1、 焊接技术在工业部门中应用的历史并不长，但其发展却焊接技术在工业部门中应用的历史并不长，但其发展却 非常迅速。短短的几十年中，焊接已在许多工业部门的金属非常迅速。短短的几十年中，焊接已在许多工业部门的金属 结构中，如建筑钢结构，船体，铁道车辆、压力容器等几乎结构中，如建筑钢结构，船体，铁道车辆、压力容器等几乎 全部取代了铆接全部取代了铆接。此外，在机械制造业中，以往由整铸整锻。此外，在机械制造业中，以往由整铸整锻 方法生产的大型毛坯改成了焊接结构，目前，世界主要工业方法生产的大型毛坯改成了焊接结构，目前，世界主要工业 国家生产的焊接结构占到钢产量的国家生产的焊接结构占到钢产量的45%。 第八章
2、第八章 连接成形连接成形 基本连接方式基本连接方式 常见的连接成形工艺常见的连接成形工艺：焊接、胶接和机械联接焊接、胶接和机械联接等。 焊接：焊接：通常是指金属的焊接。是通过加热或加压，或两者同通常是指金属的焊接。是通过加热或加压，或两者同 时并用，使两个分离的物体产生原子间结合力而连接成一体的成时并用，使两个分离的物体产生原子间结合力而连接成一体的成 形方法。形方法。 胶接技术胶接技术：使用胶粘剂来连接各种材料。胶接不受材料类型的：使用胶粘剂来连接各种材料。胶接不受材料类型的 限制，能够实现各种材料之间的连接限制，能够实现各种材料之间的连接 焊接结构，广泛应用于：石油与化工业焊接结构，广泛应
3、用于：石油与化工业 矿山机械矿山机械 起重与运输设备起重与运输设备 锅炉及压力容器锅炉及压力容器 汽车与船舶业汽车与船舶业 铁路交通铁路交通 航空与航天航空与航天 国防工业国防工业 建筑结构建筑结构 焊 接 分 类： 实 现 途 径 不 同 焊 接 方 法 不 同 与铆接、螺栓连接的结构相比较，或者与铸造 锻造的结构相比较，焊接结构有下列特点（优 点）： 1 1、焊接接头强度高焊接接头强度高 铆接、螺栓连接的结构，要在母材上钻孔， 削弱了工作截面，强度下降约20% 焊接:接头强度可达到与母材等强度甚至高于 母材强度。 2 2、焊接接头密封性好焊接接头密封性好 气密性，水密性均优于其它方法，特别
4、是在 高温，高压容器上，只有焊接接头才是最理想的 连接形式。 3 3、焊接结构设计灵活性大焊接结构设计灵活性大 主要表现在： 焊接结构的几何形状不受限制焊接结构的几何形状不受限制： 如铆、铸、锻等方法无法制造空心结构，焊接则可以； 结构的壁厚不受限制结构的壁厚不受限制： 两被连接构件的壁厚可以相差很大，薄厚均可； 结构的外形尺寸不受限制结构的外形尺寸不受限制： 大型结构可分段制成部件，现场组焊、锻、铸、工艺则不允许 可利用标准或非标准型材可利用标准或非标准型材 组焊接成所需要结构，段结构重量减轻。焊缝减少； 可与其它工艺方法联合使用可与其它工艺方法联合使用： 铸焊,锻焊,栓焊,冲压焊接等联合的
5、金属结构； 可实现异种材料的连接可实现异种材料的连接： 同一结构的不同部位可按需要配置不同性能的材料，做到物 尽其用 4 4、焊前准备工作简单焊前准备工作简单 由于近年来数控精密气割设备的发展，对于各种厚度 或形式状复杂的待焊接，不必预划线就能直接从板料上切 割出来，一般不用再机械加工就可投入装配焊接。 5 5、易于结构的变更和改型易于结构的变更和改型 铸造铸型（木型） 锻造开模具 周期长、成本高 焊接、则快速、简便、投资少 6 6、适用于制作大型或重型适用于制作大型或重型、结构简单而且是单件小批量生结构简单而且是单件小批量生 产的产品结构产的产品结构 结构 大 简单 批量小 焊接占优势 结构
6、 小 复杂 批量大 铸锻占优势 7 7、成品率高成品率高 一旦出现缺陷，可以修复、很少产生废品 焊接结构所存在的问题（缺点）：焊接结构所存在的问题（缺点）： 1 1、存在较大的焊接应力和变形、存在较大的焊接应力和变形 焊接（局部加热）焊接（局部加热）内应力内应力变形变形工艺缺欠工艺缺欠承载能力承载能力 （刚度、强度、稳定性）下降（刚度、强度、稳定性）下降尺寸精度，尺寸稳定性下尺寸精度，尺寸稳定性下 降降校形校形增加工作量增加工作量增加成本增加成本 2 2、对应力集中敏感对应力集中敏感 焊接结构具有整体性焊接结构具有整体性，其刚度大其刚度大，焊缝的布置焊缝的布置、数量和次数量和次 序等都会影响到
