金屬工藝學 課件14、15 常用金屬材料的焊接、焊接結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計

厚德博學追求卓越14常用金屬材料的焊接主要內(nèi)容金屬材料的焊接性一碳鋼的焊接二三合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接四鑄鐵的補焊五有色金屬的焊接六焊接缺陷與檢驗一、金屬材料的焊接性1.1金屬焊接性的概念

金屬材料的焊接性是指在限定的施工條件下，焊接成按規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，并滿足預定服役要求的能力。

金屬材料的焊接性也可理解為金屬材料在一定焊接工藝條件下，表現(xiàn)出來的焊接難易程度，也指金屬材料對焊接加工的適應性。

金屬材料的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（包括預熱和熱處理等），其焊接性可能有很大差別。

例如，化學活潑性極強的鈦焊接時比較困難，曾一度認為鈦的焊接性很不好，但自氬弧焊的應用比較成熟以后，鈦及其合金的焊接結(jié)構(gòu)已在航空等工業(yè)部門廣泛應用。1.1金屬焊接性的概念

焊接性包括兩個內(nèi)容：一是工藝焊接性；二是使用焊接性工藝焊接性主要是指焊接接頭產(chǎn)生工藝缺陷的傾向尤其是出現(xiàn)各種裂紋的可能性使用焊接性主要是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他特殊性能（如耐熱、耐蝕性能等）1.2金屬焊接性的評定

鋼的焊接性可通過焊接性試驗來評定，也可以通過鋼的化學成分來間接評定。

1.試驗法

試驗法是將被焊金屬材料做成一定形狀和尺寸的試樣，在規(guī)定工藝條件下施焊，然后鑒定產(chǎn)生缺陷（如裂紋）傾向的程度，或者鑒定接頭是否滿足使用性能（如力學性能）的要求。

常用的試驗方法有剛性固定焊接試驗法、斜Y形坡口試驗法（小鐵研法）、十字接頭試驗法等。1.2金屬焊接性的評定

2.碳當量法

碳當量法是依據(jù)鋼材中化學成分對焊接熱影響區(qū)淬硬性的影響程度，來評估鋼材焊接時可能產(chǎn)生裂紋和硬化傾向的計算方法。

在鋼材的化學成分中，影響最大的是碳，其次是錳、鉻、鉬、釩等。把鋼中合金元素（包括碳）的含量按其對焊接性的影響程度換算成碳的相當含量，其總和稱為碳當量，用ωCE來表示，可作為評定鋼材焊接性的一種參考指標。w（C）當量＜0.4%鋼材塑性良好，焊接性良好。w（C）當量=0.4%～0.6%鋼材塑性下降，淬硬傾向明顯，可焊性較差。適當預熱、緩冷，焊后熱處理。w（C）當量＞0.6%鋼材塑性較低，淬硬傾向很強，可焊性不好。必須預熱到較高溫度，焊后適當熱處理。1.2金屬焊接性的評定

2.碳當量法利用碳當量法估算鋼材焊接性是粗略的，因為鋼材的焊接性還受結(jié)構(gòu)剛度、焊后應力條件、環(huán)境溫度等因素的影響。

從應用一般焊接工藝焊后有無裂縫或裂縫多少，可初步評定試板材料的可焊性好壞；而后調(diào)整工藝（如預熱、緩冷等）再焊接試板，使達到不裂，從而可參考抗裂試驗制訂出合理的焊接工藝規(guī)程與規(guī)范。1.2金屬焊接性的評定

3.冷裂紋敏感系數(shù)法碳當量只考慮了鋼材化學成分對焊接性的影響，而沒有考慮板厚、焊縫含氫量等重要因素的影響。通過對數(shù)百種鋼的大量試驗，得出鋼材焊接時冷裂紋敏感系數(shù)Pc的計算公式為：式中，h——板厚（mm）；

H——焊縫金屬中擴散氫含量（cm3/100g）。當冷裂紋敏感系數(shù)較高時，可以用提高預熱溫度的方法降低裂紋敏感性。通過Y形坡口對接裂紋試驗得出防止裂紋的最低預熱溫度tp的公式為：

tp=1440Pc-392（℃）所求出的防止裂紋的預熱溫度，在多數(shù)情況下是比較安全的。1.2金屬焊接性的評定

二、碳鋼的焊接2.1低碳鋼焊接

碳鋼焊接性的好壞，主要表現(xiàn)在產(chǎn)生裂紋和氣孔的難易程度上。鋼的化學成分，特別是碳的含量，決定鋼材的焊接性。碳鋼的焊接性隨著鋼中含碳量的增大，焊接性逐漸變差。

低碳鋼的焊接性是最好的，用任一種焊法，即使用最普通的焊接工藝都能獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭。

焊接時的填充金屬可根據(jù)等強度原則選用，即應使焊縫強度等于或接近母材強度。含碳量≤0.25%，塑性好，一般沒有淬硬傾向，對焊接過程不敏感，焊接性好。焊這類鋼時，不需要采取特殊的工藝措施，通常在焊后也不需要進行熱處理。A在0℃以下的低溫環(huán)境中焊接厚件時，應預熱焊件。焊件厚度超過50mm時，常采用大電流多層焊，焊后應進行消除內(nèi)應力退火。低溫環(huán)境下焊接剛度較大的結(jié)構(gòu)時，由于各部分溫差較大，變形又受到限制，焊接過程易產(chǎn)生較大的應力，甚至開裂，因此應進行焊前預熱。BC

