金屬的焊接性及焊接結構設計課件

1、第二十一講 金屬的焊接性與焊接結構設計主講：曹光明金屬的焊接性與焊接結構設計一、常用金屬材料的焊接性 1、焊接性概念 2、碳當量 4、低合金結構鋼的焊接性 3、碳鋼的焊接性 二、焊接應力與變形 三、焊接結構工藝設計 1、焊接結構材料的選擇 2、焊接方法的選擇 3、焊接接頭設計 3、焊接變形及預防措施 2、焊接應力及減小措施 5、鑄鐵的焊補 4、焊縫的設計四、常見的焊接缺陷（了解） 1、產生原因與變形形式 一、常用金屬材料的焊接性 1、焊接性概念 金屬材料在一定的焊接工藝條件下， 獲得優(yōu)質焊接接頭的難易程度。 金屬的焊接性與焊接結構設計焊接方法、材料、焊接規(guī)范、結構型式、預熱及熱處理等。 焊接性

2、內容： （1）工藝焊接性， 指焊接接頭產生工藝缺陷的敏感性， 尤其是出現(xiàn)各種 裂縫的可能性； （2）使用焊接性， 指焊接接頭在使用中的可靠性， 包括焊接接頭的力學 性能及其它特殊性能（如耐熱、耐蝕性能等）。 2、焊接性的評定 評定方法：各種焊接試驗。 C當量 評定碳鋼和普低鋼的焊接性。 碳當量經驗公式： 式中元素符號為鋼中該元素含量的質量百分數(shù)，其值取成分范圍的上限。 金屬的焊接性與焊接結構設計當 0.4%時， 塑性良好， 淬硬和冷裂傾向小， 焊接性好， 當 =0.40.6%時， 塑性下降， 淬硬及冷裂傾向明顯， 焊接性較差。 焊前適當預熱，焊后緩慢冷卻。 當 0.6%時， 塑性較差。 淬硬和

3、冷裂傾向嚴重， 焊接性很差， 焊前需要高溫預熱， 焊接時要采取減少焊接應力和防止裂紋的工藝措施， 焊后需要進行適當熱處理等。 一般焊件不會產生裂紋。 4、低合金結構鋼的焊接性 金屬的焊接性與焊接結構設計普低鋼的焊接性與低碳鋼類似， 但b焊接性 低強度普低鋼： s400MPa， CE 0.4%， 焊接性良好， 無需工藝措施。 如：16Mn、9Mn2。高強度普低鋼： s400MPa， CE 0.4-0.5%， 焊接性較差，冷裂傾向大。 如： 15MnVN、18MnMoNb、14MnMoV。焊前預熱（150250 ）， 焊后緩冷； 選用低氫型焊條； 焊件開坡口， 且采用細焊條、小電流、多層焊。 5、

4、鑄鐵的焊補 金屬的焊接性與焊接結構設計（1）鑄鐵焊補的特點 接頭易產生白口、硬化組織； 接頭易產生裂紋； 焊縫區(qū)易產生氣孔、夾渣。 熔池易流失，一般用于平焊補。 （2）鑄鐵焊補方法 熱焊法： 焊前將焊件整體或局部預熱至600700并施焊，焊后緩冷。 用于形狀復雜，焊后需要機械加工的重要件。 如汽缸體、汽缸蓋、機床導軌等。 二、焊接應力與變形 金屬的焊接性與焊接結構設計1、焊接應力與變形產生的原因與形式： 焊件在焊接過程中受到不均勻加熱和冷卻。 低碳鋼平板對接焊時應力和變形的形成 （a）焊接中 （b）冷卻后 （1）原因：金屬的焊接性與焊接結構設計（2）焊接變形的基本形式 變形形式示意圖產生原因收