7、应力分布序等都会影响到应力分布，对应力集中敏感对应力集中敏感，而应力集中是而应力集中是 疲劳疲劳，脆断等破坏的起源脆断等破坏的起源，因此在焊接结构设计时要妥善处因此在焊接结构设计时要妥善处 理理 3 3、焊接接头的性能不均匀焊接接头的性能不均匀 焊接金属是由母材料和填充金属在焊接热作用下熔合而焊接金属是由母材料和填充金属在焊接热作用下熔合而 成的铸造组织，靠近焊接金属的母材（近缝区）受焊接热的成的铸造组织，靠近焊接金属的母材（近缝区）受焊接热的 影响，组织和性能发生变化（谓之热影响区），因此，焊接影响，组织和性能发生变化（谓之热影响区），因此，焊接 接头在成分，组织和性能上都是一个不均匀体，其
8、不均匀程接头在成分，组织和性能上都是一个不均匀体，其不均匀程 度远远超过了铸、锻件，这种不均匀性对结构的力学行为，度远远超过了铸、锻件，这种不均匀性对结构的力学行为， 特别是断裂行为有重要影响特别是断裂行为有重要影响 焊接结构生产过程焊接结构生产过程是指从投料开始，经过一系列工序，最后加是指从投料开始，经过一系列工序，最后加 工成焊接产品的过程。工成焊接产品的过程。 在整个生产过程中，对焊接产品质量有决定影响的是在整个生产过程中，对焊接产品质量有决定影响的是焊接工焊接工 艺过程。艺过程。 焊接结构生产过程焊接结构生产过程 一、（熔化）电弧焊成形原理、（熔化）电弧焊成形原理 电弧放电产生热，造成
9、局部高温，熔化电极 （焊条）与工件连接处材料，冷却凝固后使被焊材 料形成永久性连接。 1、焊接电弧的产生焊接电弧的产生 电弧：在两极与工件间的气体电弧：在两极与工件间的气体 介质中产生强烈而持久的放电现介质中产生强烈而持久的放电现 象。正负电极间具有一定的电压，象。正负电极间具有一定的电压， 而且两电极间的气体介质应处在而且两电极间的气体介质应处在 电离状态。电离状态。 引燃引燃焊接电弧焊接电弧: 通常是将两电极（一极为工件，另一极为填充通常是将两电极（一极为工件，另一极为填充 金属丝或焊条）接通电源，短暂接触并迅速分离，两极相互接触金属丝或焊条）接通电源，短暂接触并迅速分离，两极相互接触 时
10、发生时发生短路短路，造成接触点处电流密度瞬间增大到相当大并产生极造成接触点处电流密度瞬间增大到相当大并产生极 大的电阻热，迅速将焊条药皮和两极金属熔化并蒸发，抬起焊条大的电阻热，迅速将焊条药皮和两极金属熔化并蒸发，抬起焊条 （电极分离）在两极间充满了药皮已电离的电荷和金属蒸汽，（电极分离）在两极间充满了药皮已电离的电荷和金属蒸汽， 在磁场和高温的作用下，电荷运动电流，在磁场和高温的作用下，电荷运动电流，引燃了引燃了电弧。电弧。 -这种方式称为接触引弧。这种方式称为接触引弧。 瞬间的高能量使（局部）温度瞬间的高能量使（局部）温度 急剧升高（急剧升高（5000-8000K）只）只 要电源保持两极之
11、间一定的电要电源保持两极之间一定的电 位差，即可维持电弧的燃烧位差，即可维持电弧的燃烧 产生过程：产生过程： 按电流种类：交流电弧、直流电弧、脉冲电弧 按电弧的状态：自由电弧和压缩电弧（等离子弧） 按电极材料：熔化电弧和不熔化电弧 焊接电弧焊接电弧是在两极与工件间的气体介质中产生强烈是在两极与工件间的气体介质中产生强烈 而持久的气体放电现象。而持久的气体放电现象。 电极与工件间电极与工件间长时间长时间、稳定稳定存在的电弧。存在的电弧。 -熔化焊的热源熔化焊的热源 2、电弧构造与温度、电弧构造与温度 一般情况下，电弧热量在一般情况下，电弧热量在 阳极区产生的较多，约占阳极区产生的较多，约占 总热
12、量的总热量的43%43%，阴极约，阴极约36%36%， 弧柱约弧柱约21%21%。 温度：用钢焊条焊钢材时温度：用钢焊条焊钢材时 阳极区阳极区2600K2600K 阴极区阴极区2400K2400K 电弧中心电弧中心 50008000K50008000K 电弧的特点：电压低、电流大、局部高温、能量密度大、电弧的特点：电压低、电流大、局部高温、能量密度大、 移动性好移动性好 等，一般等，一般2030V的电压即可维持电弧的稳定燃烧，的电压即可维持电弧的稳定燃烧， 而电弧中的电流可以从几十安培到几千安培以满足不同工件的而电弧中的电流可以从几十安培到几千安培以满足不同工件的 焊接要求，电弧的温度可达焊接
