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焊 接
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焊接概述
焊接在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要地作用，在制造大型結(jié)構(gòu)或復(fù)雜地機(jī)器部件時，更顯優(yōu)越，因?yàn)樗梢杂没鬄樾�，化�?fù)雜為簡單地方法準(zhǔn)備坯料，然后用逐次裝配焊接地方法拼小成大，這是其他工藝方法難以做到的。
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水冷壁焊接
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汽車制造
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動車組制造現(xiàn)場
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造船行業(yè)的自動化焊接
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水下焊接
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國家體育場鳥巢的焊接結(jié)構(gòu)
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國家體育場鳥巢的焊接結(jié)構(gòu)
l 鳥巢結(jié)構(gòu)用鋼總量約53000噸，涉及Q345C、Q345D、Q345GJC、Q345GJD、Q460E、GS-20Mn5V6個鋼種。
l 采用的鋼板規(guī)格厚度大于42mm的占總用鋼量的24％，達(dá)12800噸，其中110mm厚鋼板為國內(nèi)建筑用鋼中首次采用的Q460E。
l 設(shè)計(jì)要求幾乎全部焊縫為全熔透一級焊縫，焊縫的總長超過了31萬米�，F(xiàn)場焊縫超過6萬米（不含角焊縫），100%超聲波探傷。
l 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，整個“鳥巢”所消耗的焊材2100噸以上
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焊接特點(diǎn)和應(yīng)用
焊接的主要特點(diǎn)是：
（1）節(jié)省材料，減輕質(zhì)量；
（2）簡化復(fù)雜零件和大型零件的制造；
（3）適應(yīng)性好；可實(shí)現(xiàn)特殊結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)；
（4）滿足特殊連接要求；可實(shí)現(xiàn)不同材料間的連
接成型；
（5）降低勞動強(qiáng)度，改善勞動條件。
焊接方法的應(yīng)用：
（1）制造金屬結(jié)構(gòu)件，承壓設(shè)備；
（2）制造機(jī)器零件和工具；
（3）修復(fù)。
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焊接概述
焊接在承壓類特種設(shè)備制造中也占有重要的地位。焊接質(zhì)量對承壓類特種設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量和使用安全可靠性有直接影響。許多承壓類特種設(shè)備事故源于焊接缺陷，因此，對承壓類特種設(shè)備無損檢測人員來說，掌握焊接知識是非常必要的。
總重量達(dá)千噸級、壁厚280mm的大型熱壁加氫反應(yīng)器
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l 承壓類特種設(shè)備常用焊接方法
l 焊接接頭
l 焊接應(yīng)力與變形
l 承壓類特種設(shè)備常用鋼材的焊接
l 焊接缺陷及其特征
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焊接定義
1 焊接定義
焊接是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件達(dá)到原子間結(jié)合的一種方法。
（1）熔化焊 將待焊處母材金屬熔化以形成焊縫的焊接方法稱為熔焊。
（2）壓力焊 焊接過程中，必須對焊件施加壓力（加熱或加熱），以完成焊接的方法稱為壓焊。
（3）釬焊 釬焊是硬釬焊和軟釬焊的總稱。采用比母材金屬熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于母材溶化溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法。
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焊接分類
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2. 熔焊原理及過程
l 熔焊的本質(zhì)及特點(diǎn)
l 加熱 ― 熔化 ― 冶金反應(yīng) ― 結(jié)晶凝固 ― 固態(tài)相變 ― 形成接頭
l 熔化焊的本質(zhì)是小熔池熔煉與鑄造，是金屬熔化與結(jié)晶的過程。
l 熔池存在時間短，溫度高；冶金過程進(jìn)行不充分，氧化嚴(yán)重；熱影響區(qū)大。
冷卻速度快，結(jié)晶后易生成粗大的柱狀晶。
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熔化焊的三要素
l 熱源
l 能量要集中，溫度要高。以保證金屬快速熔化，減小熱影響區(qū)。滿足要求的熱源有電弧、等離子弧、電渣熱、電子束和激光。
l 熔池的保護(hù)
l 可用渣保護(hù)、氣保護(hù)和渣-氣聯(lián)合保護(hù)。以防止氧化，并進(jìn)行脫氧、脫硫和脫磷，給熔池過渡合金元素。
l 填充金屬
保證焊縫填滿及給焊縫帶入有益的合金元素，并達(dá)到力學(xué)性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊絲。
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承壓類特種設(shè)備常用的焊接方法
l 手工電弧焊（SMAW）
l 埋弧自動焊(SAW)
l 氬弧焊(非熔化極TIG,熔化極MIG)
l 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊(GMAW)
l 等離子弧焊(PAW)
電渣焊(ESW)
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手工電弧焊
手工電弧焊是利用焊條與工件之間的電弧熱，將焊條和部分工件熔化而形成焊縫的焊接方法
電弧區(qū)域熱量分布：陽極區(qū) 43％，弧柱區(qū)21％，陰極區(qū)36％
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手工電弧焊的特點(diǎn)
手工電弧焊具有設(shè)備簡單，操作靈活，成本低等優(yōu)點(diǎn)，且焊接性好，對焊接接頭的裝配尺寸無特殊要求，可在各種條件下進(jìn)行各種位置的焊接，適于多種鋼材和有色金屬等是生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的焊接方法。
手工電弧焊時有強(qiáng)烈弧光和煙塵污染，焊接質(zhì)量不夠穩(wěn)定，焊縫短而不連續(xù)，焊縫寬度不均，勞動條件差，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)率低，對工人技術(shù)水平要求較高。
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手工電弧焊設(shè)備
一、 焊條電弧焊電源
1.手工電弧焊電源基本要求
