第六章化工設(shè)備的焊接

第六章化工設(shè)備的焊接第一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四焊接電?。菏请姌O與工件之間氣體介質(zhì)中長(zhǎng)時(shí)間的放電現(xiàn)象。一般情況下，電弧熱量在陽極區(qū)產(chǎn)生的較多，約占總熱量的43%，陰極約36%，弧柱約21%。溫度：用鋼焊條焊鋼材時(shí)陽極區(qū)—2600K陰極區(qū)—2400K電弧中心—6000~8000K使用直流電源焊接時(shí)有正接、反接兩種：正接：正極接工件—工件溫度可稍高一些。反接：負(fù)極接工件，工件溫度可稍低一些。交流焊機(jī)、無正反接特點(diǎn)，溫度均為2500K。焊機(jī)的空載電壓就是焊接時(shí)引弧電壓，一般為50~90V，電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)電壓為電弧電壓。電弧長(zhǎng)度越大，電弧電壓也越高，一般為16~35V。第二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四(一)氣體的來源和產(chǎn)生

來源:1.焊接材料

2.氣體介質(zhì)

3.焊絲和母材表面上的油銹等雜質(zhì).

4.金屬和熔渣的蒸發(fā)產(chǎn)生的氣體

成分:金屬及熔渣蒸氣

第三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四來源:主要是焊接區(qū)周圍的空氣.

氮與金屬作用有兩種情況.

1、不與氮發(fā)生作用的金屬,即不能熔解氮又不形成氮化物,可用N作為保護(hù)氣體.

2、與氮發(fā)生作用的金屬,即能溶解氮又能形成氮化物,這種情況下就要防止焊縫金屬的氮化第四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四1)時(shí)效脆化

2)氣孔

3)有利一面:可作為合金元素加入鋼中,一般指高合金鋼.

第五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四1),機(jī)械保護(hù):氣一渣保護(hù),渣保護(hù),氣體保護(hù),抽真空.對(duì)于適渣型焊條:保護(hù)效果取決于藥皮的數(shù)量及成分

2),焊接工藝規(guī)范影響:

3),焊絲成分的影響:增加焊絲或藥皮中的含碳量可降低焊縫中的含氮量第六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四1,來源:焊條藥皮,焊劑,焊絲藥芯中水分,藥皮中有機(jī)物為,焊件表面雜質(zhì)(銹,油)空氣中水分

第七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四3,[H]的影響因素

①與氫形成穩(wěn)定氫化物的金屬

②不與氫形成穩(wěn)定氫化物的金屬

③合金元素的影響:氫在鐵中溶解度受合金元素影響

第八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四暫態(tài)現(xiàn)象:脆化,白點(diǎn),經(jīng)時(shí)效,熱處理可消除

永久現(xiàn)象:氣孔,改變組織,顯微斑點(diǎn),冷裂紋,不可消除

1),氫脆氫在室溫附近,氫溶解在金屬晶格中,引起鋼的塑性嚴(yán)重下降現(xiàn)象

2),白點(diǎn)

肉眼可見,直徑0.5～3mm中心處有氣孔或小的夾渣,外圍有塑性裂斷的痕跡,象魚眼似的也稱"魚眼".

產(chǎn)生原因:白點(diǎn)是在塑性變形階段產(chǎn)生的.

"誘捕理論"解釋:焊縫中的氣孔及非金屬夾雜物邊緣的空隙,好象"陷阱"一樣.捕捉氫原子,并在其中結(jié)合成氫分子,在拉伸試驗(yàn)中"陷阱"中的氫分子被吸附.由于塑性變形新產(chǎn)生的微裂紋表面上,分解成原子氫,原子氫擴(kuò)散到微裂紋金屬晶格內(nèi),引起金屬脆化.

3),氣孔

4),組織變化和顯微斑點(diǎn)

焊縫金屬A—M時(shí),由于氫在A有較大的溶解度,當(dāng)含氫量高的焊縫自A化,溫度冷卻時(shí),引起局部A過冷殘余A增加,殘余A—M時(shí),富氫的組織內(nèi)產(chǎn)生大的內(nèi)應(yīng)力,造成顯微裂紋

5),產(chǎn)生冷裂紋第九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四1),限制焊接材料的含氫量,藥皮成分

2),嚴(yán)格清理工件及焊絲:去銹,油污,吸附水分

3),冶金處理

4),調(diào)整焊接規(guī)范

5),焊后脫氫處理

第十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四(一)氧在金屬中的溶解

1).以原子氧形式溶解2).以FeO形式溶解

(二)金屬被氧化的途徑

氣相中氧化氣體與金屬相互作用

1).自由氧對(duì)金屬的氧化

2).CO2對(duì)金屬的氧化

3).H2O氣對(duì)金屬的氧化

4).混合氣體對(duì)金屬的氧化

第十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四(三)氧對(duì)焊接質(zhì)量的影響

1).機(jī)械性能下降

2).化學(xué)性能變差

3).產(chǎn)生氣孔CO合金元素?zé)龘p

4).工藝性能變差

(四)防止措施

一防二脫

第十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四(一)熔渣的作用,成分及分類

1.熔渣的作用

1).機(jī)械保護(hù)作用

2).冶金處理作用

3).改善工藝性能

2.熔渣的成分和分類

1).熔渣成分:大體由氧化物,氯化物,氟化物,硼酸鹽類組成是多種化學(xué)組成的復(fù)雜體系.