13、要求，电弧的温度可达5000K以上，可以熔化各种金属以上，可以熔化各种金属 电弧焊热源 电弧焊时电弧焊时，热量产生于阳极与阴极斑点之间气体柱热量产生于阳极与阴极斑点之间气体柱（弧柱弧柱、 热等离子体热等离子体）的放电过程的放电过程。焊接过程采用的是焊接过程采用的是直接弧直接弧，阳极斑阳极斑 点和阴极斑点点和阴极斑点直接加热直接加热母材和焊丝母材和焊丝（或电极材料或电极材料）。电弧柱产电弧柱产 生的辐射和对流生的辐射和对流（气流效应气流效应）传热和电极斑点产生的辐射传热传热和电极斑点产生的辐射传热 也起辅助作用也起辅助作用。 等离子弧焊时等离子弧焊时，应用非直接弧应用非直接弧，也就是电弧是间接加
14、热被焊也就是电弧是间接加热被焊 工件工件。 直接弧：直接弧：阴阴、阳极斑点直接加热母材和焊丝；阳极斑点直接加热母材和焊丝； 辅助作用：弧柱产生的辐射辅助作用：弧柱产生的辐射、对流对流，电极斑点产生的辐射电极斑点产生的辐射 等等。 间接弧：间接弧：主要依靠辐射和对流加热。主要依靠辐射和对流加热。 由于电弧产生的热量在阳极与阴极有差异，使用直流电源焊由于电弧产生的热量在阳极与阴极有差异，使用直流电源焊 接时有接时有正接、反接正接、反接两种：两种： 正接：正极接工件正接：正极接工件工件温度可稍高一些。工件温度可稍高一些。 反接：负极接工件反接：负极接工件工件温度可稍低一些。工件温度可稍低一些。 交流
15、焊机、无正反接特点，温度均为交流焊机、无正反接特点，温度均为2500K2500K。 焊机的空载电压就是焊接时引弧电压，一般为焊机的空载电压就是焊接时引弧电压，一般为505090V90V，电弧，电弧 稳定燃烧时电压为电弧电压。电弧长度越大，电弧电压也越稳定燃烧时电压为电弧电压。电弧长度越大，电弧电压也越 高，一般为高，一般为161635V35V。 （二）焊接冶金过程（二）焊接冶金过程 在电弧焊时，液态金属、熔渣和气体三者相互作用，是在电弧焊时，液态金属、熔渣和气体三者相互作用，是金金 属再冶炼属再冶炼的过程的过程 A、特点、特点 局部高温局部高温：焊接区的温度高于冶金温度焊接区的温度高于冶金温度
16、，尤其是尤其是熔滴熔滴（焊（焊 丝先端受热熔化所形成的液态金属滴），并发生一系列的物丝先端受热熔化所形成的液态金属滴），并发生一系列的物 理化学反应，理化学反应，过热状态过热状态：氧化严重、烧损强烈。：氧化严重、烧损强烈。 速度快：速度快：熔池的体积小（熔池的体积小（30cm3)冷却速度快，冷却速度快，局部加热局部加热温温 度分布不均匀；度分布不均匀； 10S时间反应不完全，杂质、气体来不及浮时间反应不完全，杂质、气体来不及浮 出。出。 复杂和不平衡型：复杂和不平衡型：处于不断的更新和激烈搅拌状态，在处于不断的更新和激烈搅拌状态，在 熔池中金属的熔化和结晶是同时进行的熔池中金属的熔化和结晶是同
17、时进行的-运动状态下结晶运动状态下结晶 空气环境空气环境：Fe的氧化、氮化。的氧化、氮化。 （1）药皮反应区 温度：温度：100-1200 （钢材）（钢材） 反应：水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的氧化反应：水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的氧化 （2）熔滴反应区 熔滴平均温度：熔滴平均温度：1800-2400 熔滴金属与气体和熔渣的接触面积：比面积：熔滴金属与气体和熔渣的接触面积：比面积：10001000- - 10000cm10000cm2 2/kg,/kg,比炼钢时大比炼钢时大10001000倍倍 各相之间的反应时间（接触时间）：各相之间的反应时间（接触时间）：0.010.01- -
18、0.1s0.1s 反应：气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分反应：气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分 的氧化与还原以及焊缝金属的合金化。的氧化与还原以及焊缝金属的合金化。 特点：反应激烈、反应物含量离平衡浓度较远特点：反应激烈、反应物含量离平衡浓度较远。 （3）熔池反应区）熔池反应区 熔滴和熔渣同熔化的母材混合形成熔池熔滴和熔渣同熔化的母材混合形成熔池 温度：温度：1600-1900 比表面积：比表面积：1300 cmcm2 2/kg/kg 反应时间：反应时间：3 3- -8S8S（SMAWSMAW） 特点：熔池金属有规律的对流和搅拌运动，冶金反应特点：熔池金属有规律的对