手工電弧焊電源應(yīng)具有適當(dāng)?shù)目蛰d電壓和較高的引弧電壓，以利于引弧，保證安全；當(dāng)電弧穩(wěn)定燃燒時，焊接電流增大，電弧電壓應(yīng)急劇下降；還應(yīng)保證焊條與焊件短路時，短路電流不應(yīng)太大；同時焊接電流應(yīng)能靈活調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的焊件及焊條的要求。
2.電源的種類
常用的手工弧焊電源根據(jù)輸出電流類型分為直流電焊機(jī)和交流電焊機(jī)
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手工電弧焊
2.電源種類
（1）交流弧焊機(jī)
它是一種特殊的降壓變壓器，具有結(jié)構(gòu)簡單、噪聲小、成本低，效率高，使用和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，是手工電弧焊中應(yīng)用最廣泛的一種供電設(shè)備。但是需注意：交流弧焊機(jī)電弧穩(wěn)定性較差。
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手工電弧焊
（2）直流弧焊機(jī)
1）旋轉(zhuǎn)式直流電焊機(jī)：由一臺三相感應(yīng)電動機(jī)和一臺直流弧焊發(fā)電機(jī)組成。焊接電流可在較大范圍內(nèi)均勻調(diào)節(jié)以滿足焊接工藝的要求。
2）硅整流式直流電焊機(jī):多采用硅整流元件，與旋轉(zhuǎn)式直流電焊機(jī)相比具有噪聲小，效率高，用料少，成本低等優(yōu)點(diǎn)，正逐步代替旋轉(zhuǎn)式直流電焊機(jī)
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手工電弧焊
直流電焊機(jī)的特點(diǎn)是直流電弧燃燒穩(wěn)定，所以用小電流焊接時常選用。在焊接合金鋼、不銹鋼等材質(zhì)工件時，也常選用直流電源。
直流電源根據(jù)接工件電極的不同，分為正接和反接兩種接法。直流正接是指工件接正極，焊條接負(fù)極（厚板、酸性焊條）。直流反接是指工件接負(fù)極，焊條接正極（薄板、堿性低氫焊條、低合金鋼和鋁合金）。
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三.焊條
1.定義
焊條是涂有藥皮的供手工電弧焊用的熔化電極，由藥皮和焊芯兩部分組成。
2.焊芯：焊條中被藥皮包覆的金屬芯
作用（1）作為焊接過程的電極，產(chǎn)生電弧
（2）熔化作為填充金屬，與熔化的母材共同形成焊縫金屬
3.藥皮：壓涂在焊芯表面的涂料層
作用：在焊接過程中造氣，起保護(hù)作用，防止空氣進(jìn)入焊縫；同時具有冶金作用，如脫氧、脫硫、脫磷和滲合金等；并具有穩(wěn)弧、脫渣等作用，以保證焊條具有良好的工藝性能，形成美觀的焊縫。
；
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手工電弧焊
l 4. 焊條的分類
l (1)焊條按熔渣的化學(xué)性質(zhì)分為兩大類
l 酸性焊條 溶渣呈酸性(熔渣堿度<1.5)，藥皮中含大量SiO2、TiO2、FeO 、MnO等酸性氧化物。
l 優(yōu)點(diǎn)：焊條工藝性能良好，成形美觀，特別是對銹、油、水分等的敏感度不大，抗氣孔能力強(qiáng)。
l 缺點(diǎn):焊縫金屬的力學(xué)性能，特別是沖擊韌性較低，抗裂性較差。
l 堿性焊條 熔渣呈堿性(熔渣堿度>1.5) ，藥皮的主要成分為CaCO3、CaF2、CaSiO3和MgCO3等堿性氧化物。
l 優(yōu)點(diǎn)：抗裂性能好，特別是沖擊韌度較高。承壓類特種設(shè)備制造中廣泛使用堿性焊條
缺點(diǎn)：對銹、油、水分較敏感，容易產(chǎn)生氣孔缺陷，電弧穩(wěn)定性差，脫渣性不好，發(fā)塵量大。
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手工電弧焊
(2)焊條按用途可分為十一大類
碳鋼焊條、低合金鋼焊條、鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條、低溫鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條、特殊用途焊條。
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手工電弧焊
5.焊條型號
由國家標(biāo)準(zhǔn)分別規(guī)定各類焊條的型號編制方法。如標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定碳鋼焊條型號為“E××××”，
其中，字母“E”表示焊條；
前二位數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值；
第三位數(shù)字表示焊接位置，“0”及“1”表示焊條適用于全位置（平焊、立焊、橫焊、仰焊）焊接，“2”為平焊及平角焊，“4”表示焊條適用于向下立焊；
第三位和第四位數(shù)字組合時表示焊接電流種類及藥皮類型。
在第四位數(shù)字后附加"R"表示耐吸潮焊條；附加"M"表示耐吸潮和力學(xué)性能有特殊規(guī)定的焊條；附加"-1"表示沖擊性能有特殊規(guī)定的焊條。
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手工電弧焊
l 6.焊條的選用
l （1）按強(qiáng)度等級和化學(xué)成分選用
l 焊接一般結(jié)構(gòu)，如低碳鋼、低合金鋼結(jié)構(gòu)件時，一般選與焊件強(qiáng)度等級相同的焊條，而不考慮化學(xué)成分相同或相近。
l 焊接異種結(jié)構(gòu)鋼時，按強(qiáng)度等級低的鋼種選用焊條。
l 焊接特殊性能鋼種，如不銹鋼、耐熱鋼時，應(yīng)選用與焊件化學(xué)成分相同或相近的特種焊條。
l 焊件碳、硫、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大時，應(yīng)選用堿性焊條。
焊接鑄造碳鋼或合金鋼時，因?yàn)樘己秃辖鹪氐馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，而且多數(shù)鑄件厚度、剛度較大，形狀復(fù)雜，故一般選用堿性焊條。
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手工電弧焊
l （2）按焊件的工況條件選用焊條
l 焊接承受動載、交變載荷及沖擊載荷的結(jié)構(gòu)件時，應(yīng)選用堿性焊條。
l 焊接承受靜載的結(jié)構(gòu)件時，應(yīng)選用酸性焊條。
l 焊接表面帶有油、銹、污等難以清理的結(jié)構(gòu)件時，應(yīng)選用酸性焊條。
焊接在特殊條件，如在腐蝕介質(zhì)、高溫等條件下工作的結(jié)構(gòu)件時，應(yīng)選用特殊用途焊條。
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手工電弧焊
l （3）按焊件形狀、剛度及焊接位置選用焊條
l 厚度、剛度大、形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，應(yīng)選用堿性焊條。
l 厚度、剛度不大，形狀一般，尤其是均可采用平焊結(jié)構(gòu)件，應(yīng)選用適當(dāng)?shù)乃嵝院笚l。
除平焊外，立焊、橫焊、仰焊等焊接位置的結(jié)構(gòu)件應(yīng)選用全位置焊條。
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手工電弧焊
四、手工電弧焊焊接工藝規(guī)范
焊接規(guī)范是影響焊接質(zhì)量和焊接生產(chǎn)率的各個焊接工藝參數(shù)的總稱。手工電弧焊時，焊接規(guī)范主要包括焊接電流、電弧電壓、焊條種類和直徑、焊機(jī)種類和極性、焊接速度、焊接層數(shù)等。
其中焊接電流主要影響焊縫的熔深，電弧電壓主要影響焊縫的熔化寬度。