2).熔渣分為三類

第一類氧化物型

第二類鹽—氧化物型

第三類鹽型

第十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四液態(tài)熔渣的結(jié)構(gòu)有兩種理論:

分子理論和離子理論

分子理論可簡(jiǎn)明的定性為解釋熔渣與金屬之間的冶金反應(yīng),但不能解釋一些重要現(xiàn)象,如導(dǎo)電性,電解等.第十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四1.熔渣的堿度

分子理論認(rèn)為熔渣中的氧化物按其性質(zhì)可分為三類

1).酸性氧化物SiO2TiO2P2O5

2).堿性氧化物K2ONa2OCaOMgOBaOMnOFeO

3).中性氧化物Al2O3Fe2O3Cr2O3第十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四熔渣的氧化性高溫下覆蓋在液態(tài)金屬表面的熔渣，既有對(duì)液態(tài)金屬的保護(hù)作用和促進(jìn)化學(xué)冶金反應(yīng)過程順利進(jìn)行的作用，也有因熔渣自身成分與性能特點(diǎn)，對(duì)液態(tài)金屬污染的副作用，其中包括氧化性較強(qiáng)的熔渣對(duì)液態(tài)金屬的氧化。氧化性較強(qiáng)的熔渣又稱為活性熔渣。熔渣對(duì)液態(tài)金屬的氧化形式可分為擴(kuò)散氧化與置換氧化兩種。

第十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四(一)焊縫中硫的危害及控制1.硫的危害

2.控制硫的措施

(1)限制焊接材料中含硫量

(2)用冶金方法脫硫

堿性焊條脫硫

(CaO)+[FeS]=(CaS)+(FeO)

(MnO)+[FeS]=(MnS)+(FeO)

脫硫劑:堿性氧化物,錳脫硫

[Mn]+[Fes]=(MnO)+[Fe]

LgK=8220/T-1.86T↓K↑有利于脫硫

(MgO)+[FeS]=(MgS)+(FeO)

第十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四1.磷的危害2.控制磷的措施

(1)限制焊接材料中含磷量

(2)脫硫反應(yīng)

a).FeO將磷氧化生成P2O5

b).使之與渣中的堿性氧化物生成穩(wěn)定的磷酸鹽

2[Fe3P]+5(FeO)+3(CaO)=(CaO)3.P2O3+11[Fe]

2[Fe3P]+5(FeO)+4(CaO)=(CaO)4.P2O3+11[Fe]

第十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四(一)目的:補(bǔ)嘗;改善;特殊性能

(二)方式:1.應(yīng)用合金焊絲或帶極

2.應(yīng)用藥芯焊絲或藥芯焊條

3.應(yīng)用合金藥皮或粘結(jié)焊劑

4.應(yīng)用合金粉未

第十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四1、焊接工件上溫度的變化與分布各點(diǎn)處由常溫—較高溫度—常溫固態(tài)液態(tài)固態(tài) 溫度變化如4-3圖二、焊接接頭組織與性能 以低碳鋼為例P132圖4-4中，左圖是焊件的橫截面，右圖是鐵碳狀態(tài)圖的一部分

