焊接工程学知识总结

二、了解疲劳裂纹扩展的过程疲劳裂纹在表面处形核，由最大切应力控制，并在与外力成45°角的切应力方向上形成微裂纹。在循环载荷的作用下，这些微裂纹将扩展并连接，当其长度达到几十微米后，其方向逐渐偏离到与外力垂直的平面内，使裂纹从第一阶段扩展向第二阶段扩展转变。在疲劳裂纹扩展的第一阶段，一般只有一个裂纹会继续扩展；在第一阶段向第二阶段转变时，其裂纹长度通常只有几个晶粒的大小。第二阶段是裂纹由几个晶粒大小扩展到临界裂纹尺寸（af），该阶段的裂纹扩展称为疲劳裂纹的亚临界扩展或稳定扩展。三、热轧正火钢的焊接性及其工艺特点？热轧正火钢由于含碳量较低，钢中的Mn/S比较大，其焊接性良好，一般情况下不会生产结晶裂纹和液化裂纹。但如果母材中的含碳量偏高，且对S、P控制不严，也会产生结晶裂纹；在热轧正火钢中，随着强度的提高和冷却速度的加快，产生冷裂纹的倾向增加。故对强度较高的热轧正火钢，焊接时一般要求预热；热轧正火钢若采用大热量输入焊接，由于过热区的奥氏体晶粒粗大，冷却时易形成粗大的魏氏组织产生脆化，故尽量采用小热输入焊接。热轧正火钢适合于各种焊接方法，主要采用焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊等。采用焊条电弧焊时，对于焊接强度较低、裂纹倾向不大的热轧钢，可选用钛—钙型焊条或低氢型焊条；对强度级别高的钢材，宜选用低氢型焊条；采用埋弧焊时，对强度级别不高、接头厚度不大的热轧正火钢，可选择高硅高锰焊剂，并配合不含或少含Mn、Si的焊丝；对强度级别较高、接头厚度较大的热轧正火钢，可选择中硅焊剂，并配合含Mn合金焊丝，以保证足够强度。热轧钢的焊接接头可在焊态下直接使用，不需要进行焊后热处理；正火钢的焊接接头在焊接后应及时进行消除应力处理，以防止裂纹。若焊接组织中存在魏氏组织，必须进行正火和回火处理，以细化组织。对含Mo、V的焊接接头进行消除应力处理时，应注意防止再热裂纹的形成。四、为了减少氢的有害作用，焊接时常采用的措施有哪些？氢在钢中易产生氢脆,一、正确选择材料原则是：1、在保证结构安全的前提下，同时要考虑经济效益；2、母材及焊缝填充材料应有较好的缺口韧性，即应使焊缝、热影响区和熔合线部位具有足够的抗开裂性能，母材应具有一定的止裂性能；3、随着强度的提高，更应考虑材料的断裂韧性问题；4、应充分了解结构的使用温度及载荷情况。二、合理结构设计1、应全面了解焊接构件的工作环境和工作条件2、应尽量减少结构和接头的应力集中；3、减少焊接构件的刚度4、不采用过厚的板材5、采用合理的焊接工艺6、结构中附加件的连接形式三、严格执行制造工艺;为保证质量，应严格按规定的工艺参数进行焊接；尽量不采用过大的焊接热输入；不允许在结构主体上随意点焊；根据需要可对某些焊接构件进行焊后热处理；对于十分重要的构件和有脆断危险的焊接构件，最好应做相关的焊接热处理试验。五、铁素体不锈钢、珠光体耐热钢、马氏体耐热钢焊接时的主要问题有哪些？在工艺上应采取哪些相关措施？钢种问题相关措施铁素体不锈钢接头韧性低于母材，多层焊时接头脆化，近缝区存在晶间腐蚀倾向选择合适的焊接材料、预热（150—230℃）、正确的焊接操作。焊后热处理（750-800℃的退火处理）珠光体耐热钢冷裂纹、再热裂纹、软化和回火脆性。选择合理的焊接方法及焊接材料，预热（80—150℃），焊后热处理(高温回火)马氏体耐热钢冷裂纹，接头塑韧性低，接头软化问题明显选择合适的焊接方法及焊接材，预热（150—400℃），焊后热处理（高温回火）六、铝合金及铜合金的焊接性特点。①铝合金：铝及其合金的导热性极强，在焊接时容易出现不熔合现象；表面形成的Al2O3薄膜的密度与铝十分接近，容易形成焊缝金属的夹杂物；Al2O3薄膜以及MgO等薄膜易吸收较多的水分形成焊缝气孔；铝及其合金的膨胀系数大，导热性好，焊接时易产生翘曲变形等。铝及铝合金焊接时具有以下特点：1、易氧化：铝及铝合金在空气中易与氧结合生成致密Al2O3薄膜，高温焊接时氧化更激烈。