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埋弧焊
1.定義
埋弧自動焊是利用專門的機(jī)械設(shè)備自動完成手工電弧焊中的引燃電弧、送進(jìn)焊條以及移動電弧等焊接動作，并使電弧在較厚焊劑下燃燒的熔化焊。
2.焊接過程
如下圖所示，埋弧焊的焊接過程可概括為：自動送絲；引弧；焊劑自動下料；焊機(jī)勻速運(yùn)動；電弧在焊劑下燃燒。
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埋弧焊
埋弧自動焊接過程（焊縫剖面圖）
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焊絲與焊劑
熔煉焊劑：在熔煉爐中制備，成分均勻，適于大量生產(chǎn)；
陶瓷焊劑：利用粉末冶金工藝制備，顆粒強(qiáng)度低。
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埋弧焊
埋弧自動焊的特點(diǎn)
1、焊接質(zhì)量高且穩(wěn)定；
2、熔深大，節(jié)省焊接材料；
3、無弧光，無金屬飛濺，焊接煙霧少；
4、自動化操作，生產(chǎn)效率高。
5、設(shè)備昂貴，工藝復(fù)雜，適于長的直線焊縫和圓筒形
工件的縱、環(huán)焊縫的批量生產(chǎn)。
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埋弧焊
埋弧焊的焊前準(zhǔn)備
板厚小于14mm時，可不開坡口；
板厚為14～22mm時，應(yīng)開Y型坡口；
板厚為22～50mm時，可開雙Y型或U型坡口。
Y型和雙Y型坡口的角度為50°～60°。
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埋弧焊
焊縫間隙應(yīng)均勻，焊直縫時，應(yīng)安裝引弧板和熄弧板，以防止起弧和熄弧時產(chǎn)生的氣孔、夾雜、縮孔、縮松等缺陷進(jìn)入工件焊縫之中
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埋弧焊
l 平板對接焊
一般采用雙面焊，可不留間隙直接進(jìn)行雙面焊接，也可采用打底焊或焊劑墊或墊板。為提高生產(chǎn)率，也可采用水冷銅成型底板進(jìn)行單面焊雙面成型。
l 環(huán)焊縫
焊接環(huán)焊縫時，焊絲起弧點(diǎn)應(yīng)與環(huán)的中心線偏離一距離e，以防止熔池金屬的流淌。一般偏離距離為20~ 40mm，直徑小于250mm的環(huán)縫一般不采用埋弧自動焊。
l 多絲埋弧焊
同時有兩個以上焊絲起焊接，焊接速度高，焊縫成型好。前一電弧保證熔深，后續(xù)電弧調(diào)節(jié)熔寬，使熔池形狀及焊縫成型較為合理。
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幻燈片39
埋弧焊
埋弧焊的應(yīng)用
埋弧焊主要用于壓力容器的環(huán)縫焊和直縫焊，鍋爐冷卻壁的長直焊縫焊接，船舶和潛艇殼體的焊接，起重機(jī)械（行車）和冶金機(jī)械（高爐爐身）的焊接。
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三、氣體保護(hù)電弧焊
l 用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊，簡稱氣體保護(hù)焊。
l （一） 氬弧焊
l 定義：氬弧焊是使用氬氣作為保護(hù)氣體的氣體保護(hù)焊。
l 根據(jù)電極是否熔化分為不熔化極氬弧焊（鎢極氬弧焊）和熔化極氬弧焊
l 注：氬氣
l 氬氣為惰性氣體，高溫下不溶入液態(tài)金屬，也不與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此，氬氣是一種理想的保護(hù)氣體。
l 由于氬弧溫度高，因此一旦引燃，電弧就很穩(wěn)定。
l 氬弧焊一般要求氬氣純度達(dá)99.9%，我國生產(chǎn)的工業(yè)純氬，其純度可達(dá)99.9%，完全合乎氬弧焊的要求。
氬弧焊對焊前的除油、去銹、去水等準(zhǔn)備工作要求嚴(yán)格，否則就會影響焊縫質(zhì)量。
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氣體保護(hù)電弧焊
鎢極氬弧焊
以鎢釷合金和鎢鈰合金為陰極，利用鎢合金熔點(diǎn)高，發(fā)射電子能力強(qiáng)，陰極產(chǎn)熱少，鎢極壽命長的特點(diǎn)，形成不熔化極氬弧焊。
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氣體保護(hù)電弧焊
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氣體保護(hù)電弧焊
l 熔化極氬弧焊
l 以焊絲為一電極（正極），工件為另一電極（負(fù)極），焊絲熔滴通常呈很細(xì)顆粒的“噴射過渡”進(jìn)入熔池，所用電流比較大，生產(chǎn)率高。
板厚8mm以上的鋁容器。為使電弧穩(wěn)定，熔化極氬弧焊通常采用直流反接，這對于焊鋁工件正好有“陰極破碎”作用。
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氣體保護(hù)電弧焊
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氣體保護(hù)電弧焊
l 氬弧焊的特點(diǎn)及應(yīng)用
l 可焊接各種鋼材、有色金屬和合金，焊接質(zhì)量優(yōu)良。
l 可全位置自動焊接。
l 焊接熱影響區(qū)小，焊件不易變形
l 電弧穩(wěn)定，焊縫致密，成型美觀。
l 氬氣貴，設(shè)備復(fù)雜，焊接成本高。
氬弧焊主要用于易氧化的有色金屬和合金鋼的焊接,如鋁、鎂、鈦及其合金、耐熱鋼、不銹鋼等。適用于單面焊雙面成形，如打底焊和管子焊接；鎢極氬弧焊還適用于薄板焊接。
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(二)CO2氣體保護(hù)焊
1.定義：利用CO2作為保護(hù)氣體的氣體保護(hù)焊，簡稱CO2焊。
CO2氣體
CO2氣體密度大，高溫體積膨脹大，保護(hù)效果好。但CO2在高溫下易分解為CO和O，導(dǎo)致合金元素的氧化，熔池金屬的飛濺和CO氣孔。焊接用CO2純度要大于99.8%。
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(二)CO2氣體保護(hù)焊
CO2氣體保護(hù)焊示意圖
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幻燈片48
氣體保護(hù)電弧焊
CO2焊時的飛濺
CO2+Fe = FeO+CO↑
FeO進(jìn)入熔池和熔滴，與熔池和熔滴中的碳反應(yīng)：
FeO+C = Fe+CO
生成的CO在熔池和熔滴內(nèi)體積急劇膨脹而爆破，導(dǎo)致飛濺。
防止飛濺的措施
l CO2焊常用H08Mn2SiA焊絲來進(jìn)行脫氧，合金化。
l 采用短路過渡和細(xì)顆粒過渡。
l 為使電弧穩(wěn)定，飛濺少，CO2焊采用直流反接。
l 采用含硅、錳、鈦、鋁的焊絲，防止鐵的氧化。
l 采用藥芯焊絲。
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幻燈片49
氣體保護(hù)電弧焊
l 2.二氧化碳焊特點(diǎn)
l 焊接成本低。
l 焊接熱影響區(qū)小，焊件不易變形，焊接質(zhì)量好。
l 電流密度大，生產(chǎn)效率高；
l 操作性能好，適于全位置焊接
l 采用大電流時，飛濺大，煙霧多。
l CO2焊成本低，生產(chǎn)率高，焊縫質(zhì)量較好，主要用于低碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接，適用于各種厚度。
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四、等離子弧焊