第二十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四A、焊縫焊縫的結(jié)晶是從熔池底壁開始向中心成長(zhǎng)。焊縫兩側(cè)工件方向冷卻較快，故形成的柱狀的鑄態(tài)組織，由鐵素體和少量的珠光體組成，熔池中部最后結(jié)晶，低熔點(diǎn)的硫磷雜質(zhì)和氧化鐵等易偏析物集中在焊縫中心，將影響焊縫的力學(xué)性能。由于電弧吹力和保護(hù)氣體吹動(dòng)，熔池底壁柱狀晶體成長(zhǎng)受到干擾，柱狀晶體呈傾斜狀，晶粒有所細(xì)化。由于焊接材料的滲合金作用，焊縫金屬性能可能不低于母材金屬的性能。B、焊接熱影響區(qū)、熔合區(qū)、過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)等。⑴熔合區(qū)處于液相線、固相線之間，所以也稱半熔化區(qū)。因溫度過高而成為過熱粗晶，強(qiáng)度、塑性和韌性都下降。此處接頭斷面變化，易引起應(yīng)力集中。此區(qū)很大程度上決定著焊接接頭的性能。⑵過熱區(qū)被加熱到Ac3以上100～200°C至固相線溫度區(qū)間。奧氏體晶粒急劇長(zhǎng)大，形成過熱組織，故塑性、韌性降低，對(duì)易淬火鋼，此區(qū)脆性更大第二十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四⑶正火區(qū)被加熱到Ac1到Ac3以上100～200°C區(qū)間。在此區(qū)溫度范圍內(nèi)，加熱時(shí)發(fā)生重結(jié)晶，轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的奧氏體晶粒，冷卻后為均勻而細(xì)小的鐵素體和珠光體，其力學(xué)性能優(yōu)于母材。⑷部分相變區(qū)相當(dāng)于加熱到Ac1～Ac3溫度區(qū)間。珠光體和部分鐵素體發(fā)生重結(jié)晶，轉(zhuǎn)變成細(xì)小奧氏體晶粒。部分鐵素體不發(fā)生相變，但晶粒有長(zhǎng)大趨勢(shì)。冷卻后晶粒大小不均，因而其力學(xué)性能比正火區(qū)稍差。焊接熱影響區(qū)的大小和組織、性能變化的程度，決定于焊接方法、焊接參數(shù)、接頭形式和焊后冷卻速度等因素。增加焊接速度或減少焊接電流都能減少焊接熱影響區(qū)。

第二十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四c、改善焊接熱影響區(qū)組織和性能的方法焊接熱影響區(qū)在電弧焊焊接接頭中是不可避免的。用焊條電弧焊或埋弧焊方法焊接一般低碳鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，熱影響區(qū)較窄，危害性較小，焊后不進(jìn)行熱處理即可使用。但對(duì)重要的碳鋼構(gòu)件、合金鋼構(gòu)件、電渣焊焊接的構(gòu)件為消除熱影響區(qū)影響，一般采用焊后正火處理。對(duì)焊后不能進(jìn)行熱處理金屬材料或構(gòu)件，則只能在正確選擇焊接方法與焊接工藝上來減少焊接熱影響區(qū)的范圍。第二十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四

焊接接頭的不完整性稱焊接缺陷。主要有焊接裂紋、未焊透、夾渣、氣孔和焊縫外觀缺陷等。第二節(jié)常見焊接缺陷第二十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四1、熱裂紋熱裂紋的特征熱裂紋可發(fā)生在焊縫區(qū)或熱影響區(qū)。熱裂紋的微觀特征是沿晶界開裂，所以又稱晶間裂紋。因熱裂紋在高溫下形成，所以有氧化色彩。第二十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四熱裂紋產(chǎn)生的原因:晶間存在液態(tài)薄膜。接頭中存在拉應(yīng)力。熱裂紋的防止:限制鋼材和焊條、焊劑的低熔點(diǎn)雜質(zhì)，如硫和磷含量。Fe和FeS易形成低熔點(diǎn)共晶，其熔點(diǎn)為988℃，很容易產(chǎn)生熱裂紋?？s小結(jié)晶溫度范圍，改善焊縫組織，細(xì)化焊縫晶粒，提高塑性減少偏析。減少焊接應(yīng)力的工藝措施，如采用小線能量，焊前預(yù)熱，合理的焊縫布置等。第二十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四2、冷裂紋冷裂紋的形態(tài)和特征焊縫區(qū)和熱影響區(qū)都可能產(chǎn)生冷裂紋。冷裂紋的特征是無分支，通常為穿晶型。冷裂紋無氧化色彩。最常見的冷裂紋是延遲裂紋，即在焊后延遲一段時(shí)間才發(fā)生的裂紋。第二十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四延遲裂紋的產(chǎn)生原因:焊接接頭(焊縫和熱影響區(qū)及熔合區(qū))的淬火傾向嚴(yán)重，產(chǎn)生淬火組織，導(dǎo)致接頭性能脆化。焊接接頭含氫量較高，并聚集在焊接缺陷處形成大量氫分子，造成非常大的局部壓力，使接頭脆化。存在較大的拉應(yīng)力。因氫的擴(kuò)散需要時(shí)間，所以冷裂紋在焊后需延遲一段時(shí)間才出現(xiàn)。由于是氫所誘發(fā)的，也叫氫致裂紋。第二十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四防止延遲裂紋的措施:選用堿性焊條或焊劑，減少焊縫金屬中氫的含量，提高焊縫金屬塑性。焊條焊劑要烘干，焊縫坡口及附近母材要去油水；除銹，減少氫的來源。工件焊前預(yù)熱，焊后緩冷，可降低焊后冷卻速度，避免產(chǎn)生淬硬組織，并可減少焊接殘余應(yīng)力。采取減小焊接應(yīng)力的工藝措施，如對(duì)稱焊，小線能量的多層多道焊等。焊后立即進(jìn)行去氫（后熱）處理，加熱到250℃，保溫2～6h，使焊縫金屬中的擴(kuò)散氫逸出金屬表面。焊后進(jìn)行清除應(yīng)力的退火處理。第二十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四焊縫氣孔有三種：氫氣孔高溫時(shí)，氫在液體中的溶解度很大，大量的氫溶入焊縫熔池中，而焊縫熔池在熱源離開后快速冷卻，氫的溶解度急速下降，析出氫氣，產(chǎn)生氫氣孔。一氧化碳?xì)饪桩?dāng)熔池氧化嚴(yán)重時(shí)，熔池存在較多的FeO，在熔池溫度下降時(shí)，將發(fā)生如下反應(yīng)：