19、流和搅拌运动，冶金反应 比较激烈、熔池温度不均匀、同一反应在不同区域可比较激烈、熔池温度不均匀、同一反应在不同区域可 能向相反方向进行。能向相反方向进行。 温度变化范围大温度变化范围大 停留时间短停留时间短 基本排除了整个系统达到热力学平衡的可能性基本排除了整个系统达到热力学平衡的可能性 不同条件下焊接冶金反应离平衡的远近程度不同不同条件下焊接冶金反应离平衡的远近程度不同 B、工艺措施工艺措施 1、对熔化金属对熔化金属形成保护气氛形成保护气氛，使之与空气隔开，使之与空气隔开 保护方法：保护方法： 气体：气体：CO2,电子束焊电子束焊 熔渣：埋弧焊熔渣：埋弧焊 气气-渣：手工焊、自保护药芯焊渣：
20、手工焊、自保护药芯焊 2、焊前清理、焊前清理: 3、补充合金：、补充合金： 对焊接熔池进行冶金处理，主要通过在焊接材料（焊条药对焊接熔池进行冶金处理，主要通过在焊接材料（焊条药 皮、焊丝、焊剂）中加入一定量的脱氧剂（主要是锰铁和硅铁）皮、焊丝、焊剂）中加入一定量的脱氧剂（主要是锰铁和硅铁） 和一定量的合金元素，在焊接过程中排除熔池中的和一定量的合金元素，在焊接过程中排除熔池中的FeO，同时补，同时补 偿合金元素的烧损。偿合金元素的烧损。 4. 加入脱氧剂等，排出气体加入脱氧剂等，排出气体 （三）焊接材料（电焊条）焊接材料（电焊条） 组成： 由心部的金属焊芯和表面药皮涂层 焊芯： 作为电极，产生
21、电弧，并传导焊接电流，焊芯熔化后作为 填充金属成为焊缝的一部分。钢焊条的焊芯采用专门的焊接用 钢丝。焊条直径是由焊丝直径来表示的，一般为1.6、2.0、2.5、 3.2、4.0、5.0、6.0、8.0mm等规格，长度为300450mm。 牌号 化学成分的质量分数w (%) 用途 C Mn Si Cr Ni S P H08 0.1 0.35 0.55 0.03 0.20 0.30 0.04 0.040 一般焊接结构 H08A 0.10 0.35 0.55 0.03 0.20 0.30 0.030 0.030 重要焊接结构及 埋弧焊焊丝 H08E 0.10 0.35 0.55 0.03 0.20.
22、 0.30 0.025 0.025 H08Mn2S i 0.11 1.72.1 0.65 0.95 0.20 0.30 0.040 0.040 二氧化碳气体保 护焊焊丝 H08Mn2S iA 0.11 1.80 2.10 0.65 0.95 0.20 0.30 0.030 0.030 常用焊接用钢丝的牌号和化学成分 药皮药皮： 保证焊接顺利进行并使焊缝具有一定的化学成分和机械性能保证焊接顺利进行并使焊缝具有一定的化学成分和机械性能 (1)有引导和提高电弧稳定性有引导和提高电弧稳定性: 含有电离点位低的钾、钠含有电离点位低的钾、钠 （2）保护焊接熔池）保护焊接熔池：产生气体及造渣，隔绝空气以保护
23、熔池及凝产生气体及造渣，隔绝空气以保护熔池及凝 固后的焊缝不被氧化或氮化固后的焊缝不被氧化或氮化 （3）脱除有害杂质（如氧、氢、硫、磷等）脱除有害杂质（如氧、氢、硫、磷等）：）：还原剂还原剂 （4）补充合金元素，熔渣与液态金属形成冶金处理作用）补充合金元素，熔渣与液态金属形成冶金处理作用：补充电补充电 弧的高温的烧损弧的高温的烧损 （5）使熔滴增加而减少飞溅）使熔滴增加而减少飞溅 ：药皮的熔点比焊芯低，并处于电药皮的熔点比焊芯低，并处于电 弧的中心区，焊芯先熔化，药皮自然形成套管，热量更弧的中心区，焊芯先熔化，药皮自然形成套管，热量更集中集中 基本成分基本成分 型号编制：型号编制： 分类号最小
24、抗拉强度焊接位置分类号最小抗拉强度焊接位置 适用电源及药皮适用电源及药皮种类 种类 E4303 焊条的种类焊条的种类 ：据熔渣化学性质：酸性焊条和碱性焊条。据熔渣化学性质：酸性焊条和碱性焊条。 酸性：酸性：熔渣中以酸性氧化物为主，氧化性强，合金元素烧损熔渣中以酸性氧化物为主，氧化性强，合金元素烧损 大，故焊缝的塑性和韧度不高，且焊缝中氢含量高，抗裂性差，大，故焊缝的塑性和韧度不高，且焊缝中氢含量高，抗裂性差， 但酸性焊条具有良好的但酸性焊条具有良好的工艺性工艺性，对油、水、锈不敏感，对油、水、锈不敏感，交直流交直流 电源均可用电源均可用，广泛用于一般结构件的焊接，广泛用于一般结构件的焊接 碱性