1. 定義：借助水冷噴嘴對電弧的拘束作用，利用機(jī)械壓縮效應(yīng)（電弧通過噴嘴細(xì)小孔道時的被迫收縮）、熱壓縮效應(yīng)（在冷氣流的強(qiáng)迫冷卻下，帶電粒子流〈離子和電子〉往弧柱中心集中）和電磁收縮效應(yīng)（弧柱帶電粒子的電流線為平行電流線，相互磁場作用使電流線產(chǎn)生相互吸引而收縮）將電弧壓縮為細(xì)小的等離子體，獲得較高能量密度的等離子弧進(jìn)行焊接的方法稱為等離子弧焊。
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等離子弧特點(diǎn)和應(yīng)用
l 等離子弧能量密度大（105～106W/cm2），弧柱溫度高（24000K以上），穿透能力強(qiáng)。10～ 12mm厚鋼材可不開坡口，一次焊透雙面成型，焊接速度快，生產(chǎn)率高，應(yīng)力變形小。
l 電流小到0.1A時，電弧仍能穩(wěn)定燃燒，能保持良好的挺直度與方向性，所以可焊接很薄的箔材。
l 等離子弧焊接在生產(chǎn)中已廣泛應(yīng)用，特別是國防工業(yè)及尖端技術(shù)所用的銅合金、合金鋼、鎢、鉬、鈷、鈦等金屬的焊接。如鈦合金導(dǎo)彈殼體、波紋管及膜盒、微型繼電器、電容器的外殼封焊以及飛機(jī)上一些薄壁容器均可用等離子弧焊接。
但等離子弧焊接設(shè)備比較復(fù)雜，氣體耗量大，只宜于室內(nèi)焊接。
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等離子弧焊
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五 、電渣焊
1.定義：利用電流通過熔渣時產(chǎn)生的電阻熱加熱和熔化焊絲和母材來進(jìn)行焊接的一種熔化焊方法。分為絲極、板極、熔嘴和熔管電渣焊。
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五 、電渣焊
l 2.電渣焊特點(diǎn)
l 宜在垂直位置焊接
l 適于大厚度件焊接，生產(chǎn)率高，焊接材料消耗少
l 渣池對被焊件有較好預(yù)熱作用，不易出現(xiàn)淬硬組織
l 高溫停留時間長，組織粗大，焊后必須進(jìn)行正火和回火熱處理
焊縫成形系數(shù)調(diào)節(jié)范圍大，有利于防止熱裂紋的產(chǎn)生
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五 、電渣焊
3.應(yīng)用
電渣焊適用于板厚40mm以上結(jié)構(gòu)的焊接。一般用于直焊縫焊接。目前電渣焊已在我國水輪機(jī)、水壓機(jī)、軋鋼機(jī)、重型機(jī)械、鍋爐制造、石油化工等大型設(shè)備制造中得到廣泛使用。
電渣焊除焊接碳鋼、低合金、中合金鋼和高合金鋼以及鑄鐵外，也可用來焊接鋁及鋁合金、鎂合金、鈦及鈦合金和銅。
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幻燈片56
l 承壓類特種設(shè)備常用焊接方法
l 焊接接頭
l 焊接應(yīng)力與變形
l 承壓類特種設(shè)備常用鋼材的焊接
l 焊接缺陷及其特征
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幻燈片57
焊接接頭
一、焊接接頭形式
焊接接頭形式一般由被焊接兩金屬件的相互結(jié)構(gòu)位置來決定，通常分為對接接頭、搭接接頭、角接接頭及T字接頭等。這四種接頭形式中，對接接頭節(jié)省材料，容易保證質(zhì)量，應(yīng)力分布均勻，應(yīng)用最為廣泛，但焊前準(zhǔn)備及裝配質(zhì)量要求較高；搭接接頭兩焊件不在同一平面上，浪費(fèi)金屬且受力時將產(chǎn)生附加應(yīng)力，適于薄板焊件焊件；角接接頭在構(gòu)成直角連接時采用，一般只起連接作用而不承受工作載荷；T形接頭是結(jié)構(gòu)非直線連接中應(yīng)用最廣泛的連接形式。在結(jié)構(gòu)焊接時具體采用哪種形式焊接接頭，主要根據(jù)焊件結(jié)構(gòu)形狀、使用要求、焊件厚度進(jìn)行選擇；另外還應(yīng)考慮坡口加工難易程度，焊接方法的種類等其它因素的要求。
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幻燈片58
焊接接頭
l 每種接頭形式下又有不同的坡口形式。根據(jù)設(shè)計(jì)或工藝需要，在焊件的待焊部位加工并裝配成一定幾何形狀的溝槽稱為坡口。(各種坡口溝槽的形式參見GB／T3375-94《焊接術(shù)語》)
l 坡口形式的選擇主要考慮以下因素：
l 保證焊透
l 填充于焊縫部位的金屬盡量少
l 便于施焊，改善勞動條件，如圓筒件，筒內(nèi)焊接量應(yīng)盡量少
l 減少焊接變形量
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幻燈片59
1.對接接頭
將兩金屬件放置于同一平面（或曲面內(nèi)），使其邊緣相對，沿邊緣直線（或曲線）進(jìn)行焊接的接頭叫對接接頭。
對接接頭是最常見，最合理接頭形式。承壓類特種設(shè)備多采用對接接頭。
l I形，一般用于薄板
l V形，加工方便，耗焊材，角 變形大，單面施焊
l X形，加工復(fù)雜，雙面施焊，角變形小，焊材損耗少
l U形，加工復(fù)雜，焊材損耗少，角變形較大
l 雙U形，加工復(fù)雜，焊材損耗少，角變形小
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幻燈片60
1.對接接頭
用焊條電弧焊焊接板厚在6mm以下的對接焊縫時，一般可用I型坡口直接焊接，但當(dāng)焊接厚度大于3mm的構(gòu)件時，需開坡口；板厚在6mm－26mm時，常開單面坡口；板厚在12mm－60mm時，常開雙面坡口。單面坡口的可焊性較好，但焊條消耗量大，且焊后易產(chǎn)生角變形；雙面坡口受熱均勻，變形較小，焊條消耗量也小，但必須兩面施焊，有時受構(gòu)件結(jié)構(gòu)限制，不易實(shí)施。
埋弧焊的接頭形式與焊條電弧焊基本相同，但由于埋弧焊選用的電流大、熔深大，所以在板厚小于12mm時可直接采用I形坡口單面施焊，板厚小于24mm時可直接采用I形坡口雙面施焊，焊更厚構(gòu)件時需開坡口。
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幻燈片61
2.搭接接頭
兩塊板料相疊，而在端部或側(cè)面角焊的接頭稱搭接接頭。
搭接接頭不需開坡口，裝配要求較松，受力情況復(fù)雜，接頭應(yīng)力集中嚴(yán)重，承壓類特種設(shè)備一般不允許用搭接結(jié)構(gòu)。
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2.搭接接頭
大型立式儲罐的罐底板等一般采用搭接結(jié)構(gòu)
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幻燈片63
3.角接接頭及T字接頭
兩構(gòu)件成直角或一定角度，而在其連接邊緣焊接的接頭稱角接接頭。
兩構(gòu)件成T字形焊接在一起的接頭，叫T字接頭。
角接接頭和T字接頭，常用于特種設(shè)備接管、法蘭、夾套、管板、管子和凸緣等焊接。
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幻燈片64
二.焊接接頭的組成
l 熔焊熱源的高溫集中熔化焊縫區(qū)金屬，并向工件金屬傳導(dǎo)熱量，必然引起焊縫及附近區(qū)域金屬的組織和性能發(fā)生變化。
l 焊縫區(qū)——在焊接接頭橫截面上測量的焊縫金屬的區(qū)域。
l 熔合區(qū)——熔合線兩側(cè)有一個很窄的焊縫與熱影響區(qū)的過渡區(qū)。
熱影響區(qū)---受焊接熱循環(huán)的影響，焊縫附近的母材因焊接熱作用發(fā)生組織或性能變化的區(qū)域。
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幻燈片65
焊接接頭
二.特點(diǎn)
l 焊接熱源特點(diǎn)：
l 加熱溫度高（熱處理加熱溫度以上100-200℃）