FeO+C=Fe+CO↑

此時(shí)，若熔池已開始結(jié)晶，則CO將來不及逸出，便產(chǎn)生CO氣孔。熔池氧化愈嚴(yán)重，含碳量愈高，越易產(chǎn)生CO氣孔。第三十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四氮?dú)饪兹鄢乇Ｗo(hù)不好時(shí)，空氣中的氮溶入熔池而產(chǎn)生。防止氣孔的方法：

焊條、焊劑要烘干，焊絲和焊縫坡口及其兩側(cè)的母材要清除銹、油和水。焊接時(shí)采用短弧焊，采用堿性焊條。CO2焊時(shí)，采用藥芯焊絲。采用低碳材料都可減少和防止氣孔的產(chǎn)生。第三十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四焊接過程中，焊縫被加熱處于液態(tài)，相鄰的金屬加熱到很高的溫度，然后再快速冷卻下來，各點(diǎn)處溫度不同，冷卻速度也不相同，在熱脹冷縮和塑性變形的影響下，必將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、變形或裂紋。焊縫是靠一個(gè)移動(dòng)的點(diǎn)熱源加熱，然后逐次冷卻下來形成的，因此應(yīng)力的形成、大小和分布狀況較復(fù)雜。假定整條焊縫同時(shí)形成，則應(yīng)力分布如圖4-5

焊接應(yīng)力的存在將影響焊接構(gòu)件的使用性能，承載能力大為降低，對(duì)于接觸腐蝕性介質(zhì)的焊件，應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象加劇，減少使用期限。第三十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四對(duì)于承受重載的重要構(gòu)件、壓力容器等，焊接應(yīng)力的防止和消除：①選擇塑性好的材料。②避免焊縫密集交叉，焊縫過長(zhǎng)，截面過大。③合理的焊接次序。圖4-6a為正確。

④焊前預(yù)熱，可減小溫差，減少焊接應(yīng)力較為有效。⑤采用小能量焊接方法，或焊后立即捶擊。⑥需較徹底地消除焊接應(yīng)力時(shí)，焊后去應(yīng)力退火。⑦采用水壓試驗(yàn)或振動(dòng)法消除焊接應(yīng)力。第三十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四焊接變形：由焊接應(yīng)力引起。變形種類：圖4-7收縮變形角變形彎曲變形扭曲變形波浪變形

焊件產(chǎn)生變形主要由焊接應(yīng)力引起的，預(yù)防焊接應(yīng)力的措施對(duì)防止焊接變形有時(shí)是有效的。當(dāng)對(duì)焊件的變形有較高的限定時(shí)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)采用：對(duì)稱結(jié)構(gòu)或大剛度結(jié)構(gòu)、焊縫對(duì)稱分布結(jié)構(gòu)。施焊中：采用反變形措施或剛性夾持方法（剛性夾持不適于淬硬性較大的鋼結(jié)構(gòu)和鑄鐵件）。

第三十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四第三十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四焊接應(yīng)力過大的嚴(yán)重后果是焊件（工件）產(chǎn)生裂紋，危害極大，對(duì)重要工件焊后應(yīng)探傷。焊接裂紋與：焊接材料的成分（如硫、磷含量高）有關(guān)；和焊縫金屬的結(jié)晶特點(diǎn)（結(jié)晶區(qū)間要?。┯嘘P(guān)；含氫量的多少有關(guān)。所以焊接中應(yīng)：合理選材、采取措施減少應(yīng)力、選用合理的焊接工藝、焊接參數(shù)（如：采用堿性焊條、小能量焊接、預(yù)熱、合理的焊接次序等

第三十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四1、焊接性的概念

★金屬材料的焊接性是指被焊金屬在采用一定的焊接方法，焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式條件下獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。

