全部撕裂开；撕裂长度2.5M。值得庆幸的是，盛有铁水的铁水罐坐在地面上未翻倒，没有发生次生灾害。经调查分析，主要原因是由于立粱下翼板与走道板的焊接缺陷和残余应力引发微裂纹，并沿着垂直于拉应力的方向扩展，逐渐形成疲劳裂纹。,焊接变形与应力的关系，影响焊接变形与应力的因素,焊接变形与应力是由许多因素同时作用造成的。其中最主要的因素有：焊件上温度分布不均匀；熔敷金属的收缩；焊接接头金属组织转变及关键的刚性约束等。,a . 焊件上温度分布不均匀,由于电弧的作用，焊件局部被加热到熔化温度，焊缝与母材之间形成了很大的温度梯度。按热胀冷缩的原理，物体受热要伸长，不同温度其伸长量也不同，接高温区域要求伸长量大而受阻，形成了压应力；而温度较低的区域伸长量小的部分因抵抗高温区的伸长，形成了拉伸应力。冷却过程-。,