Al2O3薄膜的熔点较高，其对水分的吸附能力很强，焊接时若薄膜存在于熔池表面会影响电弧的稳定性，形成未熔合、气孔、夹渣等缺陷，故焊前应采用机械或化学方法清除焊件坡口和焊丝表面的氧化物，并对熔池及高温区金属进行有效的气体保护。2、耗能大：铝及铝合金的热导率约为钢的4倍，要达到与钢同样的焊速，焊接线能量应为钢的2-4倍，因此，铝及铝合金焊接时应采用能量集中、功率大的热源，并采用预热等措施。铝及铝合金的导电性好，在电阻焊时需要比焊钢更大容量的电源。3、焊缝气孔：焊接时，弧柱气氛中的水分、焊材及母材表面氧化膜吸附的水分均含有大量的氢，氢易溶于高温铝合金中。凝固温度突降时使原来溶于液态铝中的氢大量析出。由于铝合金的密度小，且其冷却速度很快，不利于气泡的逸出，易在焊缝中形成气泡。此外，氧化膜也易吸附氢形成集中式气孔，由于其密度较大而沉积到熔池底部。4、焊接热裂纹：铝的高温强度低，塑性差，膨胀系数比钢大一倍，其体积收缩率比钢大两倍，当在拘束条件下焊接时，易产生较大的焊接应力，冷却时由于低熔点共晶的析出在焊缝金属中形成结晶裂纹和在热影响区形成液化裂纹。5、降低焊接接头的力学性能：焊缝区为铸态组织，晶粒粗大，性能低于母材；半熔化区由于高温晶粒严重粗化，晶粒易出现氧化，塑性严重下降；在过时效软化区，由于加热温度超过了时效温度而产生退火作用，使强度、硬度大大降低。6、焊接接头的耐蚀性：铝及铝合金表面的保护性氧化膜一旦被破坏，腐蚀就会急剧发生。铝合金焊接接头的耐蚀性一般均低于母材，原因是焊接接头的组织不均匀，使电极电位不均匀；焊缝出现杂质、晶粒粗大及脆性相（如FeAl3）的析出，降低耐蚀性。焊接接头中出现的残余拉应力对耐蚀性十分敏感，尤其易在热影响区诱发产生应力腐蚀。7、无色泽变化：铝及铝合金从固态变为液态时，无明显的颜色变化，不易判断母材金属的温度，故焊接时常因无法觉察而导致烧穿。②铜合金：1、焊缝成型能力差：由于铜合金的导热率比普通碳钢大，焊接时输入的热量容易很快从母材中消失，散热严重，焊接区难以达到熔化温度，因此，易出现母材难于熔合现象；此外，由于铜在熔化温度时的表面张力比铁小，流动性比钢大。故其表面成型能力差，易出现熔化金属流失以及坡口焊不透的现象。2、气孔倾向严重：由于铜合金的导热率比普通碳钢大得多，其冷却凝固速度很快，焊缝中的气体要扩散逸出十分困难，故铜合金焊接时极易出现气孔，焊缝的气孔敏感性比低碳钢严重得多。3、热裂纹倾向：在焊缝及热影响区中，铜溶解了较多的O、S、Pb等杂质，并与之形成低熔点共晶，分布在晶界或枝晶间，导致热脆性。同时由于铜的膨胀系数和收缩率较大，容易产生应力，增大热裂纹倾向。4、接头性能下降：铜合金在焊接过程中，由于晶粒粗化、杂质和合金元素的渗入、合金元素的氧化使焊接接头塑性下降，导电性下降，耐蚀性下降，导致接头性能下降。八、合金结构钢焊接时易出现焊接缺陷：a、结晶裂纹——在焊接凝固后期，焊缝中的低熔点共晶在晶界形成液态薄膜，在拉伸应力作用下沿晶界开裂形成。b、液化裂纹——在多层焊接情况下，由于焊接热循环的作用，近缝区金属晶界的低熔点共晶发生局部熔化，在拉伸应力的作用下而产生。c、冷裂纹——由于焊缝中的扩散氢含量、接头的拘束程度以及金属的淬硬组织的影响而导致焊接后焊缝中出现的裂纹。d、再热裂纹——为降低焊接应力，减小脆性破坏倾向，构件在焊接后应进行去应力处理。但在消除焊接应力的处理过程中，含有沉淀强化相的一些元素（Cr、Mo、V、Ni）可能会在热影响区的粗晶区产生再热裂纹。为防止再热裂纹，必须提高预热温度。e、热影响区脆化——在焊接过程中，由于大热量的影响，导致焊接区在结晶时容易形成晶粒粗大且易脆化的组织。为避免热影响区脆化，常采用小热量输入、降低含碳量。一、各种焊接方法各有哪些特点？气焊优点：a、设备简单，移动方便，无电力供应地区亦可进行焊接；b、可以焊接很薄的工件；c、焊接铸铁和部分有色金属时焊缝质量好。缺点：a、热量较分散，热影响区及变形大；b、生产率较低，不易焊较厚金属；c、气焊火焰中氧、氢易与熔化金属发生作用，使某些金属焊缝性能降低；d、难以实现自动化。