43武汉理工大学金属工艺学课件

焊接接头的不完整性称焊接缺陷。主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷等。4.5焊接缺陷与检验4.5.1焊接裂纹1、热裂纹热裂纹的特征热裂纹可发生在焊缝区或热影响区。热裂纹的微观特征是沿晶界开裂，所以又称晶间裂纹。因热裂纹在高温下形成，所以有氧化色彩。热裂纹动画仿真热裂纹产生的原因:晶间存在液态薄膜。接头中存在拉应力。热裂纹的防止:限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，如硫和磷含量。Fe和FeS易形成低熔点共晶，其熔点为988℃，很容易产生热裂纹。缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性减少偏析。减少焊接应力的工艺措施，如采用小线能量，焊前预热，合理的焊缝布置等。2、冷裂纹冷裂纹的形态和特征焊缝区和热影响区都可能产生冷裂纹。冷裂纹的特征是无分支，通常为穿晶型。冷裂纹无氧化色彩。最常见的冷裂纹是延迟裂纹，即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹。冷裂纹动画仿真延迟裂纹的产生原因:焊接接头(焊缝和热影响区及熔合区)的淬火倾向严重，产生淬火组织，导致接头性能脆化。焊接接头含氢量较高，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力，使接头脆化。存在较大的拉应力。因氢的扩散需要时间，所以冷裂纹在焊后需延迟一段时间才出现。由于是氢所诱发的，也叫氢致裂纹。防止延迟裂纹的措施:选用碱性焊条或焊剂，减少焊缝金属中氢的含量，提高焊缝金属塑性。焊条焊剂要烘干，焊缝坡口及附近母材要去油水；除锈，减少氢的来源。工件焊前预热，焊后缓冷，可降低焊后冷却速度，避免产生淬硬组织，并可减少焊接残余应力。采取减小焊接应力的工艺措施，如对称焊，小线能量的多层多道焊等。焊后立即进行去氢（后热）处理，加热到250℃，保温2～6h，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面。焊后进行清除应力的退火处理。4.5.2气孔焊缝气孔有三种：氢气孔高温时，氢在液体中的溶解度很大，大量的氢溶入焊缝熔池中，而焊缝熔池在热源离开后快速冷却，氢的溶解度急速下降，析出氢气，产生氢气孔。一氧化碳气孔当熔池氧化严重时，熔池存在较多的FeO，在熔池温度下降时，将发生如下反应：FeO+C=Fe+CO↑此时，若熔池已开始结晶，则CO将来不及逸出，便产生CO气孔。熔池氧化愈严重，含碳量愈高，越易产生CO气孔。氮、氢的溶解度变化氮气孔熔池保护不好时，空气中的氮溶入熔池而产生。防止气孔的方法：焊条、焊剂要烘干，焊丝和焊缝坡口及其两侧的母材要清除锈、油和水。焊接时采用短弧焊，采用碱性焊条。CO2焊时，采用药芯焊丝。采用低碳材料都可减少和防止气孔的产生。4.6焊接件结构设计4.6.1焊件材料的选择4.6.2焊接方法的选择4.6.3焊接接头工艺设计4.6.4典型焊件的工艺设计4.6.1焊接材料的选择焊接材料的选择原则：尽量选用可焊性好的材料:w(C)＜0.25%的低碳钢或w(CE)＜0.4%的低合金钢。因这类钢淬硬倾向小，塑性高，焊接工艺简单。尽量选用镇静钢。镇静钢含气量低，特别是含H2和O2量低，可防止气孔和裂纹等缺陷。异种金属焊接时焊缝应与低强度金属等强度，而工艺应按高强度金属设计。尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等型材，以简化工艺过程。生产单件钢结构件1．板厚在3～10mm,强度较低，且焊缝较短应选用手弧焊。2．板厚在10mm以上，焊缝为长直焊缝或环焊缝应选用埋弧焊。3．板厚小于3mm，焊缝较短应选用CO2焊。生产大批量钢结构1．板厚小于3mm,无密封要求应选用电阻点焊，有密封要求应选用缝焊。2．板厚在3～10mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用CO2自动焊。3．板厚大于10mm，焊缝为长直焊缝和环焊缝隙，应选用埋弧焊或电渣焊。生产不锈钢、铝合金和铜合金结构1．板厚小于3mm,应选用脉冲钨极和钨极氩弧焊。2．板厚在3～10mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用熔化极氩弧或等离子弧自动焊。4.6.2焊接方法的选择焊缝的布置1．焊缝应尽可能分散，如右图。以便减小焊接热影响区，防止粗大组织的出现。2．焊缝的位置应尽可能对称分布，如右图，以抵消焊接变形。4.6.3焊接接头工艺的设计3．焊缝应尽可能避开最大应力和应力集中的位置，如右图。以防止焊接应力与外加应力相互叠加，造成过大的应力和开裂。4．焊缝应尽量避开机械加工表面，如右图，以防止破坏已加工面。5．应便于焊接操作，如下图。焊缝位置应使焊条易到位，焊剂易保持，电极易安放。接头型式的选择与设计接头型式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度等各个方面因素综合考虑决定。1．熔焊接头设计2．压焊接头设计（1）点焊接头设计点焊接头设计包括焊点直径d0，焊点数n等（2）摩擦焊的接头型式摩擦焊接头的型式，不仅根据产品的设计要求来确定，同时也要考虑到摩擦焊接工艺的特点。4.6.3典型焊件的工艺设计结构名称：中压容器材料：16MnR（原材料尺寸为1200×5000mm）件厚：筒身12mm；封头14mm；人孔圈20mm；管接头7mm压力容器生产数量：小批生产工艺设计要点：筒身用钢板冷卷，按实际尺寸，可分为三节，为避免焊缝密集，筒身纵焊缝可相互错开180°，封头应采用热压成型，与筒身连接处应有30mm～50mm的直段，使焊缝躲开转角应力集中位置。根据各条焊缝的不同情况，可选用不同的焊接方法、接头型式、焊接材料与工艺。焊接过程模拟