金属工艺学课件.ppt
焊接接头的不完整性称焊接缺陷。主要有焊接接头的不完整性称焊接缺陷。主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷等陷等。4.5 4.5 焊接缺陷与检验焊接缺陷与检验 4.5.1 4.5.1 焊接裂纹焊接裂纹1 1、热裂纹、热裂纹 热裂纹的特征热裂纹的特征 热裂纹可发生在焊缝区或热影响区。热裂纹可发生在焊缝区或热影响区。热裂纹的微观特征是沿晶界开裂，所以又称热裂纹的微观特征是沿晶界开裂，所以又称晶间裂纹。因热裂纹在高温下形成，所以有氧化晶间裂纹。因热裂纹在高温下形成，所以有氧化色彩。色彩。热裂纹动画仿真热裂纹动画仿真 热裂纹产生的原因热裂纹产生的原因:晶间存在液态薄膜。晶间存在液态薄膜。接头中存在拉应力。接头中存在拉应力。热裂纹的防止热裂纹的防止:限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，如硫和限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，如硫和磷含量。磷含量。FeFe和和FeSFeS易形成低熔点共晶，其熔点易形成低熔点共晶，其熔点为为988988，很容易产生热裂纹。，很容易产生热裂纹。缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性减少偏析。晶粒，提高塑性减少偏析。减少焊接应力的工艺措施，如采用小线能量，减少焊接应力的工艺措施，如采用小线能量，焊前预热，合理的焊缝布置等。焊前预热，合理的焊缝布置等。2 2、冷裂纹、冷裂纹 冷裂纹的形态和特征冷裂纹的形态和特征 焊缝区和热影响区都可能产生焊缝区和热影响区都可能产生冷裂纹冷裂纹。冷裂。冷裂纹的特征是无分支，通常为穿晶型。冷裂纹无氧纹的特征是无分支，通常为穿晶型。冷裂纹无氧化色彩。化色彩。最常见的冷裂纹是最常见的冷裂纹是延迟裂纹延迟裂纹，即在焊后延迟，即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹。一段时间才发生的裂纹。冷裂纹动画仿真冷裂纹动画仿真 延迟裂纹的产生原因延迟裂纹的产生原因:焊接接头焊接接头(焊缝和热影响区及熔合区焊缝和热影响区及熔合区)的淬火倾向严的淬火倾向严重，产生淬火组织，导致接头性能脆化。重，产生淬火组织，导致接头性能脆化。焊接接头含氢量较高，并聚集在焊接缺陷处形成大焊接接头含氢量较高，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力，使接头脆化。量氢分子，造成非常大的局部压力，使接头脆化。存在较大的拉应力。因氢的扩散需要时间，所以冷存在较大的拉应力。因氢的扩散需要时间，所以冷裂纹在焊后需延迟一段时间才出现。由于是氢所诱裂纹在焊后需延迟一段时间才出现。由于是氢所诱发的，也叫氢致裂纹。发的，也叫氢致裂纹。防止延迟裂纹的措施防止延迟裂纹的措施:选用碱性焊条或焊剂，减少焊缝金属中氢的含量，提选用碱性焊条或焊剂，减少焊缝金属中氢的含量，提高焊缝金属塑性。高焊缝金属塑性。焊条焊剂要烘干，焊缝坡口及附近母材要去油水；除焊条焊剂要烘干，焊缝坡口及附近母材要去油水；除锈，减少氢的来源。锈，减少氢的来源。工件焊前预热，焊后缓冷，可降低焊后冷却速度，避工件焊前预热，焊后缓冷，可降低焊后冷却速度，避免产生淬硬组织，并可减少焊接残余应力。免产生淬硬组织，并可减少焊接残余应力。采取减小焊接应力的工艺措施，如对称焊，小线能量采取减小焊接应力的工艺措施，如对称焊，小线能量的多层多道焊等。的多层多道焊等。焊后立即进行去氢（后热）处理，加热到焊后立即进行去氢（后热）处理，加热到250250，保温，保温2 26h6h，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面。