低碳鋼最常用的焊接方法是焊條電弧焊、埋弧焊、電渣焊、氣體保護焊和電阻焊等。

低碳鋼工件用焊條電弧焊時，一般采用J422焊條或J427焊條。埋弧焊時，一般采用H08A或H08MnA焊絲配合HJ431焊劑。2.2中碳鋼焊接

中碳鋼含碳量為0.25%～0.6%，隨C%增加，淬硬傾向愈發(fā)明顯，可焊性變差。中碳鋼焊接主要是在鑄、鍛毛坯的組合件以及補焊中應用。

中碳鋼的焊接特點：

中碳鋼屬于易淬火鋼，熱影響區(qū)被加熱超過淬火溫度的區(qū)段時，受工件低溫部分的迅速冷卻作用，將出現(xiàn)馬氏體等淬硬組織。當工件剛性較大或工藝不恰當時，就會在淬火區(qū)產(chǎn)生冷裂紋，即焊接接頭焊后冷卻到相變溫度以下或冷卻到常溫后產(chǎn)生裂紋。

焊接中碳鋼時，因工件基體含碳量與硫、磷雜質(zhì)含量遠遠高于焊芯，基體材料熔化后進入熔池，使焊縫金屬含碳量增加，塑性下降，加上硫、磷低熔點雜質(zhì)存在，焊縫及熔合區(qū)在相變前可能因內(nèi)應力而產(chǎn)生裂紋。熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織和冷裂紋焊縫金屬熱裂紋傾向較大因此，焊接中碳鋼構(gòu)件時，焊前必須進行預熱，使焊接時工件各部分的溫差減小，以減小焊接應力。一般情況下，35鋼和45鋼的預熱溫度可選為150-250°C。結(jié)構(gòu)剛度較大或鋼材含碳量更高時，預熱溫度應再提髙些。2.2中碳鋼焊接

由于中碳鋼主要用于制造各類機器零件，焊縫一般有一定的厚度，但長度不大。因此，焊接中碳鋼多采用焊條電弧焊，焊后進行熱處理。

焊接中碳鋼工件，應選用抗裂能力較強的低氫型焊條。不論用哪種焊條焊接中碳鋼件，均應選用細焊條、小電流、開坡口進行多層焊，以防止工件材料過多地熔入焊縫，同時減小焊接熱影響區(qū)的寬度。

當要求焊縫與工件材料等強度時，可根據(jù)鋼材強度選用E5016(J506)、E5015(J507)、E6016-D1（J606）、E6015-D1(J607)焊條。

若不要求等強度時，可選用E4315(J427)型強度低些的焊條，以提高焊縫塑性。2.3高碳鋼焊接

高碳鋼的碳的質(zhì)量分數(shù)＞0.60%，含碳量高，導熱性差，塑性差，熱影響區(qū)淬硬傾向以及焊縫產(chǎn)生裂紋、氣孔的傾向嚴重，焊接性很差。

高碳鋼一般不用于焊接結(jié)構(gòu)，只用于修補。

焊接高碳鋼采取措施大致與中碳鋼相似，但預熱溫度更高，選用J857和J857Cr焊條，焊后要立即進行去應力退火。

常采用焊條電弧焊或氣體保護焊進行修補工作。其焊接特點與中碳鋼的焊接基本相同，但焊接性更差，焊前應進行更高溫度的預熱（如用奧氏體不銹鋼焊條可不預熱）。

剛度大的焊件焊接過程中還應保持這個預熱溫度，并在焊后緩冷。2.2中碳鋼焊接

中碳鋼含碳量為0.25%～0.6%，隨C%增加，淬硬傾向愈發(fā)明顯，可焊性變差。中碳鋼焊接主要是在鑄、鍛毛坯的組合件以及補焊中應用。

中碳鋼的焊接特點：

中碳鋼屬于易淬火鋼，熱影響區(qū)被加熱超過淬火溫度的區(qū)段時，受工件低溫部分的迅速冷卻作用，將出現(xiàn)馬氏體等淬硬組織。當工件剛性較大或工藝不恰當時，就會在淬火區(qū)產(chǎn)生冷裂紋，即焊接接頭焊后冷卻到相變溫度以下或冷卻到常溫后產(chǎn)生裂紋。

焊接中碳鋼時，因工件基體含碳量與硫、磷雜質(zhì)含量遠遠高于焊芯，基體材料熔化后進入熔池，使焊縫金屬含碳量增加，塑性下降，加上硫、磷低熔點雜質(zhì)存在，焊縫及熔合區(qū)在相變前可能因內(nèi)應力而產(chǎn)生裂紋。熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織和冷裂紋焊縫金屬熱裂紋傾向較大因此，焊接中碳鋼構(gòu)件時，焊前必須進行預熱，使焊接時工件各部分的溫差減小，以減小焊接應力。一般情況下，35鋼和45鋼的預熱溫度可選為150-250°C。結(jié)構(gòu)剛度較大或鋼材含碳量更高時，預熱溫度應再提髙些。三、合金鋼的焊接

合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接

用于機械制造的合金結(jié)構(gòu)鋼零件（包括調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼），一般都采用軋制或鍛造的毛坯，焊接結(jié)構(gòu)較少。如需焊接，因其焊接性與中碳鋼相似，所以用于保證焊接質(zhì)量的工藝措施與焊接中碳鋼基本相同。

