焊接技術(shù)講座課件沈大明教授

1、現(xiàn)代焊接技術(shù)介紹講述人：沈大明 2011-9-28課件提綱1、焊接基礎(chǔ)31.1概況、原理及特點(diǎn)31.2 焊接基本知識(shí)42、焊接方法52.1 電弧焊62.2 埋弧焊82.3氣體保護(hù)焊103、焊接應(yīng)力與變形133.1焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生原因133.2焊接應(yīng)力與變形的危害153.3焊接應(yīng)力與變形的防止164、焊接缺陷184.1 焊接缺陷分類184.2 焊接裂紋分類184.3 焊接裂紋防止195、焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)205. 1 焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝過(guò)程205.2焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)206、焊接生產(chǎn)應(yīng)用256.1壓力容器的焊接256.2制造工藝過(guò)程266.3 封頭生產(chǎn)工序276.4筒體節(jié)生產(chǎn)工序286.5 接管和法

2、蘭生產(chǎn)工序圖306.6 總裝配和焊接生產(chǎn)工序316.7 檢驗(yàn)32現(xiàn)代焊接技術(shù)現(xiàn)代焊接技術(shù)是體現(xiàn)工業(yè)型國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志，是鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)制造的關(guān)鍵性科學(xué)技術(shù)。其廣泛應(yīng)用于港口和礦山機(jī)械、汽車和機(jī)車車輛、發(fā)電設(shè)備、飛行器、船舶、橋梁、建筑、鍋爐壓力容器、化工設(shè)備等制造領(lǐng)域。近年來(lái)，焊接技術(shù)迅速發(fā)展，新的焊接方法不斷出現(xiàn)，特別是在應(yīng)用了計(jì)算機(jī)信息技術(shù)后，焊接的精密化和智能化更顯其效能。焊接方法很多，本章主要介紹幾種焊接工藝原理和方法以及焊接結(jié)構(gòu)的工藝性。1、焊接基礎(chǔ)1.1定義、原理及特點(diǎn)焊接是使相互分離的金屬材料借助于原子間的結(jié)合力連接起來(lái)的一種熱加工工藝方法。即通過(guò)加熱或加壓（或者兩者并用

3、），使用或不用填充材料，將兩個(gè)工件達(dá)到結(jié)合的目的。實(shí)質(zhì)就是通過(guò)物理-化學(xué)過(guò)程，使兩個(gè)分離表面的金屬原子接近到晶格距離（0.30.5nm）形成金屬鍵，從而使兩金屬連為一體。 熔焊的焊接過(guò)程是利用熱源先把工件局部加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池，然后隨著熱源向前移去，熔池液體金屬冷卻結(jié)晶，形成焊縫。其焊接過(guò)程包括熱過(guò)程、冶金過(guò)程和結(jié)晶過(guò)程。根據(jù)熱源的不同可分為氣焊 、電弧焊、電渣焊、激光焊、電子束焊、等離子弧焊等。焊件可以是金屬材料，也可以是非金屬材料，如塑料、玻璃等。焊接的主要特點(diǎn)是： 節(jié)省材料，減輕重量。焊接的金屬結(jié)構(gòu)件可比鉚接節(jié)省材料1025；采用點(diǎn)焊的飛行器結(jié)構(gòu)重量明顯減輕，降低油耗，提高運(yùn)載能力

4、。 簡(jiǎn)化復(fù)雜零件和大型零件的制造過(guò)程。焊接方法靈活，可化大為小，以簡(jiǎn)拼繁，加工快，工時(shí)少，生產(chǎn)周期短。許多結(jié)構(gòu)可以采用鑄焊、鍛焊形式組合，簡(jiǎn)化了加工工藝。 適應(yīng)性強(qiáng)。多樣的焊接方法幾乎可焊接所有的金屬材料和部分非金屬材料?？珊阜秶^廣，而且連接性能較好。焊接接頭可達(dá)到與工件金屬等強(qiáng)度或相應(yīng)的特殊性能。 滿足特殊連接要求。不同材料焊接在一起，能使零件的不同部分或不同位置具備不同的性能，達(dá)到使用要求。如防腐容器的雙金屬筒體焊接、鉆頭工作部分與柄的焊接、水輪機(jī)葉片耐磨表面堆焊等。 降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。盡管如此，焊接加工在應(yīng)用中仍存在某些不足。例如不同焊接方法的焊接性有較大差別，焊接接頭的組織