，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面。焊后进行清除应力的退火处理。焊后进行清除应力的退火处理。4.5.2 4.5.2 气孔气孔焊缝气孔有三种：焊缝气孔有三种：氢气孔氢气孔 高温时，氢在液体中的溶解度很大，大量的高温时，氢在液体中的溶解度很大，大量的氢溶入焊缝熔池中，而焊缝熔池在热源离开后快氢溶入焊缝熔池中，而焊缝熔池在热源离开后快速冷却，氢的溶解度急速下降，析出氢气，产生速冷却，氢的溶解度急速下降，析出氢气，产生氢气孔。氢气孔。一氧化碳气孔一氧化碳气孔 当熔池氧化严重时，熔池存在较多的当熔池氧化严重时，熔池存在较多的FeOFeO，在熔池温度下降时，将发生如下反应：在熔池温度下降时，将发生如下反应：FeO+C=Fe+COFeO+C=Fe+CO 此时，若熔池已开始结晶，则此时，若熔池已开始结晶，则COCO将来不及逸将来不及逸出，便产生出，便产生COCO气孔。熔池氧化愈严重，含碳量愈气孔。熔池氧化愈严重，含碳量愈高，越易产生高，越易产生COCO气孔。气孔。氮、氢的溶解度变化氮、氢的溶解度变化 氮气孔氮气孔 熔池保护不好时，空气中的氮溶入熔池熔池保护不好时，空气中的氮溶入熔池而产生。而产生。防止气孔的方法：防止气孔的方法：焊条、焊剂要烘干，焊丝和焊缝坡口及焊条、焊剂要烘干，焊丝和焊缝坡口及其两侧的母材要清除锈、油和水。其两侧的母材要清除锈、油和水。焊接时采用短弧焊，采用碱性焊条。焊接时采用短弧焊，采用碱性焊条。CO2CO2焊时，采用药芯焊丝。焊时，采用药芯焊丝。采用低碳材料都可减少和防止气孔的产采用低碳材料都可减少和防止气孔的产生。生。4.6 4.6 焊接件结构设计焊接件结构设计 4.6.1 4.6.1 焊件材料的选择焊件材料的选择4.6.2 4.6.2 焊接方法的选择焊接方法的选择4.6.3 4.6.3 焊接接头工艺设计焊接接头工艺设计4.6.4 4.6.4 典型焊件的工艺设计典型焊件的工艺设计4.6.1 4.6.1 焊接材料的选择焊接材料的选择焊接材料的选择原则：焊接材料的选择原则：尽量选用可焊性好的材料尽量选用可焊性好的材料:w(C)w(C)0.25%0.25%的低碳钢或的低碳钢或w(CE)w(CE)0.4%0.4%的低合金钢。的低合金钢。因这类钢淬硬倾向小，塑性高，焊接工艺简单。因这类钢淬硬倾向小，塑性高，焊接工艺简单。尽量选用镇静钢。镇静钢含气量低，特别是含尽量选用镇静钢。镇静钢含气量低，特别是含H2H2和和O2O2量低，可防止气孔和裂纹等缺陷。量低，可防止气孔和裂纹等缺陷。异种金属焊接时焊缝应与低强度金属等强度，异种金属焊接时焊缝应与低强度金属等强度，而工艺应按高强度金属设计。而工艺应按高强度金属设计。尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等型材，尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等型材，以简化工艺过程。以简化工艺过程。生产单件钢结构件生产单件钢结构件1 1板厚在板厚在3 310 mm,10 mm,强度较低，且焊缝较短应选用手弧焊。强度较低，且焊缝较短应选用手弧焊。2 2板厚在板厚在10 mm10 mm以上，焊缝为长直焊缝或环焊缝应选用埋弧焊。以上，焊缝为长直焊缝或环焊缝应选用埋弧焊。3 3板厚小于板厚小于3 mm3 mm，焊缝较短应选用，焊缝较短应选用CO2CO2焊。焊。生产大批量钢结构生产大批量钢结构1 1板厚小于板厚小于3 mm,3 mm,无密封要求应选用电阻点焊，有密封要求应无密封要求应选用电阻点焊，有密封要求应选用缝焊。选用缝焊。2 2板厚在板厚在3 310 mm,10 mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用CO2CO2自动自动焊。