焊条电弧焊特点：a、设备简单,其操作灵活、方便，适应性强，不受场地和焊接位置的限制，在焊条能达到就能施焊。b、应用范围广,除难熔或极易氧化的金属外，大部分工业用金属均能采用焊条电弧焊进行焊接。c、操作技术要求高,焊接质量在一定程度上取决于焊工的操作水平。d、生产率较低,需要更换焊条，焊条不能充分利用。埋弧焊优点：1、焊缝质量高：熔渣膜隔绝空气，保护效果好；2、操作条件好：熔渣隔离弧光，且机械化行走，便于操作；3、设备调节性好：由于电场强度较高，故有较高的调节灵敏度，操作过程的稳定性好；4、生产效率高：焊剂和熔渣的隔热保护作用使电弧热辐射散失极小，飞溅损失受到有效制约，电弧热效率大大提高。且电流密度大导致电弧的熔透能力提高，焊接速度可达60—150m/h。埋弧焊的主要缺点：1、难以在空间位置施焊：由于埋弧焊采用颗粒状焊剂，为保证焊剂、熔池金属和熔渣不流失，故埋弧焊通常只适用于平焊位置的焊接；2、难以焊接易氧化的金属材料：由于焊剂的主要成分为MnO、SiO2等金属和非金属氧化物，具有一定的氧化性，故难以焊接铝、镁、钛等对氧化性敏感的金属及其合金；3、对焊件装配质量要求高：由于埋弧焊在焊剂层下，不能直接观察电弧与坡口的相对位置，当焊件装配质量不好时易焊偏而影响焊接质量；4、不适合焊接薄板和短焊缝：电流小于100A时电弧稳定性不好，故必须采用大电流、高电压，较高的焊接电流不适合焊接太薄的焊件；由于受焊车的限制，其机动灵活性差，只适合焊接长直焊缝和大圆焊缝。熔化极气体保护电弧焊特点：与焊条电弧焊相比，其优点有：1、焊接效率高。由于是连续送丝，没有更换焊条工序，焊道之间不需清渣，节省时间。2、可以获得含氢量更低的焊缝金属。3、在相同电流下，熔深比焊条电弧焊的大。4、焊接厚板时，可以用较短的焊接电弧和较快的焊接速度，其焊接变形小。5、烟雾少，可以减轻对通风的要求。与埋弧焊相比，其优点有：1、明弧焊接，焊工可以观察到电弧和熔池的状态和行为。2、可以进行各种位置焊接，不像埋弧焊只能进行平焊。3、无需清渣，可以用更窄的坡口间隙，实现窄间隙焊接，节省填充金属和提高生产率。与焊条电弧焊相比，其缺点有：1、受环境制约。为了确保焊接区获得良好的气体保护，在室外操作需要有防风装置。2、半自动焊枪比焊条电弧焊钳操作性差，不轻便，操作灵活性差。3、焊枪较复杂，对于狭小空间的接头，焊枪不易接近。钨极氩弧焊的特点：优点：1、能焊接除熔点非常低的铅、锡以外的绝大多数金属和合金；2、能焊接化学活泼性强和形成高熔点氧化膜的铝、镁及其合金；3、焊接时无飞溅，且免去了焊后去渣工序；4、某些场合可不加填充金属；5、能全位置焊接和薄板焊接；6、能脉冲焊接，减少热输入；7、明弧，能观察到电弧及熔池。缺点：1、焊接速度低；2、熔敷率小；3、需要采用防风措施；4、焊缝金属易受钨的污染；5、消耗氩气，成本较高。等离子弧焊特点与钨极氩弧焊相比，等离子弧焊有以下工艺特点：1、焊接生产率高，焊件变形小。由于等离子弧的温度高、能量密度大、熔透能力强，故可用比钨极氩弧焊高得多的焊接速度施焊，不仅可以提高焊接生产率，还可减小熔宽，增大熔深，减小热影响区宽度和焊接变形。2、焊缝成形好，质量高。由于等离子弧的形态近似圆柱形，挺度好，因此当弧长发生波动时，熔池表面的加热面积变化不大，对焊缝成形的影响较小，容易得到均匀的焊缝成形。且由于钨极内缩在喷嘴里，焊接时钨极与焊件不接触，故可减少钨极烧损和防止焊缝夹钨。3、适用范围广。由于等离子弧一般使用氩气做离子气和保护气，故可用于焊接几乎所有的金属和合金，如碳钢、低合金钢、不锈钢、镍及其合金、钛及其合金等。且由于等离子弧的稳定性好，使用很小的焊接电流也能保证等离子弧的稳定，故还可以焊接超薄件。低熔点和低沸点金属如铅、锌等，不适合于用等离子弧焊。电阻焊优点1、焊接生产率高。2、焊缝质量好。焊缝在压力作用下结晶而致密，冶金过程简单，焊缝化学成分基本不变；为内部热源且热