l 加熱速度快(是熱處理加熱速度的幾十倍甚至幾百倍)
l 高溫停留時間短(手工焊停留時間最大20秒,埋弧自動焊時30-100秒)
l 自然冷卻（熱處理可根據(jù)要求控制冷卻速度或在冷卻過程中不同階段進(jìn)行保溫)
局部加熱(隨熱源的移動,局部加熱地區(qū)的范圍也移動)
焊接結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)熱處理特性不同分為兩類:淬火鋼,不易淬火鋼,分別講述淬火鋼和不易淬火鋼的組織分布。
1.不易淬火鋼:如低碳鋼,某些不易淬硬的低合金鋼,如16Mn.15MoV.15MnTi等
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幻燈片66
1.不易淬火鋼熱影響區(qū)
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1.不易淬火鋼熱影響區(qū)
l 焊縫區(qū)：結(jié)晶從熔池壁向中心推進(jìn)，形成柱狀的鑄態(tài)組織。與基體金屬性能接近，但熔池中心易出現(xiàn)雜質(zhì)、疏松等。
l 熔合區(qū)(不完全熔化區(qū))：未熔化的過熱組織和部分熔化的結(jié)晶鑄態(tài)組織。雖然此區(qū)只有0.1mm-0.4mm，但它是焊接接頭的危險區(qū)域之一。
l 過熱區(qū)（粗晶粒區(qū)）：高溫影響，晶粒粗大。塑性和韌性下降，顯著影響焊件接頭性能。
l 正火區(qū)（重結(jié)晶區(qū)）：最高加熱溫度比Ac3稍高，晶粒重結(jié)晶細(xì)化，獲得正火組織。機(jī)械性能改善。
l 部分相變區(qū)：最高加熱溫度比Ac1～Ac3稍高，珠光體和部分鐵素體重結(jié)晶細(xì)化。晶粒大小不均，機(jī)械性能稍差。
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2.易淬火鋼熱影響區(qū)
l 易淬火鋼，如高強(qiáng)鋼，耐熱鋼，此類鋼熱影響區(qū)的組織分布與母材焊前熱處理有關(guān)焊前熱處理.退火,正火,調(diào)質(zhì)(淬火+高回火)
l 熔合區(qū)：同不易淬火鋼
l （完全）淬火區(qū)：加熱溫度AC3至熔點(diǎn)間，相當(dāng)于不易淬火鋼過熱區(qū)加正火區(qū)，組織從粗大馬氏體過渡到細(xì)小馬氏體
l 不完全淬火區(qū)：AC1-AC3，馬氏體+鐵素體組織
回火區(qū)：焊前退火，不發(fā)生組織變化；焊前調(diào)質(zhì)處理，獲得回火組織
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幻燈片69
焊接接頭
一般，低碳鋼焊件的熱影響區(qū)較窄，危害性較小，焊后可直接使用；對于碳素鋼和低合金鋼焊件，焊后可進(jìn)行正火處理，細(xì)化晶粒，改善機(jī)械性能；對于無法進(jìn)行熱處理的焊件，則需正確選擇焊接方法和工藝條件，來減小熱影響區(qū)的范圍。
焊接過程中因工藝不當(dāng)?shù)纫蛩乜赡軙a(chǎn)生氣孔（H、N、CO、H2O）、裂紋(熱裂紋、再熱裂紋、冷裂紋、層狀撕裂、SCC)、未焊透、夾渣、夾雜（O、N、S化物）、未熔合、偏析、顯微缺陷（位錯、空穴、微裂等）的焊接缺陷，影響焊接接頭性能
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幻燈片70
l 承壓類特種設(shè)備常用焊接方法
l 焊接接頭
l 焊接應(yīng)力與變形
l 承壓類特種設(shè)備常用鋼材的焊接
l 焊接缺陷及其特征
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幻燈片71
焊接變形和焊接應(yīng)力
焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因：
焊接過程的加熱和冷卻受到周圍冷金屬的拘束，不能自由膨脹和收縮。
焊接時，焊件各部分冷熱不均，受熱部位產(chǎn)生拉應(yīng)力，未受熱部位則產(chǎn)生壓應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定程度，焊件出現(xiàn)變形。
對焊焊縫的應(yīng)力分布
邊緣焊的變形
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幻燈片72
焊接變形和焊接應(yīng)力
平板焊接過程中的應(yīng)力與變形形成原理示意圖
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幻燈片73
焊接變形和焊接應(yīng)力
焊件焊后的變形形式主要有：
尺寸收縮、角變形、彎曲變形、扭曲變形、波浪變形等。
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幻燈片74
焊接變形和焊接應(yīng)力
l 焊接變形與應(yīng)力的危害
l 工件焊接后產(chǎn)生變形和應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的制造和使用會產(chǎn)生不利影響。
l 產(chǎn)生焊接變形，可能使焊接結(jié)構(gòu)尺寸不合要求，組裝困難，間隙大小不一致等，從而影響焊件質(zhì)量。
l 焊接殘余應(yīng)力會增加工件工作時的內(nèi)應(yīng)力，降低承載能力；還會引起裂紋，甚至造成脆斷，應(yīng)力的存在會誘發(fā)應(yīng)力腐蝕裂紋。
殘余應(yīng)力是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，在一定條件下會衰減而產(chǎn)生一定的變形，使構(gòu)件尺寸不穩(wěn)定，所以減少和防止焊接變形和應(yīng)力是十分必要的。
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幻燈片75
焊接應(yīng)力的防止
l 采取合理的裝配和焊接順序，使焊縫能夠自由地收縮，以減少應(yīng)力。而圖b因先焊焊縫1導(dǎo)致對焊縫2的拘束度增加，而增大殘余應(yīng)力。
l 焊前預(yù)熱可以減少工件溫差，也能減少殘余應(yīng)力。
l 采用小能量，多層焊，也可減少焊縫應(yīng)力。
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幻燈片76
焊接應(yīng)力的消除
l 熱處理法：焊后進(jìn)行消除應(yīng)力的退火可消除殘余應(yīng)力。
l 機(jī)械法：當(dāng)焊縫還處在較高溫度時，錘擊焊縫使金屬伸長，也能減少焊接殘余應(yīng)力。
l 振動法：低頻振動消應(yīng)力
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幻燈片77
焊接變形的防止及消除
l 焊縫對稱布置
l 采用反變形方法
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幻燈片78
焊接變形的防止及消除
l 采用對稱焊和分段倒退焊
l 采用多層多道焊，能減少焊接變形
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幻燈片79
焊接變形的防止及消除
l 采用焊前剛性固定組裝焊接，限制產(chǎn)生焊接變形，但這樣會產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力。采用定位焊組裝也可防止焊接變形。
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幻燈片80
焊接變形的防止及消除
l 嚴(yán)重的焊接變形應(yīng)消除，常采用機(jī)械矯正法，通常
只適于塑性好的低碳鋼和普通低合金鋼。
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幻燈片81
焊接變形的防止及消除
l 火焰矯正法是利用火焰加熱的熱變形方法，一
般也僅適用于塑性好，且無淬硬傾向的材料。