★焊接性不是一成不變的，同一種金屬材料，采用不同的焊接方法，焊接材料及焊接工藝，焊接性可有很大差別?！锖附有园▋蓚€(gè)方面：一是工藝焊接性，二是使用焊接性（接頭使用中的可靠性）2、鋼材焊接性的估算方法★影響鋼材焊接性的主要因素是化學(xué)成分，碳的影響最為明顯，其它元素影響可折合成碳的影響。計(jì)算公式見P157w(c)當(dāng)量＝w(c)+w(Mn)/6+(w(Cr)+w(Mo)+w(v)]/5+[W(ni)+w(Cu)]/15(％)式中各元素符號(hào)為鋼中相應(yīng)元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)一、金屬材料的焊接性第三十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四★根據(jù)經(jīng)驗(yàn)w(c)當(dāng)量＜0.4％時(shí)，鋼材塑性良好，淬硬傾向不明顯，焊接性良好。一般焊接工藝條件下，焊件不會(huì)產(chǎn)生裂紋。但厚大工件或在低溫下焊接時(shí)，應(yīng)考慮預(yù)熱。

w(c)當(dāng)量＝0.4％～0.6％時(shí)，鋼材塑性下降，淬硬傾向明顯，焊接性能相對(duì)較差。焊前工件需要適當(dāng)預(yù)熱，焊后要緩冷。要采取一定的工藝措施才能防止裂紋。w(c)＞0.6％時(shí)，鋼材塑性較低，淬硬傾向明顯，焊接性不好，焊前必須預(yù)熱到較高的溫度，焊接時(shí)要采取減少焊接應(yīng)力和防止開裂的工藝措施，焊后要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?。注意，?dāng)量法估算是粗略的，因?yàn)殇摬牡暮附有赃€受結(jié)構(gòu)剛度、焊后應(yīng)力條件、環(huán)境溫度等因數(shù)影響，實(shí)際工作中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行抗裂試驗(yàn)及焊接接頭使用焊接性的試驗(yàn)。第三十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四焊接材料的選擇原則：盡量選用可焊性好的材料:w(C)＜0.25%的低碳鋼或w(CE)＜0.4%的低合金鋼。因這類鋼淬硬傾向小，塑性高，焊接工藝簡(jiǎn)單。盡量選用鎮(zhèn)靜鋼。鎮(zhèn)靜鋼含氣量低，特別是含H2和O2量低，可防止氣孔和裂紋等缺陷。

異種金屬焊接時(shí)焊縫應(yīng)與低強(qiáng)度金屬等強(qiáng)度，而工藝應(yīng)按高強(qiáng)度金屬設(shè)計(jì)。

盡量采用工字鋼、槽鋼、角鋼和鋼管等型材，以簡(jiǎn)化工藝過程。第三十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四生產(chǎn)單件鋼結(jié)構(gòu)件1．板厚在3～10mm,強(qiáng)度較低，且焊縫較短應(yīng)選用手弧焊。2．板厚在10mm以上，焊縫為長(zhǎng)直焊縫或環(huán)焊縫應(yīng)選用埋弧焊。3．板厚小于3mm，焊縫較短應(yīng)選用CO2焊。生產(chǎn)大批量鋼結(jié)構(gòu)1．板厚小于3mm,無密封要求應(yīng)選用電阻點(diǎn)焊，有密封要求應(yīng)選用縫焊。2．板厚在3～10mm,焊縫為長(zhǎng)直焊縫或環(huán)焊縫，應(yīng)選用CO2自動(dòng)焊。3．板厚大于10mm，焊縫為長(zhǎng)直焊縫和環(huán)焊縫隙，應(yīng)選用埋弧焊或電渣焊。生產(chǎn)不銹鋼、鋁合金和銅合金結(jié)構(gòu)

1．板厚小于3mm,應(yīng)選用脈沖鎢極和鎢極氬弧焊。2．板厚在3～10mm,焊縫為長(zhǎng)直焊縫或環(huán)焊縫，應(yīng)選用熔化極氬弧或等離子弧自動(dòng)焊。焊接方法的選擇第四十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四焊縫的布置1．焊縫應(yīng)盡可能分散，如右圖。以便減小焊接熱影響區(qū)，防止粗大組織的出現(xiàn)。2．焊縫的位置應(yīng)盡可能對(duì)稱分布，如右圖，以抵消焊接變形。

焊接接頭工藝的設(shè)計(jì)第四十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四3．焊縫應(yīng)盡可能避開最大應(yīng)力和應(yīng)力集中的位置，如右圖。以防止焊接應(yīng)力與外加應(yīng)力相互疊加，造成過大的應(yīng)力和開裂。4．焊縫應(yīng)盡量避開機(jī)械加工表面，如右圖，以防止破壞已加工面。第四十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四5．應(yīng)便于焊接操作，如下圖。焊縫位置應(yīng)使焊條易到位，焊劑易保持，電極易安放。第四十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四接頭型式的選擇與設(shè)計(jì)