5、不均勻，焊接熱過(guò)程造成的結(jié)構(gòu)應(yīng)力與變形以及各種裂紋問(wèn)題等，都有待進(jìn)一步研究和完善。焊接的實(shí)際應(yīng)用還取決于母材，焊接消耗材料，焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，焊接方法（包括焊接設(shè)備）和工藝水平的發(fā)展等。常見(jiàn)的焊接接頭斷面形式見(jiàn)下圖。1.2 焊接基本知識(shí)1.2.1接頭形式 最適于焊條電弧焊的焊接接頭有對(duì)接、搭接、T形接和角接4種基本形式。設(shè)計(jì)或選用接頭形式時(shí)，主要是根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和焊接工藝要求，并綜合考慮承載條件、焊接可達(dá)性、焊接應(yīng)力與變形以及經(jīng)濟(jì)成本等因素。1.2.2焊接位置 熔焊時(shí)，焊縫所處的空間位置稱焊接位置。盡管焊條電弧焊具有任何位置的焊縫均能完成焊接，但只要條件允許，都盡可能使之在平焊位置(對(duì)角焊縫又

6、叫“船形”位置)進(jìn)行焊接。因?yàn)榇宋恢弥亓τ欣诤附雍缚p成形好，操作最容易，對(duì)技能要求較低，焊接質(zhì)量易于保證；可以使用較大的焊條直徑和較高的焊接電流，因而可獲得較高的熔敷率。 2、焊接方法焊接方法的種類很多，根據(jù)實(shí)現(xiàn)金屬原子間結(jié)合的方式不同，可分為熔化焊、壓力焊和釬焊三大類：1）熔焊：利用局部加熱的方法，把工件的焊接處加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池，然后冷卻結(jié)晶，形成焊縫，將兩部分金屬連接成為一個(gè)整體的工藝方法。 2）壓焊：在焊接過(guò)程中需要加壓的一類焊接方法。3）釬焊：利用熔點(diǎn)比母材低的填充金屬熔化后，填充接頭間隙并與固態(tài)的母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接的一種焊接方法。2.1 電弧焊焊條電弧焊是利用電弧作為熱源

7、，手工操縱焊條進(jìn)行焊接的方法，又稱手工電弧焊。手工電弧焊的特點(diǎn)：1）設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活；2）可焊接多種金屬材料；3）室內(nèi)、外焊接效果相近；4）對(duì)焊工操作水平要求較高，生產(chǎn)率較低。手工電弧焊是熔化焊中最基本的一種焊接方法。它利用電弧產(chǎn)生的熱熔化被焊金屬，使之形成永久結(jié)合。由于它所需要的設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活,可以對(duì)不同焊接位置、不同接頭形式的焊縫方便地進(jìn)行焊接，因此是目前應(yīng)用最為廣泛的焊接方法。手工電弧焊按電極材料的不同可分為熔化極手工電弧焊和非熔化極手工電弧焊。非熔化極手工電弧焊如手工鎢極氣體保護(hù)焊。溶化極手工電弧焊是以金屬焊條作電極，電弧在焊條端部和母材表面燃燒的方法。下圖中的電路是以弧焊電源為

8、起點(diǎn)，通過(guò)焊接電纜、焊鉗、焊條、工件、接地電纜形成回路。在有電弧存在時(shí)形成閉合回路,形成焊接過(guò)程。焊條和工件在這里既作為焊接材料，也作為導(dǎo)體。焊接開(kāi)始后，電弧的高熱瞬間熔化了焊條端部和電弧下面的工件表面，使之形成熔池，焊條端部的熔化金屬以細(xì)小的熔滴狀過(guò)渡到熔池中去，與母材熔化金屬混合，凝固后成為焊縫。手工電弧焊示意圖手工電弧焊所用的設(shè)備需根據(jù)焊條和被焊材料選取。電源分為交流電和直流電兩種。使用酸性焊條焊接低碳鋼一般構(gòu)件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮選用價(jià)格低廉、維修方便的交流弧焊機(jī)；使用堿性焊條焊接高壓容器、高壓管道等重要鋼結(jié)構(gòu)，或焊接合金鋼、有色金屬、鑄鐵時(shí)，則應(yīng)選用直流弧焊機(jī)。購(gòu)置能力有限而焊件材料的類型