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幻燈片82
l 承壓類特種設(shè)備常用焊接方法
l 焊接接頭
l 焊接應(yīng)力與變形
l 承壓類特種設(shè)備常用鋼材的焊接
l 焊接缺陷及其特征
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幻燈片83
承壓類特種設(shè)備常用鋼材的焊接
一、鋼材的焊接性
二、碳素鋼的焊接
三、低合金鋼的焊接
四、不銹鋼的焊接
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幻燈片84
鋼材的焊接性
l 焊接性：采用一定焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式的條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度，即其對焊接加工的適應(yīng)性。
l 焊接性一般包括兩個方面：
1. 工藝焊接性：主要指在給定的焊接工藝條件下，形成完好焊接接頭的能力，特別是接頭對產(chǎn)生裂紋的敏感性，也稱抗裂性；
l 使用焊接性：在給定的焊接工藝條件下，焊接接頭在使用條件下安全運(yùn)行的能力，包括焊接接頭的力學(xué)性能和其它特殊性能（如耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞等）。
焊接性是金屬的工藝性能在焊接過程中的反映，了解及評價金屬材料的焊接性，是焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、確定焊接方法、制定焊接工藝的重要依據(jù)。
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幻燈片85
鋼材的焊接性
（二）鋼的焊接性評定方法
鋼是焊接結(jié)構(gòu)中最常用的金屬材料，因而評定鋼的焊接性顯得尤為重要。由于鋼的裂紋傾向與其化學(xué)成分有密切關(guān)系，因此，可以根據(jù)鋼的化學(xué)成分評定其焊接性的好壞。通常將影響最大的碳作為基礎(chǔ)元素，把其它合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對焊接性的影響折合成碳的相當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和其它合金元素的相當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和稱為碳當(dāng)量，它是評定鋼的焊接性的一個參考指標(biāo)。
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幻燈片86
碳當(dāng)量（Carbon Equivalent)公式
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幻燈片87
鋼材的焊接性
1. 式中，各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都取其成分范圍的上限。
1. 碳當(dāng)量越高，裂紋傾向越大，鋼的焊接性越差。一般認(rèn)為，
l Ceq<0.4%時，鋼的淬硬和冷裂傾向不大,焊接性良好
l Ceq=0.4%～0.6%時，鋼的淬硬和冷裂傾向逐漸增加,焊接性較差,焊接時需要采取一定的預(yù)熱、緩冷等工藝措施，以防止產(chǎn)生裂紋；
l Ceq>0.6%時，鋼的淬硬和冷裂傾向嚴(yán)重，焊接性很差，一般不用于生產(chǎn)焊接結(jié)構(gòu)。
碳當(dāng)量公式僅用于對材料焊接性的粗略估算，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)通過直接試驗(yàn)（焊接性試驗(yàn)），模擬實(shí)際情況下的結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀況和施焊條件，在試件上焊接，觀察試件的開裂情況，并配合必要的接頭使用性能試驗(yàn)進(jìn)行評定(焊接工藝評定)。
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幻燈片88
焊接工藝評定
鋼材焊接性影響因素很復(fù)雜，所以有一系列評定焊接性的試驗(yàn)，如剛性固定對接焊抗裂試驗(yàn)、斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)、十字接頭裂紋試驗(yàn)等。為了驗(yàn)證焊接工藝性，在焊接試驗(yàn)的基礎(chǔ)上需進(jìn)行焊接工藝評定。
焊接工藝評定的目的（功能）
★驗(yàn)證施焊單位擬定的焊接工藝的正確性，
★評定施焊單位焊制焊接接頭的使用性能符合設(shè)計(jì)要求的
能力。
焊接工藝評定的目的在于評定出合格的工藝，焊接接頭的使用性能要符合要求。
幻燈片89
焊接工藝評定程序
幻燈片90
焊接工藝評定的判定規(guī)則（替代準(zhǔn)則）
l 1、焊接工藝因素
l 重要因素：影響焊接接頭抗拉強(qiáng)度和彎曲性能。當(dāng)變更任何一個重要因素是都需要重新評定焊接工藝。
l 補(bǔ)加因素：影響焊接接頭沖擊韌性。當(dāng)變更時，可按增加或變更的補(bǔ)加因素增焊沖擊韌性試件進(jìn)行試驗(yàn)。
次要因素：對要求測定的力學(xué)性能無明顯影響。當(dāng)變更時，不需要重新評定焊接工藝，但需重新編制焊接工藝指導(dǎo)書。
幻燈片91
焊接工藝評定的判定規(guī)則（替代準(zhǔn)則）
2、母材
★同組母材可以替代
★Ⅵ-2適用于Ⅱ-1母材
★同類別中，高組別適用于該組別與低組別組成的異種接頭
★不同類別組成的異種接頭，即使已分別評定，也需重新評定但類（組）別為Ⅱ或Ⅵ-1、 Ⅵ-2適用于該類別與類別Ⅰ的母材組成的異種接頭
幻燈片92
焊接工藝評定的判定規(guī)則（替代準(zhǔn)則）
l 3、焊縫試件分類及替代
l 板材對接適用于管材對接，反之亦然；
l 管板角接適用于板材角接，反之亦然；
對接適用于角接。
幻燈片93
焊接工藝評定的判定規(guī)則（替代準(zhǔn)則）
4、焊接方法
5、焊接因素
6、熱處理
7、試件厚度
幻燈片94
二、碳素鋼的焊接
l Q235、10、15、20等低碳鋼是應(yīng)用最廣泛的焊接結(jié)構(gòu)材料，由于其含碳量低于0.25%，塑性很好，淬硬傾向小，不易產(chǎn)生裂紋，所以焊接性最好。焊接時，任何焊接方法和最普通的焊接工藝即可獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。但由于施焊條件、結(jié)構(gòu)形式不同，焊接時還需注意以下問題：
l （1）在低溫環(huán)境下焊接厚度大、剛性大的結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該進(jìn)行預(yù)熱，否則容易產(chǎn)生裂紋。
l （2）重要結(jié)構(gòu)焊后要進(jìn)行去應(yīng)力退火以消除焊接應(yīng)力。
低碳鋼對焊接方法幾乎沒有限制，應(yīng)用最多的是手工電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)電弧焊和電阻焊。采用電弧焊時，焊接材料的選擇參見表。
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幻燈片95
二、碳素鋼的焊接
低碳鋼焊接材料的選擇
|
焊接方法 |
焊接材料 |
應(yīng)用情況 |
|
手工電弧焊 |
J421、J422、J423等 |
一般結(jié)構(gòu) |
|
J426、J427、J506、J507等 |
承受動載荷、結(jié)構(gòu)復(fù)雜或厚板重要結(jié)構(gòu) |
|
埋弧焊 |
H08 配HJ430、H08A 配HJ431 |
一般結(jié)構(gòu) |
|
H08MnA 配HJ431 |
重要結(jié)構(gòu) |
|
CO2氣體保護(hù)焊 |
H08Mn2SiA |
一般結(jié)構(gòu) |