25、（又称低氢焊条）：碱性（又称低氢焊条）： 药皮中以碱性氧化物以莹石为主，并含较多铁合金，脱氧、药皮中以碱性氧化物以莹石为主，并含较多铁合金，脱氧、 除氢、渗金属作用强，与酸性焊条相比，其焊缝金属的含氢量除氢、渗金属作用强，与酸性焊条相比，其焊缝金属的含氢量 较低，较低，有益元素较多有益元素较多，有害元素较少，因此，有害元素较少，因此焊缝力学性能与抗焊缝力学性能与抗 裂性好裂性好，但碱性焊条工，但碱性焊条工艺性较差艺性较差，电弧稳定性差，对油污、水、，电弧稳定性差，对油污、水、 锈较敏感，抗气孔性能差，一般要求采用直流焊接电源，主要锈较敏感，抗气孔性能差，一般要求采用直流焊接电源，主要 用于焊接
26、重要的钢结构或合金钢结构用于焊接重要的钢结构或合金钢结构 D、选用：在同种材料的基础上，主要以“等强”为原则。 二、焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能 焊接接头焊接接头:焊缝金属、熔合区和焊接热影响区组成。焊缝金属、熔合区和焊接热影响区组成。 1、焊件上温度的分布焊件上温度的分布： 焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由低而高，焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由低而高， 达到最高值后，又由高而低随时间的变化达到最高值后，又由高而低随时间的变化 1.加热温度高加热温度高 2.加热速度快加热速度快 3.高温停留时间短高温停留时间短 4.焊接时，一般都是在焊接时，一般都是在 自
27、然条件下连续冷却，自然条件下连续冷却， 个别情况下才进行焊个别情况下才进行焊 后保温或焊后热处理后保温或焊后热处理 5.局部加热局部加热 2、焊缝金属： 焊缝金属是由母材和焊条（丝）熔化形成的熔池冷却结晶焊缝金属是由母材和焊条（丝）熔化形成的熔池冷却结晶 而成的。而成的。 焊缝金属在结晶时，是以熔池和母材金属的交界处的半熔焊缝金属在结晶时，是以熔池和母材金属的交界处的半熔 化金属晶粒为晶核，沿着垂直于散热面方向反向生长为柱状晶，化金属晶粒为晶核，沿着垂直于散热面方向反向生长为柱状晶， 最后这些柱状晶在焊缝中心相接触而停止生长。最后这些柱状晶在焊缝中心相接触而停止生长。 由于焊缝组织是铸态组织，
28、故成分偏析，组织不致密。但由于焊缝组织是铸态组织，故成分偏析，组织不致密。但 由于焊丝本身的杂质含量低及合金化作用以及药皮保护，冷却由于焊丝本身的杂质含量低及合金化作用以及药皮保护，冷却 速度快，晶粒比较细小，使焊缝化学成分优于母材，所以焊缝速度快，晶粒比较细小，使焊缝化学成分优于母材，所以焊缝 金属的力学性能一般不低于母材金属的力学性能一般不低于母材 3、熔合区：、熔合区： 焊缝与热影响区的的过渡区，也称半熔化区。焊缝与热影响区的的过渡区，也称半熔化区。 宽度只有宽度只有0.10.4mm。焊接时，该区内液态金属与未熔。焊接时，该区内液态金属与未熔 化的母材金属共存，冷却后，其组织为部分铸态组
29、织和部分化的母材金属共存，冷却后，其组织为部分铸态组织和部分 过热组织，化学成分和组织极不均匀，是焊接接头中过热组织，化学成分和组织极不均匀，是焊接接头中力学性力学性 能最差能最差的薄弱部位之一。的薄弱部位之一。 A、过热区：过热区： 温度在固相线至温度在固相线至1100之间，之间， 宽度约宽度约13mm。焊接时，该区。焊接时，该区 域内奥氏体晶粒严重长大，冷域内奥氏体晶粒严重长大，冷 却后得到晶粒粗大的过热组织，却后得到晶粒粗大的过热组织， 塑塑性和韧度明显下降性和韧度明显下降。固相高。固相高 温、奥氏体、晶粒大温、奥氏体、晶粒大 4、热影响区（、热影响区（母材上）母材上） : 熔焊时在集中
30、热源的作用下，熔焊时在集中热源的作用下， 焊缝两侧发生组织和性能变化焊缝两侧发生组织和性能变化 的区域的区域 （过热区、正火区、（过热区、正火区、不不 完全重结晶区完全重结晶区 、再结晶区、再结晶区 C、部分相变区：、部分相变区： （不完全重结晶区不完全重结晶区 ）也称部分正火也称部分正火 区，加热温度在区，加热温度在Ac3Ac1之间。焊接时，之间。焊接时， 只有部分组织转变为奥氏体；冷却后获只有部分组织转变为奥氏体；冷却后获 得细小的铁素体和珠光体，其余部分仍得细小的铁素体和珠光体，其余部分仍 为原始组织，因此晶粒大小不均匀，力为原始组织，因此晶粒大小不均匀，力 学性能也较差。部分重结晶、部