9、繁多時(shí)，可考慮選用通用性強(qiáng)的交、直流兩用弧焊機(jī)。當(dāng)采用某些堿性藥皮焊條時(shí)，如結(jié)507時(shí)，必須選用直流焊接電源，而且要注意此時(shí)應(yīng)將電焊機(jī)的負(fù)極接工件，正極接焊條，稱為直流反接法；反之稱為正接法。如圖所示。（a）正接法 （b）反接法采用直流電焊接的極性接法示圖2.1 埋弧焊埋弧焊（SAW）又稱焊劑層下電弧焊。它是通過(guò)保持在光焊絲和工件之間的電弧將金屬加熱，使被焊件之間形成剛性連接。按自動(dòng)化程度的不同，埋弧焊分為半自動(dòng)焊（移動(dòng)電弧由手工操作）和自動(dòng)焊。這里所指的埋弧焊都是指埋弧自動(dòng)焊，半自動(dòng)焊已基本上由氣體保護(hù)焊代替。 埋弧自動(dòng)焊的焊接過(guò)程 如下圖所示，埋弧自動(dòng)焊時(shí)，焊劑由給送焊劑管流出，均勻地堆敷

10、在裝配好的焊件（母材）表面。焊絲由自動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)自動(dòng)送進(jìn)，經(jīng)導(dǎo)電嘴進(jìn)入電弧區(qū)。焊接電源分別接在導(dǎo)電嘴和焊件上，以便產(chǎn)生電弧。給送焊劑管、自動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)及控制盤等通常都裝在一臺(tái)電動(dòng)小車上。小車可以按調(diào)定的速度沿著焊縫自動(dòng)行走。插入顆粒狀焊劑層下的焊絲末端與母材之間產(chǎn)生電弧，電弧熱使鄰近的母材、焊絲和焊劑熔化，并有部分被蒸發(fā)。焊劑蒸氣將熔化的焊劑（熔渣）排開(kāi)，形成一個(gè)與外部空氣隔絕的封閉空間，這個(gè)封閉空間不僅很好地隔絕了空氣與電弧和熔池的接觸，而且可完全阻擋有礙操作的電弧光的輻射。電弧在這里繼續(xù)燃燒，焊絲便不斷地熔化，呈滴狀進(jìn)入熔池與母材熔化的金屬和焊劑提供的合金化元素混合。熔化的焊絲不斷地被補(bǔ)充，送

11、入到電弧中，同時(shí)不斷地添加焊劑。隨著焊接過(guò)程的進(jìn)行，電弧向前移動(dòng)，焊接熔池隨之冷卻而凝固，形成焊縫。密度較小的熔化焊劑浮在焊縫表面形成熔渣層。未熔化的焊劑可回收再用。 埋弧自動(dòng)焊的特點(diǎn)及應(yīng)用 焊接質(zhì)量好 焊接過(guò)程能夠自動(dòng)控制。各項(xiàng)工藝參數(shù)可以調(diào)節(jié)到最佳數(shù)值。焊縫的化學(xué)成分比較均勻穩(wěn)定。焊縫光潔平整，有害氣體難以侵入，熔池金屬冶金反應(yīng)充分，焊接缺陷較少。 生產(chǎn)率高 焊絲從導(dǎo)電嘴伸出長(zhǎng)度較短，可用較大的焊接電流，而且連續(xù)施焊的時(shí)間較長(zhǎng)，這樣就能提高焊接速度。同時(shí)，焊件厚度在14mm以內(nèi)的對(duì)接焊縫可不開(kāi)坡口，不留間隙，一次焊成，故其生產(chǎn)率高。 節(jié)省焊接材料 焊件可以不開(kāi)坡口或開(kāi)小坡口，可減少焊縫中焊