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幻燈片96
中碳鋼的焊接
l 含碳量在0.25%～0.60%之間的中碳鋼，有一定的淬硬傾向，焊接接頭容易產(chǎn)生低塑性的淬硬組織和冷裂紋，焊接性較差。中碳鋼的焊接結(jié)構(gòu)多為鍛件和鑄鋼件，或進(jìn)行補(bǔ)焊。
l 焊接方法：手工電弧焊。
l 焊條選用：抗裂性好的低氫型焊條（如J426、J427、J506、J507等），焊縫有等強(qiáng)度要求時，選擇相當(dāng)強(qiáng)度級別的焊條。對于補(bǔ)焊或不要求等強(qiáng)度的接頭，可選擇強(qiáng)度級別低、塑性好的焊條，以防止裂紋的產(chǎn)生。
焊接時，應(yīng)采取焊前預(yù)熱、焊后緩冷等措施以減小淬硬傾向，減小焊接應(yīng)力。接頭處開坡口進(jìn)行多層焊，采用細(xì)焊條小電流，可以減少母材金屬的熔入量,降低裂紋傾向。
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高碳鋼的焊接
高碳鋼的含碳量大于0.60%，其焊接特點(diǎn)與中碳鋼基本相同，但淬硬和裂紋傾向更大，焊接性更差。一般這類鋼不用于制造焊接結(jié)構(gòu)，大多是用手工電弧焊或氣焊來補(bǔ)焊修理一些損壞件。焊接時，應(yīng)注意焊前預(yù)熱和焊后緩冷。
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低合金鋼的焊接
低合金鋼焊接經(jīng)常出現(xiàn)的問題
（1） 熱裂紋 熱裂紋指焊接過程中，焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)產(chǎn)生的焊接裂紋。其原因在于低合金鋼的焊接過程中銅、硼、氮等元素成為形成裂紋的敏感元素。
（2） 冷裂紋 焊接接頭冷卻到較低溫度下（對于鋼來說在Ms溫度以下）時產(chǎn)生的焊接裂紋稱為冷裂紋。冷裂紋常發(fā)生在高強(qiáng)度鋼的厚板結(jié)構(gòu)中。其原因是接頭的剛度大，造成的局部應(yīng)力大，或在冷卻過程中氫析出后聚集造成局部應(yīng)力超過了鋼的強(qiáng)度極限。
冷裂紋三要素：擴(kuò)散氫，淬硬組織，拉伸應(yīng)力
（3） 白點(diǎn) 在焊縫金屬拉斷面上，出現(xiàn)的如魚目狀的一種白色圓形斑點(diǎn)稱為白點(diǎn)。其產(chǎn)生原因是焊接過程中吸收了過量的氫，故又稱氫白點(diǎn)。
低合金鋼焊接主要根據(jù)不同鋼號的屈服點(diǎn)等級選擇焊接材料，應(yīng)遵守等強(qiáng)度（某些鋼號應(yīng)考慮成分相同或相近）原則。對于厚度大、剛度大的構(gòu)件或在低溫下焊接時應(yīng)考慮使用低氫型焊條，焊前進(jìn)行預(yù)熱等，嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)范施焊。
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低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接
l 低合金結(jié)構(gòu)鋼按其屈服強(qiáng)度可以分為九級：300、350、400、450、500、550、600、700、800MPa。
l 強(qiáng)度級別≤400MPa的低合金結(jié)構(gòu)鋼，Ceq<0.4%，焊接性良好，其焊接工藝和焊接材料的選擇與低碳鋼基本相同，一般不需采取特殊的工藝措施。只有焊件較厚、結(jié)構(gòu)剛度較大和環(huán)境溫度較低時，才進(jìn)行焊前預(yù)熱，以免產(chǎn)生裂紋。
強(qiáng)度級別≥450MPa的低合金結(jié)構(gòu)鋼，Ceq>0.4%，存在淬硬和冷裂問題，其焊接性與中碳鋼相當(dāng)，焊接時需要采取一些工藝措施，如焊前預(yù)熱（預(yù)熱溫度150℃左右）可以降低冷卻速度，避免出現(xiàn)淬硬組織；適當(dāng)調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)，可以控制熱影響區(qū)的冷卻速度，保證焊接接頭獲得優(yōu)良性能；焊后熱處理能消除殘余應(yīng)力，避免冷裂。
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低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接
低合金結(jié)構(gòu)鋼含碳量較低，對硫、磷控制較嚴(yán)，手工電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊和電渣焊均可用于此類鋼的焊接，以手工電弧焊和埋弧焊較常用；選擇焊接材料時，通常從等強(qiáng)度原則出發(fā)，為了提高抗裂性，盡量選用堿性焊條和堿性焊劑，對于不要求焊縫和母材等強(qiáng)度的焊件，亦可選擇強(qiáng)度級別略低的焊接材料，以提高塑性，避免冷裂。
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不銹鋼的焊接
不銹鋼中都含有不少于12%的鉻，還含有鎳、錳、鉬等合金元素，以保證其耐熱性和耐腐蝕性。按組織狀態(tài)，不銹鋼可分為奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼等，其中以奧氏體不銹鋼的焊接性最好，廣泛用于石油、化工、動力、航空、醫(yī)藥、儀表等部門的焊接結(jié)構(gòu)中，常見牌號有1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9等。
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不銹鋼的焊接
l （一）奧氏體不銹鋼的焊接性
奧氏體不銹鋼焊接件容易在焊接接頭處發(fā)生晶間腐蝕，其原因是焊接時，在450～850℃溫度范圍停留一定時間的接頭部位，在晶界處析出高鉻碳化物（Cr23C6），引起晶粒表層含鉻量降低，形成貧鉻區(qū)，在腐蝕介質(zhì)的作用下，晶粒表層的貧鉻區(qū)受到腐蝕而形成晶間腐蝕。這時被腐蝕的焊接接頭表面無明顯變化，受力時則會沿晶界斷裂，幾乎完全失去強(qiáng)度。為防止和減少焊接接頭處的晶間腐蝕，應(yīng)嚴(yán)格控制焊縫金屬的含碳量，采用超低碳的焊接材料和母材。采用含有能優(yōu)先與碳形成穩(wěn)定化合物的元素如Ti、Nb等，也可防止貧鉻現(xiàn)象的產(chǎn)生。
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不銹鋼的焊接
l 奧氏體不銹鋼焊接的另一個問題是熱裂紋。產(chǎn)生的主要原因是焊縫中的樹枝晶方向性強(qiáng)，有利于S、P等元素的低熔點(diǎn)共晶產(chǎn)物的形成和聚集。
l 另外，此類鋼的導(dǎo)熱系數(shù)�。s為低碳鋼的1/3），線脹系數(shù)大（比低碳鋼大50%），所以焊接應(yīng)力也大。防止的辦法是選用含碳量很低的母材和焊接材料，采用含適量Mo、Si等鐵素體形成元素的焊接材料，使焊縫形成奧氏體加鐵素體的雙相組織，減少偏析。
注：馬氏體、鐵素體不銹鋼：冷裂紋，脆化
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不銹鋼的焊接
（二）奧氏體不銹鋼的焊接工藝
一般熔焊方法均能用于奧氏體不銹鋼的焊接，目前生產(chǎn)上常用的方法是手工電弧焊、氬弧焊和埋弧焊。在焊接工藝上，主要應(yīng)注意以下問題：
（1）采用小電流、快速焊，可有效地防止晶間腐蝕和熱裂紋等缺陷的產(chǎn)生。一般焊接電流應(yīng)比焊接低碳鋼時低20%；
（2）焊接電弧要短，且不作橫向擺動，以減少加熱范圍。避免隨處引弧，焊縫盡量一次焊完，以保證耐腐蝕性。
（3）多層焊時，應(yīng)等前面一層冷至60℃以下，再焊后一層。雙面焊時先焊非工作面，后焊與腐蝕介質(zhì)接觸的工作面。
（4）對于晶間腐蝕，在條件許可時，可采用強(qiáng)制冷卻。必要時可進(jìn)行穩(wěn)定化處理，消除產(chǎn)生晶間腐蝕的可能性。