31、分粗晶学性能也较差。部分重结晶、部分粗晶 D、再结晶区、再结晶区 温度在温度在Ac1450之间。只有焊之间。只有焊 接前经过冷塑性变形（如冷轧、冷冲压接前经过冷塑性变形（如冷轧、冷冲压 等）的母材金属，才会在焊接过程中出等）的母材金属，才会在焊接过程中出 现再结晶现象。该区域金属的力学性能现再结晶现象。该区域金属的力学性能 变化不大，只是塑性有所增加变化不大，只是塑性有所增加 如果焊前未经冷塑性变形，则 热影响区中就没有再结晶。 B、正火区正火区： 温度在温度在1100Ac3之间，宽度约之间，宽度约1.24.0mm。焊后空冷使该区。焊后空冷使该区 内的金属相当于进行了正火处理，故其组织为均匀而
32、细小的铁内的金属相当于进行了正火处理，故其组织为均匀而细小的铁 素体和珠光体，素体和珠光体，力学性能优于母材力学性能优于母材。 Ac3线以上、重结晶、正线以上、重结晶、正 火火 焊接热影响区的大小和组织、性能变化的程度，决定于焊接方焊接热影响区的大小和组织、性能变化的程度，决定于焊接方 法、焊接参数、接头形式和焊后冷却速度等因素。法、焊接参数、接头形式和焊后冷却速度等因素。 焊接接头上塑性和韧度最低的区域在焊接接头上塑性和韧度最低的区域在熔合区和过热区熔合区和过热区，这主，这主 要是由于粗大的过热组织所造成的；又由于在这两个区域，拉应要是由于粗大的过热组织所造成的；又由于在这两个区域，拉应 力
33、最大，所以它们是焊接接头中最薄弱的部位，往往成为裂纹发力最大，所以它们是焊接接头中最薄弱的部位，往往成为裂纹发 源地。源地。 对于焊接接头来说影响质量最大的是对于焊接接头来说影响质量最大的是热影响区热影响区，尤其是过热区，尤其是过热区 改善焊接接头组织和性能的措施改善焊接接头组织和性能的措施 ： A、尽量选择低碳且硫、磷含量低的钢材作为焊接材料、尽量选择低碳且硫、磷含量低的钢材作为焊接材料 B、使热影响区的冷却速度适当、使热影响区的冷却速度适当 对于低碳钢，采用细焊丝、小电流、高焊速，可提高接头对于低碳钢，采用细焊丝、小电流、高焊速，可提高接头 韧度，减轻接头脆化；对于易淬硬钢，在不出现硬脆马
34、氏体韧度，减轻接头脆化；对于易淬硬钢，在不出现硬脆马氏体 的前提下适当提高冷却速度，可以细化晶粒，有利于改善接的前提下适当提高冷却速度，可以细化晶粒，有利于改善接 头性能。头性能。 C、减少热影响区宽度：改变焊接方法、增加速度、减少电流、减少热影响区宽度：改变焊接方法、增加速度、减少电流 D、采用多层焊，利用后层对前层的回火作用，使前层的组、采用多层焊，利用后层对前层的回火作用，使前层的组 织和性能得到改善。织和性能得到改善。 E、进行焊后热处理。焊后进行退火或正火处理可以细化晶、进行焊后热处理。焊后进行退火或正火处理可以细化晶 粒，改善焊接接头的力学性能。粒，改善焊接接头的力学性能。 焊接热
35、影响区在电弧焊焊接接头中是不可避免的。焊接热影响区在电弧焊焊接接头中是不可避免的。 焊接焊接一般一般低碳钢结构时，用焊条电弧焊或埋弧焊方法，低碳钢结构时，用焊条电弧焊或埋弧焊方法， 热影响区较窄，危害性较小，焊后不进行热处理即可使热影响区较窄，危害性较小，焊后不进行热处理即可使 用。用。 但对但对重要的重要的碳钢构件、合金钢构件、电渣焊焊接的构件碳钢构件、合金钢构件、电渣焊焊接的构件 为消除热影响区影响，一般采用焊后正火处理。为消除热影响区影响，一般采用焊后正火处理。 对焊后不能进行热处理金属材料或构件，则只能在正确对焊后不能进行热处理金属材料或构件，则只能在正确 选择焊接方法与焊接工艺上来减
36、少焊接热影响区的范围选择焊接方法与焊接工艺上来减少焊接热影响区的范围 三、焊接应力与变形三、焊接应力与变形 1.1.应力应力物体单位截面上表现的内力。物体单位截面上表现的内力。 分类分类 热应力热应力 应力应力 内应力内应力 工作应力工作应力 残余应力残余应力 装配应力装配应力 相变应力相变应力 焊接应力和变形的存在会降低结构的使用性能，引起结构形焊接应力和变形的存在会降低结构的使用性能，引起结构形 状和尺寸的改变，影响结构精度，甚至会引起焊接裂纹，造成事状和尺寸的改变，影响结构精度，甚至会引起焊接裂纹，造成事 故，还会影响到焊后机械加工的精度。减小焊接应力和变形，可故，还会影响到焊后机械加工