12、絲的填充量，也可減少因加工坡口而消耗掉的焊件材料。同時(shí)，焊接時(shí)金屬飛濺小，又沒(méi)有焊條頭的損失，所以可節(jié)省焊接材料。 易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，勞動(dòng)條件好，勞動(dòng)強(qiáng)度低，操作簡(jiǎn)單。埋弧自動(dòng)焊的缺點(diǎn)是：適應(yīng)性差，通常只適用于水平位置焊接直縫和環(huán)縫，不能焊接空間焊縫和不規(guī)則焊縫，對(duì)坡口的加工、清理和裝配質(zhì)量要求較高。埋弧自動(dòng)焊通常用于碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼和耐熱鋼等中厚板結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)直縫、直徑大于300mm環(huán)縫的平焊。此外，它還用于耐磨、耐腐蝕合金的堆焊、大型球墨鑄鐵曲軸以及鎳合金、銅合金等材料的焊接。2.3氣體保護(hù)焊氣體保護(hù)焊是指用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊。氣體保護(hù)焊是明弧焊接，焊接時(shí)便于

13、監(jiān)視焊接過(guò)程，故操作方便，可實(shí)現(xiàn)全位置自動(dòng)焊接，焊后還不用清渣，可節(jié)省大量輔助時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)率。另外，由于保護(hù)氣流對(duì)電弧有冷卻壓縮作用，電弧熱量集中，因而焊接熱影響區(qū)窄，工件變形小，特別適合于薄板焊接。2.3.1 氬弧焊 氬弧焊是以氬(Ar)氣作為保護(hù)氣體的氣體保護(hù)電弧焊。氬氣是一種惰性氣體，在高溫下，它不與金屬和其他任何元素起化學(xué)反應(yīng)，也不熔于金屬，因此保護(hù)效果良好，所焊接頭質(zhì)量高。按使用的電極不同，氬弧焊可分為不熔化極氬弧焊即鎢極氬弧焊（TIG焊）和熔化極氬弧焊（MIG）兩種，如下圖所示。（a） 熔化極氬弧焊；（b）鎢極氬弧焊1 送絲輪；2焊絲；3導(dǎo)電嘴；4噴嘴；5進(jìn)氣管；6氬氣流；

14、7電??；8工件；9鎢極；10填充焊絲氬弧焊示意圖 鎢極氬弧焊（TIG焊） 常采用熔點(diǎn)較高的釷鎢棒或鈰鎢棒作為電極，焊接過(guò)程中電極本身不熔化，故屬不熔化極電弧焊。鎢極氬弧焊又分為手工焊和自動(dòng)焊兩種。焊接時(shí)填充焊絲在鎢極前方添加。當(dāng)焊接薄板時(shí)，一般不需開(kāi)坡口和加填充焊絲。鎢極氬弧焊的電流種類與極性的選擇原則是：焊接鋁、鎂及其合金時(shí)，采用交流電；焊其他金屬（低合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼、鈦及鈦合金、銅及銅合金等）采用直流正接。由于鎢極的載流能力有限，其電功率受到限制，所以鎢極氬弧焊一般只適于焊接厚度小于6mm的工件。 熔化極氬弧焊（MIG） 熔化極氬弧焊是以連續(xù)送進(jìn)的焊絲作為電極，電弧產(chǎn)生在焊絲與工件之

15、間，焊絲不斷送進(jìn)，并熔化過(guò)渡到焊縫中去，因而焊接電流可大大提高。熔化極氬弧焊可分為半自動(dòng)焊和自動(dòng)焊兩種，一般采用直流反接法。與TIG焊相比，MIG焊可采用高密度電流，母材熔深大，填充金屬熔敷速度快，生產(chǎn)率高。MIG焊和TIG焊一樣，幾乎可焊接所有的金屬，尤其適合于焊接鋁及鋁合金、銅及銅合金以及不銹鋼等材料。主要用于中、厚板的焊接。目前采用熔化極脈沖氬弧焊可以焊接薄板，進(jìn)行全位置焊接、實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成型以及封底焊。2.3.2 C02氣體保護(hù)焊 CO2氣體保護(hù)焊是利用廉價(jià)的CO2氣體作為保護(hù)氣體的電弧焊。CO2保護(hù)焊的焊接裝置如下圖所示。它是利用焊絲作電極，焊絲由送絲機(jī)構(gòu)通過(guò)軟管經(jīng)導(dǎo)電嘴送出。電弧