焊。3 3板厚大于板厚大于10 mm10 mm，焊缝为长直焊缝和环焊缝隙，应选用埋弧，焊缝为长直焊缝和环焊缝隙，应选用埋弧焊或电渣焊。焊或电渣焊。生产不锈钢、铝合金和铜合金结构生产不锈钢、铝合金和铜合金结构 1 1板厚小于板厚小于3mm,3mm,应选用脉冲钨极和钨极氩弧焊。应选用脉冲钨极和钨极氩弧焊。2 2板厚在板厚在3 310 mm,10 mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用熔化极氩焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用熔化极氩弧或等离子弧自动焊。弧或等离子弧自动焊。4.6.2 4.6.2 焊接方法的选择焊接方法的选择焊缝的布置焊缝的布置 1 1焊缝应尽可能分散，如焊缝应尽可能分散，如右图。以便减小焊接热影响右图。以便减小焊接热影响区，防止粗大组织的出现。区，防止粗大组织的出现。2 2焊缝的位置应尽可能对焊缝的位置应尽可能对称分布，如右图，以抵消称分布，如右图，以抵消焊接变形。焊接变形。4.6.3 4.6.3 焊接接头工艺的设计焊接接头工艺的设计 3 3焊缝应尽可能避开最大应焊缝应尽可能避开最大应力和应力集中的位置，如右力和应力集中的位置，如右图。以防止焊接应力与外加图。以防止焊接应力与外加应力相互叠加，造成过大的应力相互叠加，造成过大的应力和开裂。应力和开裂。4 4焊缝应尽量避开机械加焊缝应尽量避开机械加工表面，如右图，以防止工表面，如右图，以防止破坏已加工面。破坏已加工面。5 5应便于焊接操作，如下图。焊缝位置应使焊应便于焊接操作，如下图。焊缝位置应使焊条易到位，焊剂易保持，电极易安放。条易到位，焊剂易保持，电极易安放。接头型式的选择与设计接头型式的选择与设计 接头型式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、接头型式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度等各焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度等各个方面因素综合考虑决定。个方面因素综合考虑决定。1 1熔焊接头设计熔焊接头设计2 2压焊接头设计压焊接头设计 （1 1）点焊接头设计）点焊接头设计 点焊接头设计包括焊点直径点焊接头设计包括焊点直径d d0 0，焊点数，焊点数n n等等 （2 2）摩擦焊的接头型式）摩擦焊的接头型式 摩擦焊接头的型式，不仅根据产品的设计要求摩擦焊接头的型式，不仅根据产品的设计要求 来确定，同时也要考虑到摩擦焊接工艺的特点。来确定，同时也要考虑到摩擦焊接工艺的特点。4.6.3 4.6.3 典型焊件的工艺设计典型焊件的工艺设计结构名称：中压容器结构名称：中压容器材料：材料：16MnR16MnR（原材料尺寸为（原材料尺寸为120012005000mm5000mm）件厚：筒身件厚：筒身12mm12mm；封头；封头14mm14mm；人孔圈；人孔圈20mm20mm；管接头；管接头7mm7mm压力容器压力容器生产数量：生产数量：小批生产小批生产 工艺设计要点：工艺设计要点：筒身用钢板冷卷，按实际尺寸，可分为筒身用钢板冷卷，按实际尺寸，可分为三节，为避免焊缝密集，筒身纵焊缝可相互三节，为避免焊缝密集，筒身纵焊缝可相互错开错开180180，封头应采用热压成型，与筒身，封头应采用热压成型，与筒身连接处应有连接处应有30 mm30 mm50mm50mm的直段，使焊缝躲的直段，使焊缝躲开转角应力集中位置。开转角应力集中位置。根据各条焊缝的不同情况，可选用不同根据各条焊缝的不同情况，可选用不同的焊接方法、接头型式、焊接材料与工艺。的焊接方法、接头型式、焊接材料与工艺。焊接过程模拟焊接过程模拟