37、的精度。减小焊接应力和变形，可 以改善焊接质量，大大提高焊接结构的承载能力。以改善焊接质量，大大提高焊接结构的承载能力。 2.2.变形变形物体在外力的作用下，其内部原子的相对位物体在外力的作用下，其内部原子的相对位 置发生变化，其宏观表现为形状和尺寸的变化。置发生变化，其宏观表现为形状和尺寸的变化。 分类分类 按物体变形的性质分为：按物体变形的性质分为： 按变形的拘束条件分为：按变形的拘束条件分为： 弹性变形弹性变形 塑性变形塑性变形 自由变形自由变形 非自由变形非自由变形 焊接变形：焊接变形：由焊接而引起焊件的尺寸改变称为焊接变形由焊接而引起焊件的尺寸改变称为焊接变形。 焊接变形分类焊接变形
38、分类 焊接瞬时变形焊接瞬时变形 焊接残余变形焊接残余变形 1、应力的产生： 根本原因根本原因焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不 能自由膨胀和收缩能自由膨胀和收缩 局部高温膨胀受限塑性变形冷却不均收缩受限缝拉板压局部高温膨胀受限塑性变形冷却不均收缩受限缝拉板压 2、变形的发生与防止 分为分为5 5种基本变形形式：种基本变形形式：收缩变形收缩变形、角变形角变形、 弯曲变形弯曲变形、波浪变形波浪变形和和扭曲变形扭曲变形 收缩变形 : 由焊接后焊缝的纵向（沿焊缝长度方向）和横向（沿焊缝 宽度方向）收缩引起 角 变 形 : 由于焊缝横截面形状上下不对
39、称，焊缝横向收缩不均引起 弯曲变形 : T形梁焊接时，焊缝布置不对称，由焊缝纵向收缩引起 扭曲变形 : 工字梁焊接时，由于焊接顺序和焊接方向不合理引起结构上 出现扭曲 波浪变形 : 薄板（板厚小于板厚小于6mm）焊接时，焊接应力使薄板局部失稳而 引起 防止：防止：A、共同加热（、共同加热（HT） B、热处理、热处理 1焊前预热焊前预热 ：预热的目的是减小焊件上各部分的温差，降：预热的目的是减小焊件上各部分的温差，降 低焊缝区的冷却速度，从而减小焊接应力和变形低焊缝区的冷却速度，从而减小焊接应力和变形,预热温度预热温度 一般为一般为400以下。以下。 预防和减小焊接应力和变形的工艺措施预防和减小
40、焊接应力和变形的工艺措施 2、反变形法： 焊接前预测焊接变形量和变形方向，在焊前组装时将被焊焊接前预测焊接变形量和变形方向，在焊前组装时将被焊 工件向焊接变形相反的方向进行人为的变形，以达到抵消焊接工件向焊接变形相反的方向进行人为的变形，以达到抵消焊接 变形的目的变形的目的 3、刚性固定法： 利用夹具、胎具等强制手段，利用夹具、胎具等强制手段， 以外力固定被焊工件来减小焊接以外力固定被焊工件来减小焊接 变形。该法能有效地减小焊接变变形。该法能有效地减小焊接变 形，但会产生较大的焊接应力，形，但会产生较大的焊接应力， 所以一般只用于塑性较好的低碳所以一般只用于塑性较好的低碳 钢结构钢结构 4选择
41、合理的焊接顺序选择合理的焊接顺序 A、尽量使焊缝能自由收缩，这样产生的残余应力较小、尽量使焊缝能自由收缩，这样产生的残余应力较小。 大型容器底板的拼焊顺序 B、采用分散采用分散对称对称焊工艺，长焊缝尽可能采用焊工艺，长焊缝尽可能采用分段分段退焊或跳焊的退焊或跳焊的 方法进行焊接，这样加热时间短、温度低且分布均匀，可减方法进行焊接，这样加热时间短、温度低且分布均匀，可减 小焊接应力和变形小焊接应力和变形 若先焊纵横向焊缝若先焊纵横向焊缝3，再焊横向焊缝，再焊横向焊缝1和和2，则焊缝，则焊缝1和和2在横向在横向 和纵向的收缩都会受到阻碍，焊接应力增大，焊缝交叉处和和纵向的收缩都会受到阻碍，焊接应力
42、增大，焊缝交叉处和 焊缝上都极易产生裂纹焊缝上都极易产生裂纹 5、加热减应区加热减应区 铸铁补焊时，在补焊前可对铸件上的适当部位进行加热，铸铁补焊时，在补焊前可对铸件上的适当部位进行加热， 以减少焊接时对焊接部位伸长的约束，焊后冷却时，加热部位以减少焊接时对焊接部位伸长的约束，焊后冷却时，加热部位 与焊接处一起收缩，从而减小焊接应力。被加热的部位称为减与焊接处一起收缩，从而减小焊接应力。被加热的部位称为减 应区，这种方法叫做加热减应区法，利用这个原理也可以焊接应区，这种方法叫做加热减应区法，利用这个原理也可以焊接 一些刚度比较大的焊缝一些刚度比较大的焊缝 a）焊接时 b）冷却时 6 、加余量法
43、、加余量法：增加焊缝尺寸的增加焊缝尺寸的0.1-0.2%，以弥补焊后收缩，以弥补焊后收缩 消除焊接应力和矫正焊接变形的方法消除焊接应力和矫正焊接变形的方法 1消除焊接应力的方法消除焊接应力的方法 （1）锤击焊缝）锤击焊缝 ：红热状态的焊缝：红热状态的焊缝 （2）焊后热处理）焊后热处理 （3）机械拉伸法：微量的塑性变形）机械拉伸法：微量的塑性变形 （4）振动法：利用振动产生的交变应力）振动法：利用振动产生的交变应力 2矫正焊接变形的措施矫正焊接变形的措施 ： （1） 手工矫正法手工矫正法 （2） 机械矫正机械矫正 （3）火焰矫正火焰矫正 留余量法主要用于防止焊件的收缩变形。留余量法主要用于防止焊