焊接結(jié)構(gòu)中，用得最多的是低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼，主要用于制造壓力容器、鍋爐、橋梁、船舶、車輛、起重機等。

低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼一般采用焊條電弧焊和埋弧焊，厚板可用電渣焊，也可采用氣體保護焊，屈服強度較低的鋼材可以用CO2氣體保護焊，而屈服強度大于500MPa的鋼材，宜用高氬混合氣體保護焊。

合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接

（1）熱影響區(qū)的淬硬傾向低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼焊接時，熱影響區(qū)可能產(chǎn)生淬硬組織，淬硬程度與鋼材的化學成分和強度級別有關(guān)。鋼中含碳及合金元素越多，鋼材強度級別越高，則焊后熱影響區(qū)的淬硬傾向越大。如Q355M、Q390M等鋼材，淬硬傾向小，其焊接性與一般低碳鋼基本一樣；Q500M、Q620M等鋼材，淬硬傾向增加，熱影響區(qū)容易產(chǎn)生馬氏體組織，硬度明顯增高、塑性和韌度則下降。（2）焊接接頭的裂紋傾向隨著鋼材強度級別的提高，產(chǎn)生冷裂紋的傾向也加劇。影響冷裂紋的因素主要有三個方面：一是焊縫及熱影響區(qū)的含氫量；二是熱影響區(qū)的淬硬程度；三是焊接接頭的應力大小。對于熱裂紋，由于我國低合金鋼系統(tǒng)的碳質(zhì)量分數(shù)低，且大部分含有一定的錳，對脫硫有利，因此產(chǎn)生熱裂紋的傾向不大。

合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接

根據(jù)低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的焊接特點，生產(chǎn)中可分別采取以下措施進行焊接。

1.對于強度級別較低的鋼材，在常溫下焊接時與對待低碳鋼基本一樣。

2.在低溫或在大剛度、大厚度構(gòu)件上進行小焊腳、短焊縫焊接時，應防止出現(xiàn)淬硬組織，要適當增大焊接電流、減慢焊接速度、選用抗裂性強的低氫型焊條，必要時需采用預熱措施，必要時需采用預熱措施。

3.對鍋爐、受壓容器等重要構(gòu)件，當厚度大于20mm時，焊后必須進行退火處理，以消除內(nèi)應力。

4.對于強度級別髙的低合金鋼件，焊前一般均需預熱。焊接時，應調(diào)整焊接參數(shù)，以控制熱影響區(qū)的冷卻速度不宜過快。焊后還應進行熱處理，以消除內(nèi)應力。不能立即熱處理時，可先進行消氫處理，即焊后立即將工件加熱到200?350℃，保溫2~6h，以加速氫擴散逸出，防止產(chǎn)生因氫引起的冷裂紋。

5.釬焊低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼時，為不使焊件因退火而軟化，釬焊溫度不應高于700℃。釬焊后要進行熱處理。對于不能熱處理的焊件，最好用含有銀、銅、鎘、鎳的釬料，釬焊溫度控制在600℃左右。

合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接

工件厚度/mm16以下不低于-10℃不預熱-10℃以下預熱100～150℃工件厚度/mm16-24

不低于-5℃不預熱-5℃以下預熱100～150℃工件厚度/mm24-40

不低于0℃不預熱,0℃以下預熱100～150℃工件厚度/mm40以上均應預熱100～150℃低合金結(jié)構(gòu)鋼不同環(huán)境溫度的預熱要求四、鑄鐵的補焊4.1鑄鐵的補焊方法

鑄鐵的焊接性差，由于焊接時碳硅等元素易燒損，加以焊接時冷速較大，因而常使焊縫中的碳全部形成Fe3C而成為白口組織，尤其是半熔化區(qū)最易形成白口，使得切削加工困難。因此，對焊后需進行機加工的工件是不允許產(chǎn)生白口組織的。

由于鑄鐵的塑性極差，抗拉強度較低，當焊接時因局部快速加熱和冷卻，造成較大內(nèi)應力，就易造成裂縫，而且當接頭處產(chǎn)生白口組織時，因其硬而脆，冷卻時收縮率又比基體金屬大得多，更促使焊縫金屬在冷卻時產(chǎn)生裂縫。

鑄鐵含碳量高，組織不均勻，塑性很低，屬于焊接性很差的材料。因此，不應用鑄鐵設(shè)計和制造焊接構(gòu)件。目前，鑄鐵的焊接主要是補焊工作。4.1鑄鐵的補焊方法

1.鑄鐵的焊接特點熔合區(qū)易產(chǎn)生白口組織；易產(chǎn)生裂紋；易產(chǎn)生氣孔；鑄鐵的流動性好，立焊時熔池金屬容易流失，所以一般只應進行平焊；

2.鑄鐵的焊接方法

根據(jù)鑄鐵的焊接特點，采用氣焊、焊條電弧焊（個別大件可采用電渣焊）進行補焊較為適宜。按焊前是否預熱，鑄鐵的補焊可分為熱焊法和冷焊法兩大類。

（1）熱焊法

熱焊法是將鑄件整體或局部緩慢預熱到600-700℃，焊接中保持400℃以上，焊后緩慢冷卻。這種方法應力小，不易產(chǎn)生裂紋，可防止出現(xiàn)白口組織和產(chǎn)生氣孔，但成本較高，生產(chǎn)率低，勞動條件差。