16、在焊絲與工件之間發(fā)生。CO2氣體從噴嘴中以一定的流量噴出，包圍電弧和熔池，從而防止空氣對(duì)液體金屬的有害作用。CO2保護(hù)焊可分為自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊。目前應(yīng)用較多的是半自動(dòng)焊。 CO2氣體保護(hù)焊除具有前述的氣體保護(hù)焊的那些優(yōu)點(diǎn)外，還有焊縫含氫量低，抗裂性能好；CO2氣體價(jià)格便宜、來(lái)源廣泛，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。由于CO2氣體是氧化性氣體，高溫時(shí)可分解成CO和氧原子，易造成合金元素?zé)龘p、焊縫吸氧，導(dǎo)致電弧穩(wěn)定性差、飛濺較多、弧光強(qiáng)烈、焊縫表面成形不夠美觀等缺點(diǎn)。若控制或操作不當(dāng)，還容易產(chǎn)生氣孔。為保證焊縫的合金元素，須采用含錳、硅較高的焊接鋼絲或含有相應(yīng)合金元素的合金鋼焊絲。常用的CO2焊焊絲是H08Mn

17、2SiA，適于焊接低碳鋼和普通低合金鋼結(jié)構(gòu)鋼（b600MPa）。還可使用Ar和CO2氣體混合保護(hù)，焊接強(qiáng)度級(jí)別較高的普通低合金結(jié)構(gòu)鋼。為了穩(wěn)定電弧，減少飛濺，CO2焊采用直流反接。 由于CO2保護(hù)焊的優(yōu)點(diǎn)較多，目前已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)各部門中。CO2氣體保護(hù)焊示意圖3、焊接應(yīng)力與變形3.1焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生原因 焊接應(yīng)力產(chǎn)生原因焊件在焊接過(guò)程中受到局部加熱和冷卻是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的主要原因。金屬構(gòu)件在焊接以后，總要發(fā)生變形和產(chǎn)生焊接應(yīng)力，且二者是彼此伴生的。焊接應(yīng)力的存在，對(duì)構(gòu)件質(zhì)量、使用性能和焊后機(jī)械加工精度都有很大影響，甚至導(dǎo)致整個(gè)構(gòu)件斷裂；焊接變形不僅給裝配工作帶來(lái)很大困難，還會(huì)影響

18、構(gòu)件的工作性能。變形量超過(guò)允許數(shù)值時(shí)必須進(jìn)行矯正，矯正無(wú)效時(shí)只能報(bào)廢。因此，在設(shè)計(jì)和制造焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡量減小焊接應(yīng)力和變形。 焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生原因：焊接過(guò)程中，對(duì)焊接件進(jìn)行不均勻加熱和冷卻，是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的根本原因。 焊接變形的基本形式：常見(jiàn)的焊接變形有收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形和扭曲變形等五種形式。 焊接變形產(chǎn)生原因縱向收縮變形橫向收縮變形撓曲變形角變形波浪變形：薄板易發(fā)生錯(cuò)邊變形：長(zhǎng)度方向和厚度方向螺旋形變形收縮變形是由于焊縫金屬沿縱向和橫向的焊后收縮而引起的；角變形是由于焊縫截面上下不對(duì)稱，焊后沿橫向上下收縮不均勻而引起的；彎曲變形是由于焊縫布置不對(duì)稱，焊縫較集中的

19、一側(cè)縱向收縮較大而引起的；扭曲變形常常是由于焊接順序不合理而引起的；波浪變形則是由于薄板焊接后焊縫收縮時(shí)，產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力，使焊件喪失穩(wěn)定性而引起的。3.2焊接應(yīng)力與變形的危害焊接應(yīng)力的危害：1）增加結(jié)構(gòu)工作時(shí)的應(yīng)力，降低承載能力；2）引起焊接裂紋，甚至脆斷；3）促使產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋；4）殘余應(yīng)力衰減會(huì)產(chǎn)生變形，引起形狀、尺寸不穩(wěn)定。 焊接變形的危害：1）使工件形狀尺寸不合要求；2）影響組裝質(zhì)量；3）矯正焊接變形很費(fèi)工時(shí)，增加成本，降低接頭塑性；4）使結(jié)構(gòu)形狀發(fā)生變化，并產(chǎn)生附加應(yīng)力，降低承載能力。焊接變形可能降低結(jié)構(gòu)承載能力3.3焊接應(yīng)力與變形的防止焊接應(yīng)力的防止及消除措施：1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要