44、件的收缩变形。 四、各种材料的焊接性能四、各种材料的焊接性能 工艺性能：工艺性能： 主要指在给定的焊接工艺条件下，形成完好焊接接头的能力，主要指在给定的焊接工艺条件下，形成完好焊接接头的能力， 特别是接头对产生裂纹的敏感性特别是接头对产生裂纹的敏感性； 使用性能：使用性能： 在给定的焊接工艺条件下，焊接接头在使用条件下安全运行在给定的焊接工艺条件下，焊接接头在使用条件下安全运行 的能力，包括焊接接头的力学性能和其它特殊性能（如耐高的能力，包括焊接接头的力学性能和其它特殊性能（如耐高 温、耐腐蚀、抗疲劳等）温、耐腐蚀、抗疲劳等） 金属焊接性金属焊接性:在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易
45、程度在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度 焊接性焊接性是金属的工艺性能在焊接过程中的反映，了解及评金属的工艺性能在焊接过程中的反映，了解及评 价金属材料的焊接性，是焊接结构设计、确定焊接方法、制价金属材料的焊接性，是焊接结构设计、确定焊接方法、制 定焊接工艺的重要依据定焊接工艺的重要依据 由于钢的裂纹倾向与其化学成分有密切关系，因此，可以由于钢的裂纹倾向与其化学成分有密切关系，因此，可以 根据钢的化学成分评定其焊接性的好坏根据钢的化学成分评定其焊接性的好坏 -碳当量碳当量wCE 评定焊接性的方法评定焊接性的方法 碳当量越高碳当量越高，裂纹倾向越大裂纹倾向越大，钢的焊接性越差钢的焊接
46、性越差。 wCE0.6%，钢的淬硬和冷裂倾向严重钢的淬硬和冷裂倾向严重，焊接性很差焊接性很差，一般不一般不 用于生产焊接结构用于生产焊接结构。 在实际生产中，应通过在实际生产中，应通过直接试验直接试验，模拟实际情况下的结，模拟实际情况下的结 构、应力状况和施焊条件，在试件上焊接，观察试件的开裂情况，构、应力状况和施焊条件，在试件上焊接，观察试件的开裂情况， 并配合必要的接头使用性能试验进行评定。并配合必要的接头使用性能试验进行评定。 不同材料的焊接性能不同材料的焊接性能 (1)低碳钢：低碳钢： Q235、10、15、20等低碳钢是应用最广泛的焊接结构等低碳钢是应用最广泛的焊接结构 材料，由于其
47、含碳量低于材料，由于其含碳量低于0.25%，塑性很好，淬硬倾向小，塑性很好，淬硬倾向小， 不易产生裂纹，所以焊接性最好。不易产生裂纹，所以焊接性最好。 焊接时，任何焊接方法和最普通的焊接工艺即可获得焊接时，任何焊接方法和最普通的焊接工艺即可获得 优质的焊接接头。优质的焊接接头。 （1）在低温环境下焊接厚度大、刚性大的结构时，应该进行预）在低温环境下焊接厚度大、刚性大的结构时，应该进行预 热，否则容易产生裂纹。热，否则容易产生裂纹。 （2）重要结构焊后要进行去应力退火以消除焊接应力）重要结构焊后要进行去应力退火以消除焊接应力。 塑性好，冷裂倾向小塑性好，冷裂倾向小 焊接方法焊接方法：几乎没有限制
48、，应用最多的是手工电弧焊、埋弧焊、几乎没有限制，应用最多的是手工电弧焊、埋弧焊、 气体保护电弧焊和电阻焊气体保护电弧焊和电阻焊 (2)中碳钢中碳钢： 含碳量在含碳量在0.25%0.60%之间的中碳钢，有一定的淬硬倾向之间的中碳钢，有一定的淬硬倾向 焊接接头容易产生低塑性的淬硬组织和冷裂纹，焊接性较差。焊接接头容易产生低塑性的淬硬组织和冷裂纹，焊接性较差。 中碳钢的焊接结构多为中碳钢的焊接结构多为锻件和铸钢件锻件和铸钢件，或进行，或进行补焊补焊。 焊接方法焊接方法：手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电渣焊。以手手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电渣焊。以手 工电弧焊和埋弧焊较常用工电弧焊和埋弧焊较常用 焊条选用焊条选用： 抗裂性好的低氢型焊条抗裂性好的低氢型焊条（如如J426、J427、J506、J507等等）， 焊缝有等强度要求时焊缝有等强度要求时，选择相当强度级别的焊条选择相当强度级别的焊条。 对于补焊或不要求等强度的接头对于补焊