5、縮變形 由焊接后焊縫的縱向（沿焊縫長度方向）和橫向（沿焊縫寬度方向）收縮引起 角 變 形 由于焊縫橫截面形狀上下不對稱，焊縫橫向收縮不均引起 彎曲變形 焊縫布置不對稱，焊縫較集中的一側縱向收縮較大引起 扭曲變形 由于焊接順序和焊接方向不合理引起結構上出現(xiàn)扭曲 波浪變形 薄板焊接時，焊接應力使薄板局部失穩(wěn)而引起 金屬的焊接性與焊接結構設計2、焊接應力變形預防措施 （1）焊前預熱： 目的是減小焊件上各部分溫差， 從而減小焊接應力和變形， 預熱溫度一般為400以下。 （2）選擇合理的焊接順序： 盡量使焊縫能自由收縮， 這樣產生的殘余應力較小。 采用分散對稱焊工藝， 長焊縫盡可能采用分段退焊或跳焊法金

6、屬的焊接性與焊接結構設計2、焊接應力變形預防措施 （3）加熱減應區(qū)法： 加熱減應區(qū)法 a）焊接時 b）冷卻時 （4）反變形法： （5）剛性固定法： （6）設計時盡量減少焊縫的數(shù)量、長度和截面積，厚件兩面坡口；焊縫盡量對稱分布，避免密集和交叉。 金屬的焊接性與焊接結構設計3、焊接應力變形的消除 （1）錘擊焊縫： 焊后用圓頭小錘對紅熱狀態(tài)下的焊縫進行錘擊， 可以延展焊縫，從而使焊接應力得到一定的釋放。 （2）焊后熱處理： 焊后對焊件進行去應力退火 （3）焊接變形的矯正： 機械矯正 火焰矯正 金屬的焊接性與焊接結構設計三、焊接結構工藝設計 1、焊接結構材料的選擇 幾條原則： （1）優(yōu)先選用低碳鋼和低

7、強度低合金鋼。 （2）對于重要件應有先選用鎮(zhèn)靜鋼。 （3）盡量選用同一牌號的材料。 （4）盡量選用型材。 以降低結構質量，減少焊縫數(shù)量，簡化焊接工藝，增加結構件的剛性和強度。 （5）等厚度材料。 否則考慮過渡結構。 2、焊接方法的選擇 應依據(jù)下列原則： （1）焊接接頭使用性能及質量要符合結構技術要求。 （2）提高生產率，降低成本。 （3）焊接現(xiàn)場設備條件及工藝可能性。 金屬的焊接性與焊接結構設計三、焊接結構工藝設計 4、焊縫的設計 （1）便于施焊 金屬的焊接性與焊接結構設計三、焊接結構工藝設計 4、焊縫的設計 （1）便于施焊 （2）焊縫應避免密集交叉 （3）焊縫盡量對稱 （4）應避開應力集中處

8、和最大應力處 金屬的焊接性與焊接結構設計四、常見的焊接缺陷 缺陷名稱 示意圖 特征 產生原因 氣 孔 焊接時，熔池中的過飽和H、N以及冶金反應產生的CO，在熔池凝固時未能逸出，在焊縫中形成的空穴 焊接材料不清潔；弧長太長，保護效果差；焊接規(guī)范不恰當，冷速太快；焊前清理不當 裂 紋 熱裂紋：沿晶開裂，具有氧化色澤，多在焊縫上，焊后立即開裂；冷裂紋：穿晶開裂，具有金屬光澤，多在熱影響區(qū)，有延時性，可發(fā)生在焊后任何時刻 熱裂紋：母材硫、磷含量高；焊縫冷速太快，焊接應力大；焊接材料選擇不當；冷裂紋：母材淬硬傾向大；焊縫含氫量高；焊接殘余應力較大 夾 渣 焊后殘留在焊縫中的非金屬夾雜物 焊道間的熔渣未清理干凈；焊接電流太小、焊接速度太快； 操作不當 金屬的焊接性與焊接結構設計四、常見的焊接缺陷 缺陷名稱 示意圖 特征 產生原因 咬 邊 在焊縫和母材的交界處產生的溝槽和凹陷 焊