接頭型式應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀、強(qiáng)度要求、工件厚度、焊后變形大小、焊條消耗量、坡口加工難易程度等各個(gè)方面因素綜合考慮決定。1．熔焊接頭設(shè)計(jì)2．壓焊接頭設(shè)計(jì)（1）點(diǎn)焊接頭設(shè)計(jì)點(diǎn)焊接頭設(shè)計(jì)包括焊點(diǎn)直徑d0，焊點(diǎn)數(shù)n等（2）摩擦焊的接頭型式摩擦焊接頭的型式，不僅根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求來確定，同時(shí)也要考慮到摩擦焊接工藝的特點(diǎn)。第四十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四結(jié)構(gòu)名稱：中壓容器材料：16MnR（原材料尺寸為1200×5000mm）件厚：筒身12mm；封頭14mm；人孔圈20mm；管接頭7mm壓力容器第四十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四三、常用金屬的焊接特點(diǎn)一、低碳鋼的焊接低碳鋼的含碳量≤0.25％，其塑性好。一般沒有淬硬傾向，對(duì)焊接過程不敏感，焊接性好。不需要采取特殊的工藝措施，除電渣焊外，通常在焊后不需要進(jìn)行熱處理。厚度＞50mm的低碳鋼結(jié)構(gòu)，常用大電流多層焊，焊后應(yīng)進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力退火。低溫下焊接剛度較大的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)焊前預(yù)熱。低碳鋼應(yīng)用最廣泛的是焊條電弧焊、埋弧焊、電渣焊、氣體保護(hù)焊和電阻焊等。采用熔焊法焊接鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，焊接材料及工藝的選擇主要應(yīng)保證焊接接頭與工件材料等強(qiáng)度。焊條電弧焊焊接一般低碳鋼結(jié)構(gòu)，可選用E4313（J421）、E4303（J422）、E4320（J424）焊條焊接動(dòng)載荷結(jié)構(gòu)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、或厚板結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)選用E4316（J426）、E4315（J427）、E5015（J507）焊條埋弧焊時(shí)，一般采用H08A或H08MnA焊絲配焊劑431進(jìn)行焊接第四十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四二、中、高碳鋼的焊接中碳鋼含碳量在0.25％～0.6％之間。隨著含碳量的增加，淬硬傾向越加明顯，焊接性逐漸變差，生產(chǎn)中主要焊接各種中碳鋼的鑄件和鍛件。中碳鋼的焊接特點(diǎn)：1.熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織和冷裂紋。中碳鋼屬淬火鋼，熱影響區(qū)金屬被加熱超過淬火溫度區(qū)段時(shí)，受工件低溫部分的迅速冷卻作用，出現(xiàn)馬氏體等淬硬組織。2.焊縫金屬產(chǎn)生熱裂傾向大。工件材料中的含C、S、P量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于焊芯，工件材料熔化后進(jìn)入熔池使焊縫金屬含碳量增加，塑性下降。再加上S、P等雜質(zhì)存在焊縫及熔合區(qū)在相變前可能因內(nèi)應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋，因此，焊前必須預(yù)熱，同時(shí)減慢熱影響區(qū)的冷卻速度以免產(chǎn)生淬硬組織。