20、避免焊縫密集交叉，焊縫截面和長(zhǎng)度要盡可能小； 2）采取合理的焊接順序，使焊縫較自由的收縮；3）焊縫仍處在較高溫度時(shí)，錘擊或輾壓焊縫使金屬伸長(zhǎng)，減少殘余應(yīng)力；4）采用小線能量焊接，多層焊，減少殘余應(yīng)力；5）焊前預(yù)熱可減少工件溫差，減少殘余應(yīng)力；6）焊后進(jìn)行去應(yīng)力退火，消除焊接殘余應(yīng)力。 焊接變形的防止和消除措施：1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要避免焊縫密集交叉，焊縫截面和長(zhǎng)度要盡可能小，與防止應(yīng)力一樣也是減少變形的有效措施；2）焊前組裝時(shí)，采用反變形法；3）剛性固定法，但會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力；4）采用合理的焊接規(guī)范；5）選用合理的焊接順序，如：對(duì)稱焊、分段退焊。6）采用機(jī)械或火焰矯正法來(lái)減少變形。4、焊接缺陷4.

21、1 焊接缺陷分類4.2 焊接裂紋分類焊接裂紋的分類及形式：4.3 焊接裂紋防止1.工藝方面 選擇合理的焊接規(guī)范及線能量,控制冷卻時(shí)間，改善焊縫及熱影響區(qū)組織狀態(tài)。 焊前預(yù)熱、控制層間溫度及焊后保溫緩冷或后熱，能降低冷卻速度，改善組織，加快氫的擴(kuò)散逸出。 焊前仔細(xì)清理焊絲的油、銹及坡口的油污、水分。焊條嚴(yán)格烘干，去除水分。 焊后及時(shí)熱處理，可消除焊內(nèi)應(yīng)力，改善接頭組織性能并降低接頭中的氫含量。2.冶金方面 選用堿性低氫焊條或低氫的焊接方法，如氣體保護(hù)焊。 合理選擇焊縫金屬的合金成分，提高焊縫的塑性儲(chǔ)備及抗裂能力。 嚴(yán)格控制氫的來(lái)源。3.降低焊接應(yīng)力 選擇合理的焊接順序，減小焊接內(nèi)應(yīng)力。 改進(jìn)焊接

22、設(shè)計(jì)，減小拘束度，避免應(yīng)力集中。5、焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)5. 1 焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝過(guò)程各種焊接結(jié)構(gòu)，其主要的生產(chǎn)工藝過(guò)程為：備料裝配焊接焊接變形矯正質(zhì)量檢驗(yàn)表面處理（油漆、噴塑或熱噴涂等）。備料 包括型材選擇，型材外形矯正，按比例放樣、劃線，下料切割，邊緣加工，成形加工（折邊、彎曲、沖壓、鉆孔等）。裝配 利用專用卡具或其他緊固件裝置將加工好的零件或部件組裝成一體，進(jìn)行定位焊，準(zhǔn)備焊接。焊接 根據(jù)焊件材質(zhì)、尺寸、使用性能要求、生產(chǎn)批量及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況選擇焊接方法，確定焊接工藝參數(shù)，按合理順序施焊。 5.2焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)件種類各式各樣，在其材料確定以后，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)主要包括三方面內(nèi)