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l 承壓類特種設(shè)備常用焊接方法
l 焊接接頭
l 焊接應(yīng)力與變形
l 承壓類特種設(shè)備常用鋼材的焊接
l 焊接缺陷及其特征
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焊接缺陷及其特征
l 一. 焊接缺陷的危害性：
l 焊接缺陷對承壓設(shè)備安全的影響主要表現(xiàn)在三個方面：
l 由于缺陷的存在，減少了焊縫的承載截面積，削弱了拉伸強(qiáng)度。
l 由于缺陷形成缺口，缺口尖端會發(fā)生應(yīng)力集中和脆化現(xiàn)像，容易產(chǎn)生裂絞并擴(kuò)展。
缺陷可能穿透筒壁，發(fā)生泄漏，影響致密性。
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焊接缺陷及其特征
l 2. 焊接缺陷分類：
l 從宏觀上看，可分為裂紋、未熔合、未焊透、夾渣、氣孔、及形狀缺陷，又稱焊縫金屬表面缺陷或叫接頭的幾何尺寸缺陷，如咬邊，焊瘤等。在底片上還常見如機(jī)械損傷（磨痕），飛濺、腐蝕麻點(diǎn)等其他非焊接缺陷。
l 從微觀上看，可分為晶體空間和間隙原子的點(diǎn)缺陷，位錯性的線缺陷，以及晶界的面缺陷。微觀缺陷是發(fā)展為宏觀缺陷的隱患因素。
對于焊縫內(nèi)部缺陷，如裂紋、未熔合、未焊透、夾渣和氣孔等，可由檢測人員采用無損檢測手段來檢查評定。
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焊接缺陷及其特征
l 在焊接過程中，焊接接頭區(qū)域產(chǎn)生各種缺陷是不可避免的，但我們應(yīng)該想方設(shè)法將缺陷控制到最低限度。焊接外觀缺陷有咬邊、焊瘤、凹陷、未焊滿等。在此主要介紹內(nèi)部缺陷。
l 1.裂紋（焊接裂紋）：
l 在焊接應(yīng)力及其它致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的新界面而產(chǎn)生縫隙，稱為焊接裂紋。
l 它具有尖銳的缺口和大的長寬比特征
l 按其方向可分為縱向裂紋、橫向裂紋，輻射狀（星狀）裂紋
l 按發(fā)生的部位可分為根部裂紋、弧坑裂紋，熔合區(qū)裂紋、焊趾裂紋及熱響裂紋。
l 按產(chǎn)生的溫度可分為熱裂紋（如結(jié)晶裂紋、液化裂紋等）、冷裂紋（如氫致裂紋、層狀撕裂等）以及再熱裂紋。
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焊接缺陷及其特征
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焊接缺陷(裂紋)在底片上形貌
l 裂紋在底片上的形貌：
l 1) 黑細(xì)線條，略帶曲齒及有波狀細(xì)紋，兩端尖細(xì)，黑度逐漸淡漠消失。有時，端頭前方有絲狀陰影延伸。
l 2) 裂紋呈一條直線細(xì)紋，輪廓分明，兩端常較尖細(xì)；中部稍寬不大含有分枝，邊緣沒有松狀現(xiàn)象。
l 3) 放射性裂紋，黑度較淺。
l 裂紋的檢驗(yàn)和定量，單靠射線是不夠的，必要時，要用其它檢測手段；如在超聲波探傷和磁力探傷配合下驗(yàn)證。
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焊接缺陷及其特征
l 2.未 熔 合
l 是指熔焊時，焊道與母材之間或焊道與焊道之間，未完全熔化結(jié)合的部分。
l 點(diǎn)焊時母材與母材之間未完全熔化結(jié)合的部分。
l 未熔合可分為坡口未熔合、焊道之間未熔合（包括層間未熔合）、焊縫根部未熔合。按其間成分不同，可分為白色未熔合（純氣隙、不含夾渣）、黑色未熔合（含夾渣的）。
1.側(cè)面未熔合 2 層間未融合 3單V坡口根部未融合 4 X坡口根部未融合
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焊接缺陷及其特征
未熔合是一種類似于裂紋的極其危險的缺陷。未熔合本身就是一種虛焊， 在交變載荷工作狀態(tài)下， 應(yīng)力集中，極易開裂，是最危險缺陷之一。
l 未熔合在底片上的形貌：
l 根部未熔合的典型影象是一條細(xì)直黑線，線的一側(cè)輪廓整齊且黑度較大，為坡口鈍邊痕跡，另一側(cè)輪廓可能較規(guī)則也可能不規(guī)則，根部未熔合在底片上的位置應(yīng)是焊縫根部的投影位置，一般在焊縫中間．因坡口形狀或投影角度等原因也可能偏向一邊。
坡口未熔合的典型影象是連續(xù)或斷續(xù)的黑線，寬度不一，黑度不均勻，一側(cè)輪廓較齊，黑度較大，另一側(cè)輪廓不規(guī)則，黑度較小，在底片上的位置一般在焊縫中心至邊緣的1／2處，沿焊縫縱向延伸。
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焊接缺陷及其特征
l 3. 未 焊 透
l 焊接時接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象，也就是焊件的間隙或鈍邊未被熔化而留下的間隙，或是母材金屬之間沒有熔化，焊縫熔敷金屬沒有進(jìn)入接頭的根部造成的缺陷。
l 未焊透可分為雙面焊未焊透和單面焊未焊透兩種
l
1. 單V坡口未焊透 2．X坡口未焊透 3．無坡口未焊透
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焊接缺陷及其特征
l 未焊透在底片上的形貌：
l 未焊透在底片上是位于焊縫中間，這種缺陷在底片上所顯示形貌是筆直一條黑線，線條連續(xù)或斷續(xù)都有。呈條狀或帶狀，其寬窄取決于對縫間隙的大小，有時對縫很小，在底片呈一條很細(xì)黑線，似裂紋，但無尾梢。陰影的黑度均勻，輪廓顯明，當(dāng)有夾渣和氣孔伴隨時，雖然線條的寬度和黑度在局部有所改變，但其線條本身仍是一條直線。
有時，這條畢直的黑線因焊接、透照因素，也會出現(xiàn)在焊縫的邊緣一則。
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焊接缺陷及其特征
l 4.夾 渣
l 夾渣是指焊縫金屬中殘留有外來固體物質(zhì)所形成的缺陷，以及焊后殘留在焊縫中的金屬顆粒。
l 夾渣是焊接過程中比較容易產(chǎn)生的缺陷，通常尤以殘留在焊縫金屬中的熔劑形成的夾渣最為常見。
l 熔劑夾渣：是指焊條藥皮或焊劑不溶物而產(chǎn)生 的夾渣物。
l 金屬夾渣：是指焊縫金屬中殘留的金屬顆粒。 如：鎢金屬。
夾渣在焊縫中的形狀有：單個點(diǎn)狀夾渣、條狀夾渣、鏈狀夾渣和密集夾渣等 。
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焊接缺陷及其特征
l 夾渣在底片上的形貌
l 非金屬夾渣在底片上的影象是黑點(diǎn)，黑條或黑塊，形狀不規(guī)則，黑度變化無規(guī)律，輪廓不園滑，有的帶棱角。
l 非金屬夾渣可能發(fā)生在焊縫中的任何位置，條狀夾渣的延伸方向多與焊縫平行。
鎢夾渣在底片上的影象是一個白點(diǎn)，由于鎢對射線的吸收系數(shù)很大，因此白點(diǎn)的黑度極小（極亮）。
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焊接缺陷及其特征
l 5. 氣 孔
l 氣孔是指焊接時，熔池中的氣泡在凝固時未能逸出，而殘留下來所形成的空穴。
l 氣孔可分為條蟲狀氣孔、針孔、柱孔，按分布可分為密集氣孔，鏈孔等。
l 氣孔產(chǎn)生部位和形狀
氣孔分內(nèi)氣孔和外氣孔兩種：小的很小，在顯微鏡下才能看到，大的可達(dá)φ6mm以上。氣孔是由于氣體熔解于液態(tài)金屬內(nèi)，在冷卻中金屬熔解度降低，部分氣體企圖進(jìn)入大氣，但遇到金屬結(jié)晶的阻力，使它不能順利的逸出而殘留于金屬內(nèi)，形成了內(nèi)氣孔，或逸在表面形成外氣孔。
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焊接缺陷及其特征
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