第四十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四

中碳鋼多用焊條電弧焊。厚件可采用電渣焊，焊后進(jìn)行熱處理。焊條應(yīng)采用抗裂性能較好的低氫焊條。要求焊縫和工件材料等強(qiáng)度時(shí)，可選用E5016(J506)、E5015(J507)、E6016-D1(J606)、E6015(J607)焊條，不要求等強(qiáng)度時(shí)，可選用E4315（J427）型強(qiáng)度低些的焊條以提高焊縫的塑性。無論用那種焊條，均應(yīng)選用細(xì)焊條、小電流，開坡口進(jìn)行多層焊，以防止工件材料過多地進(jìn)入焊縫，同時(shí)也可減小焊接熱影響區(qū)的寬度。高碳鋼焊接特點(diǎn)與中碳鋼相似，由于含碳量更高，焊接性變得更差，預(yù)熱的溫度更高，工藝措施更嚴(yán)格實(shí)際上，高碳鋼的焊接只限于用焊條電弧焊進(jìn)行修補(bǔ)工作。第四十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四合金結(jié)構(gòu)鋼分為機(jī)械制造用合金結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼兩大類。機(jī)械制造用合金結(jié)構(gòu)鋼用于焊接結(jié)構(gòu)較少。如需焊接，焊接工藝措施與中碳鋼基本相同。低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接特點(diǎn)如下1.熱影響區(qū)的淬硬傾向鋼中含碳量及合金元素越多，鋼材強(qiáng)度級(jí)別越高則焊后熱影響區(qū)的淬硬傾向越大。強(qiáng)度級(jí)別較大的低合金鋼淬硬傾向增加，熱影響區(qū)易產(chǎn)生馬氏體組織，硬度明顯增高，塑性韌性則下降。2.焊接接頭的裂紋傾向隨著鋼材強(qiáng)度級(jí)別提高產(chǎn)生冷裂紋的傾向也加劇。影響冷裂紋的因素主要由三方面：焊縫和熱影響區(qū)的含氫量；熱影響區(qū)的含氫量；焊接接頭的應(yīng)力大小。我國低合金鋼產(chǎn)生熱裂紋的傾向不大。第四十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四根據(jù)低合金鋼的焊接特點(diǎn)，生產(chǎn)中采取以下措施進(jìn)行焊接：1.對(duì)于強(qiáng)度級(jí)別較低的鋼材在常溫下與對(duì)待低碳鋼一樣。在低溫或大剛度、大厚度結(jié)構(gòu)進(jìn)行小焊腳、短焊縫焊接時(shí)應(yīng)防止淬硬組織，要適當(dāng)增大電流減慢焊接速度、選用抗裂性強(qiáng)的低氫焊條，必要時(shí)需預(yù)熱。對(duì)鍋爐、受壓容器等重要構(gòu)件，當(dāng)厚度大于20mm時(shí)，焊后必須退火，以消除應(yīng)力。2.對(duì)于強(qiáng)度級(jí)別較高的低合金鋼構(gòu)件，焊前一般均需預(yù)熱，焊接時(shí)，應(yīng)調(diào)整焊接參數(shù)以控制熱影響區(qū)的冷卻速度不宜過快。焊后應(yīng)進(jìn)行熱處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。不能立即熱處理時(shí)，可先進(jìn)行消氫處理，防止因氫引起的冷裂?！?.4鑄鐵的補(bǔ)焊鑄鐵的焊接主要是補(bǔ)焊，有熱焊預(yù)熱到600～700℃，冷焊預(yù)熱在400℃以下。

第五十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四焊接結(jié)構(gòu)件材料選擇在滿足工作性能要求的前提下，首先要考慮焊接性較好的材料。低碳鋼和含碳量小于0.4％的低合金鋼都有良好的焊接性，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量選用；含碳量大于0.4％和碳當(dāng)量大于0.4％的合金鋼，焊接性不好，設(shè)計(jì)時(shí)一般不宜選用。若必須選用，應(yīng)在設(shè)計(jì)中和生產(chǎn)中采取必要的措施。強(qiáng)度級(jí)別較低的低合金結(jié)構(gòu)鋼，焊接性能與低碳鋼基本相同，而強(qiáng)度明顯提高，應(yīng)優(yōu)先選用。強(qiáng)度級(jí)別較高的低合金結(jié)構(gòu)鋼，焊接性能稍差些，設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求高的重要結(jié)構(gòu)可以選用。鎮(zhèn)靜鋼脫氧完全，組織致密，質(zhì)量較高，可選作重要的焊接結(jié)構(gòu)。沸騰鋼含氧量較多組織成分不均勻，焊接時(shí)易產(chǎn)生裂紋。承受動(dòng)載荷、在嚴(yán)寒下工作的重要構(gòu)件等情況不宜選用。異種金屬焊接時(shí)，必須特別注意它們的焊接性及其差異。一般要求接頭強(qiáng)度不低于被焊鋼材中的強(qiáng)度較低者。設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)多用型材，以降低重量，減少焊縫，簡(jiǎn)化工藝。還可以選用鑄鋼件、鍛件或沖壓件來焊接。第五十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四一、焊縫的布置1.焊縫布置應(yīng)盡量分散。兩條焊縫的間距一般要求大于三倍板厚。

2.焊縫的位置應(yīng)盡可能對(duì)稱布置。焊后不會(huì)發(fā)生明顯的變形。

第五十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四3.焊縫應(yīng)盡量避開最大應(yīng)力斷面和應(yīng)力集中位置