23、容：焊縫布置、焊接方法選擇和焊接接頭設(shè)計(jì)等。1.焊縫布置焊縫布置是否合理，直接影響結(jié)構(gòu)件的焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率。因此，設(shè)計(jì)焊縫位置時(shí)應(yīng)考慮下列原則： 焊縫應(yīng)盡量處于平焊位置 各種位置的焊縫，其操作難度不同。以焊條電弧焊焊縫為例，其中平焊操作最方便，易于保證焊接質(zhì)量，是焊縫位置設(shè)計(jì)中的首選方案，立焊、橫焊位置次之，仰焊位置施焊難度最大，不易保證焊接質(zhì)量。 焊條電弧焊焊縫位置圖焊縫要布置在便于施焊的位置 焊條電弧焊時(shí)，焊條要能伸到焊縫位置，如圖所示。點(diǎn)焊、縫焊時(shí)，電極要能伸到待焊位置，如圖所示。埋弧焊時(shí)，要考慮焊縫所處的位置能否存放焊劑。設(shè)計(jì)時(shí)若忽略了這些問(wèn)題，將難以施焊。點(diǎn)焊、縫焊焊縫位置圖（a）電

24、極難以伸入：（b）.方便操作的設(shè)計(jì) 焊縫布置要有利于減少焊接應(yīng)力與變形1) 盡量減少焊縫數(shù)量及長(zhǎng)度,縮小不必要的焊縫截面尺寸 設(shè)計(jì)焊件結(jié)構(gòu)時(shí),可通過(guò)選取不同形狀的型材、沖壓件來(lái)減少焊縫數(shù)量。如下圖所示的箱式結(jié)構(gòu)，若用平板拼焊需四條焊縫，若改用糟鋼拼焊需兩條焊縫，焊縫數(shù)量的下降，既可減少焊接應(yīng)力和變形，又可提高生產(chǎn)率。焊縫截面尺寸的增大會(huì)使焊接變形量隨之加大，但過(guò)小的焊縫截面尺寸，又可能降低焊件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，且截面過(guò)小焊縫冷速過(guò)快易產(chǎn)生缺陷，因此在滿足焊件使用性能前提下，應(yīng)盡量減少不必要的焊縫截面尺寸。減少焊縫數(shù)量示例圖 2）焊縫布置應(yīng)避免密集或交叉 焊縫密集或交叉，會(huì)使接頭處嚴(yán)重過(guò)熱，導(dǎo)致焊接應(yīng)力

25、與變形增大，甚至開(kāi)裂。因此兩條焊縫之間應(yīng)隔開(kāi)一定距離，一般要求大于三倍的板材厚度，且不小于100mm，如下圖所示。處于同一平面焊縫轉(zhuǎn)角的尖角處相當(dāng)于焊縫交叉，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)盡量避免，改為平滑過(guò)渡結(jié)構(gòu)。即使不同一平面的焊縫，若密集堆垛或排布在一列都會(huì)降低焊件的承載能力。焊縫布置應(yīng)避免密集和交叉圖焊縫布置應(yīng)對(duì)稱圖3）焊縫布置應(yīng)盡量對(duì)稱 當(dāng)焊縫布置對(duì)稱于焊件截面中心軸或接近中心軸時(shí)，可使焊接中產(chǎn)生的變形相互抵消而減少焊后總變形量。焊縫位置對(duì)稱分布在梁、柱、箱體等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中尤其重要，如下圖所示，圖a中焊縫布置在焊件的非對(duì)稱位置，會(huì)產(chǎn)生較大彎曲變形，不合理；圖b、圖c將焊縫對(duì)稱布置，均可減少?gòu)澢?/p>

26、形。 4）焊縫布置應(yīng)盡量避開(kāi)最大應(yīng)力位置或應(yīng)力集中位置 盡管優(yōu)質(zhì)的焊接接頭能與母材等強(qiáng)度，但焊接時(shí)難免出現(xiàn)程度不同的焊接缺陷，使結(jié)構(gòu)的承載能力下降。所以在設(shè)計(jì)受力的焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，最大應(yīng)力和應(yīng)力集中的位置不應(yīng)布置焊縫。在下圖中，大跨度鋼梁的最大應(yīng)力處在鋼梁中間，若整個(gè)鋼梁結(jié)構(gòu)由兩段型材焊成，焊縫正布置在最大應(yīng)力處，整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載能力下降；若改用b圖結(jié)構(gòu)，鋼梁由三段型材焊成，雖增加了一條焊縫，但焊縫避開(kāi)了最大應(yīng)力處，提高了鋼梁的承載能力。壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為使焊縫避開(kāi)應(yīng)力集中的轉(zhuǎn)角處，不應(yīng)采用下圖c所示的無(wú)折邊封頭結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用d圖所示有折邊封頭結(jié)構(gòu)。焊縫應(yīng)避開(kāi)應(yīng)力集中處的布置圖 焊縫布置應(yīng)避開(kāi)機(jī)加工