熱焊法一般僅用于焊后要求機械加工或形狀復雜的重要鑄鐵件，如機床導軌、主軸箱、汽車的汽缸體等。

熱焊法成本高，工藝復雜，生產(chǎn)周期長，因此盡量少用。4.1鑄鐵的補焊方法

2.鑄鐵的焊接方法

（2）冷焊法

冷焊法是焊補前不對鑄件預熱或在低于400℃的溫度下預熱的焊補方法。

常用焊條電弧焊進行鑄鐵冷焊，依靠焊條來調(diào)整焊縫的化學成分，防止白口組織和裂紋。

鑄鐵冷焊用焊條有鋼芯鑄鐵焊條、鎳基鑄鐵焊條、銅基鑄鐵焊條和鑄鐵芯鑄鐵焊條。它們都具有良好的抗裂性，焊后也能進行加工，且價格也較便宜，故多用于一般灰鑄鐵件的補焊中。

焊接時應盡量用小電流、短電弧、窄焊縫、分段焊等工藝，焊后立即用錘輕擊焊縫，以松弛焊接應力，待冷卻后再繼續(xù)焊接。

冷焊法生產(chǎn)率高，成本低，勞動條件好，尤其是不受焊縫位置的限制，故應用廣泛。

鑄鐵的焊劑應根據(jù)鑄鐵件結(jié)構(gòu)和缺陷情況以及使用與加工的要求，選擇較為合適的工藝與焊接材料。

對于薄壁小件的缺陷，一般采用氣焊，用氣焊火焰局部預熱，減少應力，可取得較好效果。對加工后出現(xiàn)的小氣孔、澆不足或小裂紋件，如受力不大，也可采用黃銅釬焊修復。4.2鑄鐵補焊時產(chǎn)生白口的原因及預防措施

鑄鐵焊補時，往往會在焊縫和母材交界的熔合線處生成一層白口鑄鐵，嚴重時會使整個焊縫斷面白口化，其硬度可高達HBW600，極難進行機械加工。

產(chǎn)生白口的原因：

（1）由于焊縫的冷卻速度快，特別是在熔合線附近處的焊縫金屬是冷卻最快的地方；

（2）焊條選擇不當，使焊縫中的石墨化元素含量不足。延長熔合區(qū)處于紅熱狀態(tài)時間，使石墨化充分進行。具體措施是焊前對焊件進行預熱和焊后保溫緩冷。減緩冷卻速度只有當（C+Si）％含量達到一定值時，在適當冷卻速度配合下，才能使焊縫獲得灰鑄鐵組織。增加有利于石墨化元素的含量采用鎳基、銅基、鋼基焊縫的焊接材料，使焊縫不是鑄鐵組織，因而從根本上避免了白口組織的產(chǎn)生。采用異質(zhì)材料焊接鑄鐵防止產(chǎn)生白口的措施4.2鑄鐵補焊時產(chǎn)生白口的原因及預防措施

現(xiàn)有直徑為Φ500mm的鑄鐵帶輪1件，鑄造后出現(xiàn)如圖所示斷裂現(xiàn)象。

（1）為了補救先后采用E4303（J422）焊條和鋼芯鑄鐵焊條進行電弧焊冷補焊，但焊后再次斷裂，試分析其原因。（2）采用什么方法能避免焊后不開裂？4.2鑄鐵補焊時產(chǎn)生白口的原因及預防措施

現(xiàn)有直徑為Φ500mm的鑄鐵帶輪1件，鑄造后出現(xiàn)如圖所示斷裂現(xiàn)象。

（1）為了補救先后采用E4303（J422）焊條和鋼芯鑄鐵焊條進行電弧焊冷補焊，但焊后再次斷裂，試分析其原因。

（2）采用什么方法能避免焊后不開裂？J422為結(jié)構(gòu)鋼酸性焊條，焊縫韌性差，焊芯含碳量較低，不符合焊條同成分及等強度原則。而對于鋼芯鑄鐵焊條冷焊，其焊接應力較大，易在熱影響區(qū)形成白口組織，焊后會發(fā)生斷裂。為避免焊后不開裂，采用熱焊工藝，選用鎳基鑄鐵焊條或銅基鑄鐵焊條，焊前預熱，焊后緩冷，并盡快進行熱處理的方法能保證焊后不開裂。五、有色金屬的補焊5.1鋁及鋁合金的焊接

1.鋁及鋁合金的焊接

要進行焊接的鋁和鋁合金主要有工業(yè)純鋁、不能熱處理強化的鋁合金（鋁錳合金、鋁鎂合金）和能熱處理強化的鋁合金（鋁銅鎂合金、鋁鋅鎂合金等）。因為鋁和氧的親和力很大，極易氧化生成Al2O3膜，其熔點為2050℃，組織致密，在700℃左右仍覆蓋于金屬表面，嚴重阻礙母材的熔化與熔合，而且Al2O3密度大，不易浮出熔池，從而形成焊縫夾渣。氧化和夾渣因為鋁的線膨脹系數(shù)和熱導率大，焊接時產(chǎn)生的應力也較大，易產(chǎn)生變形，若有低熔點共晶物存在，則會產(chǎn)生裂紋。變形和裂紋鋁在液態(tài)時極易吸收大量的氫氣，而固態(tài)時幾乎不溶解氫，因此，絕大多數(shù)溶于液態(tài)鋁中的氫在熔池結(jié)晶時要逸出，如來不及排出則形成氣孔。氣孔鋁及其合金的焊接性差的原因鋁在高溫時強度及塑性很低，焊接時常由于不能支持熔池金屬而引起焊縫塌陷，因此常需采用墊板塌陷和燒穿5.1鋁及鋁合金的焊接