4.焊縫應(yīng)盡量避開機(jī)械加工面圖4-41焊縫遠(yuǎn)離機(jī)械加工表面的設(shè)計(jì)5.焊縫位置應(yīng)便于操作圖4-42焊縫位置便于電弧焊的設(shè)計(jì)圖4-43焊縫便于埋弧焊的設(shè)計(jì)圖4-44便于點(diǎn)焊即焊縫的設(shè)計(jì)此外，焊縫應(yīng)盡量放在平焊位置，盡可能避免仰焊焊縫，減少橫焊焊縫，盡量使全部焊接部件，至少是主要部件能在焊接前一次裝配點(diǎn)固。第五十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四二、接頭形式的選擇與設(shè)計(jì)1.接頭形式圖4-45焊條電弧焊接頭形式2.坡口形式氣焊，焊條電弧焊，氣體保護(hù)焊常用的幾種焊縫坡口形式與尺寸見圖4-45。焊條電弧焊對(duì)接焊接時(shí)，板厚為1～6mm時(shí)，一般可不開坡口（即I型坡口）直接焊成。第五十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四3.接頭過渡形式

第五十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四4.其它焊接方法的接頭與坡口形式埋弧焊：接頭形式與焊條電弧焊基本相同，板厚小于12mm時(shí)可不開坡口(即I型坡口)，板厚小于24mm時(shí)按GB986-88《埋弧焊焊縫坡口的基本形式和尺寸》選定電渣焊：兩工件之間的間隙一般應(yīng)取25～35mm。

氣焊：一般采用對(duì)接接頭和角接接頭。第五十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四1、焊接殘余應(yīng)力是由于焊接引起焊件不均勻的溫度分布，焊縫金屬的熱脹冷縮等原因造成的，所以伴隨焊接施工必然會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。

消除殘余應(yīng)力的最通用的方法是高溫回火，即將焊件放在熱處理爐內(nèi)加熱到一定溫度和保溫一定時(shí)間，利用材料在高溫下屈服極限的降低，使內(nèi)應(yīng)力高的地方產(chǎn)生塑性流動(dòng)，彈性變形逐漸減少，塑性變形逐漸增加而使應(yīng)力降低。

焊后熱處理對(duì)金屬抗拉強(qiáng)度、蠕變極限的影響與熱處理的溫度和保溫時(shí)間有關(guān)。焊后熱處理對(duì)焊縫金屬?zèng)_擊韌性的影響隨鋼種不同而不同。第五十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四2、熱處理方法的選擇

焊后熱處理一般選用單一高溫回火或正火加高溫回火處理。對(duì)于氣焊焊口采用正火加高溫回火熱處理。這是因?yàn)闅夂傅暮缚p及熱影響區(qū)的晶粒粗大，需要細(xì)化晶粒，故采用正火處理。然而單一的正火不能消除殘余應(yīng)力，故需再加高溫回火以消除應(yīng)力。單一的中溫回火只適用于工地拼裝的大型普通低碳鋼容器的組裝焊接，其目的是為了達(dá)到部分消除殘余應(yīng)力和去氫。絕大多數(shù)場(chǎng)合是選用單一的高溫回火。熱處理的加熱和冷卻不宜過快，力求內(nèi)外壁均勻。第五十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四3、焊后熱處理的加熱方法

燃料燃燒加熱法所用燃料可以是固體（煤）、液體（油）和氣體（煤氣、天然氣、液化石油氣）。

燃煤加熱煤的資源豐富，燃煤反射爐在熱處理加熱方法中有過一定的地位。煤的性質(zhì)和反射爐的結(jié)構(gòu)，決定了煤不易完全燃燒，因而煤爐熱效率低，加熱質(zhì)量和勞動(dòng)條件差，煤煙污染環(huán)境。這些缺點(diǎn)，使得燃煤加熱法逐漸被其他加熱方法所取代。第五十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四液體燃料加熱主要使用重柴油作燃料，適用于大型加熱爐加熱，也用于外熱式鹽浴爐的加熱，一般在爐子加熱室外墻一側(cè)或兩側(cè)安裝噴嘴。液體燃料用于加熱外熱式鹽浴爐時(shí)，噴嘴則安裝在坩堝外的爐殼上。液體燃料在噴嘴中與空氣混合，并在壓縮空氣的作用下霧化，然后噴出噴嘴，在加熱室中（或在鹽浴爐的坩堝外）燃燒,以加熱工件（或坩堝）。噴嘴的合理設(shè)計(jì)與布置,對(duì)保持爐溫均勻、節(jié)省燃料起著關(guān)鍵作用。噴嘴噴出的霧化油也可以在爐內(nèi)的輻射管中燃燒，加熱輻射管以間接加熱工件。燃油比燃煤容易控制加熱溫度，適用于大件整體的加熱和供油量充足的地區(qū)。

第六十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期四氣體燃料加熱在噴嘴中，氣體與一定比例的空氣混合后噴出燃燒。這種方法可直接加熱放在加熱室中的工件，也可以把火焰噴入裝在加熱室中的輻射管，間接加熱工件。用于鹽浴爐時(shí),噴嘴裝在坩堝外的爐殼上,火焰射向坩堝外側(cè)以加熱熔鹽。用于加熱的氣體燃料有