27、表面圖 焊縫布置應(yīng)避開(kāi)機(jī)械加工表面 有些焊件某些部位需切削加工，如采用焊接結(jié)構(gòu)制造的零件如輪轂等，如上圖所示。為機(jī)加工方便，先車削內(nèi)孔后焊接輪輻，為避免內(nèi)孔加工精度受焊接變形影響，必須采用圖b結(jié)構(gòu)，焊縫布置離加工面遠(yuǎn)些。對(duì)機(jī)加工表面要求高的零件，由于焊后接頭處的硬化組織，影響加工質(zhì)量，焊縫布置應(yīng)避開(kāi)機(jī)加工表面，如上圖d所示結(jié)構(gòu)比c合理。2. 焊接方法的選擇各種焊接方法都有其各自特點(diǎn)及適用范圍，選擇焊接方法時(shí)要根據(jù)焊件的結(jié)構(gòu)形狀及材質(zhì)、焊接質(zhì)量要求、生產(chǎn)批量和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等，在綜合分析焊件質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性和工藝可能性之后，確定最適宜的焊接方法。選擇焊接方法時(shí)應(yīng)依據(jù)下列原則： 焊接接頭使用性能及質(zhì)量要符合

28、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 選擇焊接方法時(shí)既要考慮焊件能否達(dá)到力學(xué)性能要求，又要考慮接頭質(zhì)量能否符合技術(shù)要求。如點(diǎn)焊、縫焊都適于薄板輕型結(jié)構(gòu)焊接，縫焊才能焊出有密封要求的焊縫。又如氬弧焊和氣焊雖都能焊接鋁材容器，但接頭質(zhì)量要求高時(shí)，應(yīng)采用氬弧焊。又如焊接低碳鋼薄板，若要求焊接變形小時(shí)，應(yīng)選用CO2焊或點(diǎn)（縫）焊，而不宜選用氣焊。 提高生產(chǎn)率，降低成本 若板材為中等厚度時(shí)，選擇焊條電弧焊、埋弧焊和氣體保護(hù)焊均可，如果是平焊長(zhǎng)直焊縫或大直徑環(huán)焊縫，批量生產(chǎn)，應(yīng)選用埋弧焊。如果是位于不同空間位置的短曲焊縫，單件或小批量生產(chǎn)，采用焊條電弧焊為好。氬弧焊幾乎可以焊接各種的金屬及合金，但成本較高，所以主要用于焊接鋁、鎂

29、、鈦合金結(jié)構(gòu)及不銹鋼等重要焊接結(jié)構(gòu)。焊接鋁合金工件，板厚10mm采用熔化極氬弧焊為好，板厚6mm采用鎢極氬弧焊適宜。若是板厚40mm鋼材直立焊縫，采用電渣焊最適宜。 焊接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備條件及工藝可能性 選擇焊接方法時(shí)，要考慮現(xiàn)場(chǎng)是否具有相應(yīng)的焊接設(shè)備，野外施工有沒(méi)有電源等。此外，要考慮擬定的焊接工藝能否實(shí)現(xiàn)。例如，無(wú)法采用雙面焊工藝又要求焊透的工件，采用單面焊工藝時(shí)，若先用鎢極氬弧焊（甚至鎢極脈沖氬弧焊）打底焊接，更易于保證焊接質(zhì)量。3.焊接接頭設(shè)計(jì)焊接接頭設(shè)計(jì)包括焊接接頭形式設(shè)計(jì)和坡口形式設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)接頭形式主要考慮焊件的結(jié)構(gòu)形狀和板厚、接頭使用性能要求等因素。設(shè)計(jì)坡口形式主要考慮焊縫能否焊透、坡口加工難易程度、生產(chǎn)率、焊材消耗量、焊后變形大小等因素。 焊接接頭按其結(jié)合形式分