2.鋁及鋁合金的焊接方法

工業(yè)純鋁及大部分防銹鋁的焊接性較好，能熱處理強化的鋁合金的焊接性較差。由于氬氣保護效果良好，能去除氧化膜因此，焊接質(zhì)量優(yōu)良，焊接變形小，成形美觀，耐腐蝕性能好，用于焊接質(zhì)量要求高的焊件。厚度小于8mm的鋁及其合金的焊件采用鎢極氬弧焊；厚度在8mm以上的采用熔化極氬弧焊。氬弧焊電阻焊焊接鋁及其合金時，應采用大電流，短時間通電。電阻焊氣焊可焊接對質(zhì)量要求不高的純鋁和不能熱處理強化的鋁合金。一般采用中性焰，同時必須采用氣焊熔劑CJ401以去除氧化物和雜質(zhì)。氣焊鋁及其合金的焊接方法釬焊要選用合適的釬劑，釬焊最好在400℃以上或300℃以下進行，以防焊件在300~400℃之間發(fā)生退火軟化現(xiàn)象，同時要選用合適的釬料。釬焊

無論采用哪種焊接方法來焊接鋁及其合金，焊前都必須清理焊件接頭處和焊絲表面的氧化膜及油污等；焊后也要對焊件進行清理，以防止熔劑、焊渣對焊件的腐蝕。5.2銅及銅合金的焊接

1.銅及銅合金的焊接

工業(yè)上常用的銅及銅合金有純銅、無氧銅、黃銅和青銅等。銅及銅合金的焊接性較差，主要表現(xiàn)為：銅及某些銅合金的熱導率大，比鐵大7~11倍，焊接時熱量很易傳導出去，致使母材和填充金屬難以熔合。因此焊接時要使用大功率熱源，通常在焊前和焊接中要進行預熱。導熱性高，難熔合銅及多數(shù)銅合金的線膨脹系數(shù)大，凝固時易產(chǎn)生較大的收縮應力，同時因銅的導熱性強而造成熱影響區(qū)寬，使焊接應力大且焊件變形嚴重。易變形銅在高溫時極易氧化而形成Cu2O，它與銅作用又形成脆性低熔點共晶體（Cu2O+Cu）分布于晶界上，易產(chǎn)生熱裂紋。易產(chǎn)生裂紋銅在液態(tài)下可溶解大量的氫氣，凝固時溶解度顯著減小，若氣體來不及逸出，就在焊縫中形成氣孔。此外，熔池中的Cu2O遇氫后反應生成水氣也易引起氣孔。易形成氣孔銅合金中的合金元素（如鋅、錫、鉛、鋁等）易氧化和蒸發(fā)，使焊縫的強度和耐蝕性下降。強度、耐蝕性下降5.2銅及銅合金的焊接

2.銅及銅合金的焊接方法氬弧焊是保證純銅和青銅焊接質(zhì)量的有效方法，接頭性能好，飛濺少，成形美觀。氬弧焊銅及除鋁青銅外的銅合金都較容易釬焊，常用銅基、銀基、錫基釬料。釬焊銅及銅合金的焊接方法氣焊純銅或青銅時應采用中性焰，所用焊絲及熔劑與氬弧焊相同。氣焊六、焊接缺陷與檢驗6.1焊縫常見缺陷

焊瘤多由焊條熔化速度太快，電弧過長，電流過大，焊速太慢，運條不當?shù)仍蛟斐蓨A渣多由施焊中未攪拌熔池，焊件不潔，電流過小，分層焊時未除焊渣等原因造成裂紋多由焊接結(jié)構(gòu)不合理，焊接過程不當，焊縫冷卻太快，焊件中含C、S、P高等原因造成氣孔多由焊件不潔，焊條潮濕，電弧過長，焊速太快，電流過大，焊件中含C高等原因造成咬邊多由電流過大，運條不當，電弧過長，焊條角度不對等原因造成未焊透多由電流過大，焊速太快，焊件不潔，焊條未對準焊縫，坡口開得太小等原因造成6.2焊接檢驗過程

1.焊前檢驗

焊前檢驗的主要內(nèi)容包括原材料檢驗和焊接結(jié)構(gòu)鑒定。

原材料檢驗內(nèi)容為工件金屬質(zhì)量檢驗，焊絲、焊條及其它焊接材料的質(zhì)量檢驗。焊接結(jié)構(gòu)鑒定內(nèi)容為審查結(jié)構(gòu)的可檢驗性，以及適當?shù)奶絺臻g位置和探測面狀態(tài)等。

2.生產(chǎn)過程檢驗

生產(chǎn)過程檢驗是針對制造過程各工序的完成質(zhì)量進行跟蹤檢查，內(nèi)容包括焊接工藝參數(shù)檢驗（如焊接電流、焊接速度等）、結(jié)構(gòu)裝配檢驗和焊縫尺寸檢驗。

3.焊后檢驗

焊后檢驗是對焊接質(zhì)量的綜合評定，尤其是對有特殊性能要求的產(chǎn)品，焊后檢驗成為決定其能否投入使用的關(guān)鍵。

焊后檢驗的內(nèi)容主要包括焊縫的外觀檢查、焊縫密封性檢驗和焊縫內(nèi)部缺陷檢驗。6.3焊接接頭檢驗方法

1.破壞檢驗

破壞檢驗是從焊件或試件上切取試樣，或以產(chǎn)品（或模擬體）的整體破壞做試驗，以檢查其各種力學性能的試驗法。

破壞檢驗的目的是考查焊接頭部位的組織和性能是否符合設(shè)計要求，在工作載荷下的力學行為以及焊接加工條件所能獲得的接頭使用性能。常用的破壞檢驗方法包括焊縫金屬化學成分及金相組織檢驗、焊縫及接頭力學性能試驗等。

2.非破壞檢驗

非破壞檢驗是利用不同的物理方法，在不破壞焊接結(jié)構(gòu)和焊接接頭狀態(tài)的條件下，直接檢查和評定焊接質(zhì)量。

非破壞檢驗的目的是根據(jù)產(chǎn)品使用要求，審查焊接接頭部位是否有影響使用性能的缺陷，并對缺陷的大小、種類、位置作出準確的判斷。

常用的非破壞檢驗方法包括外觀檢查、密封性檢驗和物理探傷等。6.4常用非破壞檢驗方法

1.外觀檢查

工業(yè)生產(chǎn)中常用的外觀檢查方法中，除用眼睛或低倍放大鏡觀察焊縫表面缺陷外，較多的采用下列方法：外觀檢查著色探傷熒光探傷磁粉探傷利用滲透性很強的有色油液噴到焊縫位置，去除油液后，用顯微劑可顯示出帶有色彩的缺陷形狀圖像，從而判斷缺陷的位置和嚴重程度。將焊縫位置涂上熒光油液，停留5-10min，去除油液后，再涂以氧化鎂粉。將多余氧化鎂粉去除后，用紫外線照射，可看到缺陷處的熒光物質(zhì)發(fā)光，由此確定缺陷種類和大小。利用在強磁場中，鐵磁性材料表層缺陷產(chǎn)生的漏磁場吸附磁粉的現(xiàn)象而進行的無損檢驗。通過強磁場使工件磁化，在工件表面均勻撒上磁粉，有缺陷的位置會出現(xiàn)磁粉聚集現(xiàn)象，從而可找到缺陷位置。6.4常用非破壞檢驗方法

2.密封性檢驗

密封性檢驗是指用液體或氣體來檢查焊縫區(qū)有無漏水、漏氣和滲油、漏油等現(xiàn)象的檢驗方法。密封性檢驗煤油試驗水壓試驗氣密性檢驗煤油的滲透性很強，可透過極小的貫穿性缺陷。將煤油涂在焊縫一側(cè)，在另一側(cè)涂白粉水溶液并使其干燥。當煤油透過后，在白粉處顯示明顯的油斑，可確定貫穿性缺陷的位置和大小。將焊接容器灌滿水，排盡空氣，用水壓泵加入靜水壓力并維持一定的時間，觀察焊縫位置是否有泄漏，并確定缺陷位置。將壓縮空氣（或氨、氦、氟利昂、鹵素氣體等）壓入焊接容器，利用容器內(nèi)外氣體的壓力差檢查有無泄漏。可充氣并加壓到規(guī)定試驗壓力，保壓一定時間，觀察壓力表數(shù)值是否下降，并用肥皂水在焊縫處尋找和確定漏氣部位的位置。6.4常用非破壞檢驗方法

3.無損探傷

常用的無損探傷方法主要有以下幾種：無損探傷聲發(fā)射探傷超聲波探傷激光全息探傷固體材料在外力作用下的變形和破壞會發(fā)出聲波，通過聲換能器可以檢驗出發(fā)聲位置，確定缺陷部位。聲發(fā)射探傷利用了聲發(fā)射現(xiàn)象，對載荷作用下的工件進行動態(tài)檢測，可了解缺陷的形成過程和使用條件下的發(fā)展趨勢。利用超聲波探測材料內(nèi)部缺陷的無損檢驗法。超聲波在固體介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)變換的界面處會使超聲波產(chǎn)生部分反射波束，根據(jù)反射波的脈沖可判斷內(nèi)部缺陷位置。激光全息照相可得到被攝物體的空間像，固體物質(zhì)受外力作用時，物質(zhì)內(nèi)部缺陷會在所對應的表面處產(chǎn)生微小的相對位移，與無缺陷處形成差異。將受力和不受力時的全息圖像在同一激光照射下建立成像，可以看到缺陷位置的波紋圖樣變化，從而判斷出缺陷大小和位置。超聲波探傷路雖遠行則將至，

事雖難做則必成！——《荀子·修身》厚德博學追求卓越15焊接結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計主要內(nèi)容焊接工藝規(guī)范一焊接結(jié)構(gòu)材料與焊接方法選擇二三焊接接頭的工藝設(shè)計四焊接結(jié)構(gòu)工藝圖一、焊接工藝規(guī)范焊接工藝規(guī)范

分析工作條件并提出性能要求首先要根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)本身的情況及其工作條件進行分析，了解工況。例如：載荷的大小、性質(zhì)與分布、使用溫度、環(huán)境狀況、使用的期限及工作可靠性要求等。根據(jù)上述情況對焊接結(jié)構(gòu)提出性能要求，包括強度、剛度、塑性、韌性等力學指標及抗蝕性等物理化學性能指標。0102提出設(shè)計方案和優(yōu)化設(shè)計由焊接結(jié)構(gòu)的性能要求，提出多種設(shè)計方案，進行分析對比，確定出合理的最優(yōu)方案。在設(shè)計時應熟悉有關(guān)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的國家技術(shù)標準與規(guī)程；掌握焊接結(jié)構(gòu)的工藝性；選擇焊接結(jié)構(gòu)件的材料；確定焊接方法；進行焊接接頭工藝設(shè)計。03按照設(shè)計內(nèi)容分步進行設(shè)計（1）選擇焊接結(jié)構(gòu)材料（母材）；（2）確定焊接方法及焊接材料；（3）確定焊接接頭及坡口形式；（4）合理布置焊縫位置；（5）制訂簡明的焊接工藝。二、焊接結(jié)構(gòu)材料與焊接方法選擇2.1焊接結(jié)構(gòu)材料選擇

1.在滿足使用性能要求的前提下，盡量選用焊接性能好的材料，盡可能避免選用異種材料或不同成分的材料。對鋼材的焊接性能而言，一般要求抗裂性要好，因此材料在焊接時要求淬硬程度低、冷裂傾向小，從而在成分上希望材料的碳當量低，主要碳的質(zhì)量分數(shù)要小。對有剛度和穩(wěn)定性要求為主的各種焊接結(jié)構(gòu)，例如大型管道、塔架、支承箱體等，由于成分對材料的剛性影響較小，因此應盡可能選用焊接性能最優(yōu)的材料，通常選擇ωC＜0.25%的碳素結(jié)構(gòu)鋼或優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，或者選用ωC＜0.20%（ωCE＜0.4%）的低合金結(jié)構(gòu)鋼。對于以強度和韌性要求為主的焊接結(jié)構(gòu)，例如機器中的受力機械零件，結(jié)構(gòu)裝置以及容器、橋梁、船體等，應選擇焊接性能良好、強度級別又較高的材料，例如中、高強度級別的低合金結(jié)構(gòu)鋼。對ωC＞0.5%的碳素結(jié)構(gòu)鋼或優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，或ωC＞0.4%(ωCE＞0.4%~0.6%)的合金鋼，焊接性能不好，盡量不予選擇，如果實際需要使用，有必要采用相應的工藝措施，以獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫質(zhì)量。2.1焊接結(jié)構(gòu)材料選擇

材料的冶金質(zhì)量包括冶煉時脫氧完全程度，雜質(zhì)的數(shù)量、大小及分布狀況等。2.選擇焊接結(jié)構(gòu)材料要注重材料的冶金質(zhì)量。

鎮(zhèn)靜鋼脫氧完全、組織致密，重要的焊接結(jié)構(gòu)應選用這種鋼材。

焊接的特點之一是可按工作需要在不同部位選用不同強度和性能的材料拼焊。

沸騰鋼含氧較高，沖擊韌度較低，性能不均勻，焊接時易產(chǎn)生裂縫、厚板焊接時還可能產(chǎn)生層狀撕裂，不可用于制造承受動載荷或低溫工作的重要焊接結(jié)構(gòu)，但可用于一般焊接結(jié)構(gòu)。3.異種鋼材或異種金屬的焊接，要盡量選擇化學成分、物理性能相近的材料。

在鍛件、鑄件與型材的復合結(jié)構(gòu)中，必須考慮兩種材料的焊接性能，對于異種金屬材料的焊接，更應考慮它們的焊接性能。

低碳鋼或低合金鋼和其它鋼種焊接，則焊接性能有一定差異，一般要求焊接接頭強度不低于被焊鋼材強度較低者，可按焊接性能較差的鋼種設(shè)計工藝、采取相應措施進行焊接，例如采取預熱或焊后熱處理，選擇合適的焊接材料。4.優(yōu)先選擇型材，以減少焊縫數(shù)量，簡化焊接工藝，增加焊件強度和剛度。5.合理選擇焊接結(jié)構(gòu)材料供應時的尺寸、形狀規(guī)格，以便下料、套料，減少邊角余料的損失和減少拼料時的焊縫數(shù)量。2.2焊接方法選擇

焊接方法的選擇是根據(jù)材料的可焊性、工件厚度、生產(chǎn)率要求、各種焊接方法的適用范圍和現(xiàn)場條件來綜合考慮的。工件板厚為中等厚度(10～20mm)，則采用焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護焊均可施焊，但氬弧焊成本較高，一般情況下不采用氬弧焊；工件為長直焊縫或圓周焊縫，生產(chǎn)批量也較大，可選用埋弧自動焊；工件為單件生產(chǎn)或焊縫短而處于不同空間位置，則采焊條電弧焊最為方便；工件是薄板輕型結(jié)構(gòu)，無密封要求，則采用點焊生產(chǎn)率較高；工件為35mm以上厚板的重要結(jié)構(gòu)，條件允許可采用電渣焊。工件是薄板輕型結(jié)構(gòu)，有密封要求，可用縫焊；低碳鋼焊接2.2焊接方法選擇

焊接方法的選擇是根據(jù)材料的可焊性、工件厚度、生產(chǎn)率要求、各種焊接方法的適用范圍和現(xiàn)場條件來綜合考慮的。焊接合金鋼，不銹鋼等重要工件，則應采用氬弧焊以保證焊接質(zhì)量。焊接鋁合金結(jié)構(gòu)件時，因可焊性不好，最好采用氬弧焊來保證接頭質(zhì)量；如果鋁合金焊件的生產(chǎn)批量不大或是單件生產(chǎn)，現(xiàn)場又無氬弧焊機，也可以采用氣焊。焊接稀有金屬或高熔點金屬的特殊構(gòu)件，則采用等離子弧焊、真空電子束焊或脈沖氬弧焊；如果是微型箔件，則應采用微束等離子弧焊或脈沖激光點焊。其他材料焊接2.2焊接方法選擇

在工業(yè)生產(chǎn)中，往往遇到異種金屬焊接結(jié)構(gòu)，它不僅能滿足不同工作條件對材質(zhì)提出的不同的要求（如耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等），而且還能節(jié)約高合金鋼、銅、鈦等貴重金屬和降低成本。焊條電弧焊對異種鋼焊接應用最廣。熔化極氣體保護焊由于采用高合金鋼焊絲、電阻大、熔點低，采用小電流焊接時也能對異種鋼進行焊接，得到滿意的效果。銅及銅合金與鋼的焊接，在銅及銅合金上或在鋼上或同時堆焊過渡層（純鎳），然后進行手弧焊或埋弧自動焊及氣體保護焊均可得到高質(zhì)量接頭。鋁與鋼的焊接只能采用壓力焊的方法。異種金屬結(jié)構(gòu)焊接三、焊接接頭的工藝設(shè)計

3.1焊接接頭設(shè)計

焊接接頭是組成焊接結(jié)構(gòu)的一個關(guān)鍵部分，它的性能直接關(guān)系焊接結(jié)構(gòu)的可靠性。

焊接接頭的基本形式有對接、搭接、角接和T形接等。對接接頭受力均勻，應力集中較小，易保證焊接質(zhì)量，靜載和疲勞強度都比較高，且節(jié)約材料，但對下料尺寸精度要求較高。一般應盡量選用對接接頭，例如鍋爐、壓力容器等結(jié)構(gòu)受力焊縫常用對接接頭。搭接接頭受力復雜，接頭處產(chǎn)生附加彎矩，材料耗損大，不需要坡口，下料尺寸精度要求低，可用于受力不大的平面連接，例如廠房屋架、橋梁、起重機吊臂等桁架結(jié)構(gòu)，多用搭接接頭。T形接頭和角接接頭受力復雜，與搭接接頭一樣易產(chǎn)生焊接缺陷。

3.1焊接接頭設(shè)計

焊接接頭形式應該根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)的某些因素具體確定，如焊接結(jié)構(gòu)的形狀、厚度、焊縫部位、強度要求、焊接方法及工藝、材料焊接性能、焊后變形、坡口加工等因素。

接頭形式的確定，還要保證焊接質(zhì)量并能使成本降低，也與焊接方法因素的關(guān)系很大?？刹捎脤?、搭接、T形接、角接四種接頭形式。焊條電弧焊采用的形式與焊條電弧焊基本相同。埋弧焊可采用對接、T形接、角接形式，常用對接形式。電渣焊接頭形式的選擇只能用搭接。點焊與縫焊釬焊常用搭接。釬焊薄板可采用氣焊或鎢極氬弧焊，為了避免燒穿或省去添加填充焊絲，可采用卷邊接頭。氣焊或鎢極氬弧焊

3.1焊接接頭設(shè)計

采用對接接頭時，厚度小于6mm以下一般為I形坡口（即對接處留適當間隙）。

當板厚較大時，為了保證焊透，需在接頭處預制各種坡口。焊條電弧焊的基本坡口形式有I形、V形、雙V形、U形、雙U形。

V形和U形坡口可單向焊接，焊接性較好，但角變形較大，消耗焊條多；雙V形和雙U形坡口需兩面施焊，受熱均勻，變形較小，焊條消耗少；U形和雙U形較V形和雙V形坡口易焊透，消耗焊條少，但形狀復雜，加工困難，成本高，一般在重要厚板結(jié)構(gòu)中采用。

為了在焊接時使接頭兩側(cè)加熱均勻，避免變形，要求接頭處加工成相同或相近的尺寸。

不同厚度金屬材料對接時允許的厚度差如表所示。

3.2焊縫的布置

焊縫位置布置的合理與否是焊接結(jié)構(gòu)接頭設(shè)計的關(guān)鍵，它與產(chǎn)品質(zhì)量、成本、生產(chǎn)率及工人的勞動條件有著密切的關(guān)系。

1.焊縫應盡可能分散布置

焊縫分布過于密集或交叉，會造成金屬過熱，加大熱影響區(qū)，使接頭組織粗大。因此，兩條相鄰的焊縫的距離一般要求大于3倍板厚且不小于100mm。

3.2焊縫的布置

2.焊縫應盡可能對稱布置

焊縫布置對稱可減小焊接變形。如圖(a)、(b)所示的焊件，焊縫位置偏離截面中心，并在同一側(cè)，由于焊縫的收縮，會造成較大的彎曲變形。圖(c)、(d)、(e)所示的焊件，焊縫位置分布對稱，焊后不會發(fā)生明顯的變形。

3.2焊縫的布置

3.焊縫應盡量避開最大應力和應