《焊接结构设计》PPT课件.ppt

14. 焊接结构设计,一、焊接接头形式,对接接头,角接接头及 T字形接头,搭接接头,焊接接头形式,焊接坡口 为保证全熔透和焊接质量，减少焊接变形，施焊前，一般将焊件连接处预先加工成各种形状。 不同的焊接坡口，适用于不同的焊接方法和焊件厚度。,二、坡口形式,图14-4 压力容器焊接接头分类,必须掌握,易于保证焊接质量，所有的纵向及环向焊接接头、凸形封头上的拼接焊接接头，必须采用对接接头外，其它位置的焊接结构也应尽量采用对接接头。,四、压力容器焊接结构设计的基本原则,1尽量采用对接接头,角焊缝，改用对接焊缝图5（a）改为（b）和（c）。 减小了应力集中，方便了无损检测，有利于保证接头 的内部质量。,举例：,图14-5 容器接管的角接和对接,（a）,（b）,（c）,2尽量采用全熔透的结构，不允许产生未熔透缺陷,选择合适的坡口形式，如双面焊；当容器直径较小，且无法从容器内部清根时，应选用单面焊双面成型的对接接头，如用氩弧焊打底，或采用带垫板的坡口等。,指基体金属和焊缝金属局部未完全熔合而留下 空隙的现象。未熔透导致脆性破坏的起裂点， 在交变载荷作用下，它也可能诱发疲劳破坏。,未熔透,改进,图14-6 板厚不等时的对接接头,图14-7 不带补强圈的插入式接管焊接结构,(a),(b),(c),（a）图：单面焊接结构，适用于内径小于600mm、盛装无 腐蚀性介质的接管与壳体之间的焊接，接管厚度应小 于6mm； （b）图：最常用的插入式接管焊接结构之一，为全熔透结 构。适用于具备从内部清根及施焊条件、壳体厚度在 425mm、接管厚度大于等于0.5倍壳体厚度的情况； （c）图：在（b）的基础上，将接管内径边角处倒圆，可用 于疲劳、低温及有较大温度梯度的操作工况。,（1）不带补强圈的插入式接管焊接结构,中低压容器不需另作补强的小直径接管用得最多的焊接 结构，接管与壳体间隙应小于3mm，否则易产生裂纹或 其它焊接缺陷。,图（b）：承受低温、疲劳及温度梯度较大工况的容器， 保证接管根部及补强圈内侧焊缝熔透。,（2）带补强圈的接管焊接结构,要求：,尽量与补强处的壳体贴合紧密，焊接结构力求完善合理。 但只能采用塔接和角接，难于保证全熔透，也无法进行无损检测，因而焊接质量不易保证。,坡口：,大间隙小角度，利于焊条伸入到底，减少焊接工作量,图（a）：一般要求的容器，即非低温、无交变载荷的容器,图14-8 带补强圈的插入式接管焊接结构,（a）,（b）,图14-9 安放式接管与壳体的焊接结构,（a）,（b）,（c）,（a）,（b）,属于整体补强结构中的一种，适用于承受交变载荷、低温和大温度梯度等较苛刻的工况。 （a）图：适用于球形封头或椭圆形封头中心部位的接管与 封头的连接，且封头厚度n 50mm。,（4）嵌入式接管的焊接结构,图14-10 嵌入式接管与封头的焊接结构,图14-11 凸缘与壳体的角接焊接结构,（b）,（a）,（c）,环与壳体应紧贴,内径侧应允许进行内部填角焊,（5）凸缘与壳体的焊接结构,1）角焊连接：连接不承受脉动载荷的容器凸缘与壳体，如 图14-11 所示。 2）对接连接：连接压力较高或要求全熔透的容器凸缘与壳 体，如图14-12。,图14-12 凸缘与壳体的对接焊接结构,K6mm (a),K6mm (b),(c),(d),焊接材料,一、手工电弧焊用焊接材料 电焊条：内部钢芯和外侧药皮 1、钢芯 主要作用导电，并在焊条端部形成具有一定成分的熔敷金属。 要求焊芯尽量减少有害元素的含量，限制S、P，有些焊条要求焊芯控制As 、Sb、Sn等元素。,2、药皮,又称为涂料，保证熔敷金属具有一定的成分和性能。 采用氧化物、碳酸盐、硅酸盐、有机物、氟化物、铁合金及化工产品等上百种原料粉末，按照一定的配方比例混合而成。,药皮中各种组分作用：,1）稳弧剂：凡易电离的物质均能稳弧。用碱金属及碱土金属化合物，碳酸钾、碳酸钠、大理石等。 2）造渣剂：形成溶渣，覆盖熔化金属表面，保护熔池及改善焊缝成形 3）脱氧剂：降低含氧量，提高机械性能。主要脱氧剂有锰铁、硅铁、钛铁。 4）造气剂：高温下分解出气体，保护电弧及熔池，防止空气中氧和氮侵入,药皮中各种组分作用：,5）合金剂：补偿合金元素的烧损及向焊缝过渡合金元素，以保证焊缝的化学成分及性能等。 6）增塑润滑剂：增加药皮粉料在焊条压涂过程的塑性、滑性及流动性，以提高焊条的压涂质量，减小偏心度。 7）粘接剂：使药皮粉料在压涂过程中有一定粘性，与焊芯牢固粘接，并使之在烘干后具有一定的强度。,3、电焊条的分类,（1）按用途分,（2）按熔渣的碱度分类,酸性焊条和碱性焊条。 酸性焊条焊接工艺性好，成形整洁,去渣容易，不易产生气孔和夹渣。 但药皮氧化性强使合金元素烧损大,机械性能（冲击韧性）比较低。 酸性焊条一般均可用交直流电源。 典型的酸性焊条是J422。,碱性焊条焊接的焊缝机械性能良好，特别是冲击韧性比较高，主要用于重要结构的焊接。 氟化物粉尘有害，应加强现场的通风排气，以改善劳动条件。 典型的碱性焊条有J507。,（3）按焊条药皮主要成分分类,当药皮中含有30以上的二氧化钛及20以下的钙、镁的碳酸盐时，就称为钛钙型。,4、电焊条牌号与型号,(1)焊条牌号 是焊条产品的具体命名。 根据主要用途及性能特点命名。 每种产品只有一个牌号，但多种牌号可同时对应于一种型号。 焊条牌号通常以一个汉语拼音字母（或汉字）与三位数字表示。,结构钢焊条牌号,J422，中“J”表示结构钢焊条,按用途分 第一、二位数字“42”表示焊缝金属的抗拉强度等级（用MPa值的1/10表示）， 末位数字“2”表示药皮类型及焊接电源的种类,奥氏体铬镍不锈钢焊条牌号,A132中“A”表示奥氏体不锈钢焊条； 第一、第二位数字表示焊缝金属主要化学成分组成 末位数字表示药皮类型和焊接电源种类,（2）焊条型号,是以焊条国家标准为依据、反映焊条主要特性的一种表示方法。 焊条型号根据焊缝金属的力学性能、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分。,碳钢焊条型号,E4315中“E”表示焊条； 前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为MPa值的1/10； 第三位数字表示焊条焊接位置，“0”及“1”表示用于全位置焊接（平、立、仰、横），“2”表示适用于平焊及平角焊，“4”适用于向下立焊； 第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型。,常用焊条,a.E4303、E5003焊条 钛钙型。主要用于较重要的碳钢结构。 b. E4315、E5015 焊条 低氢钠型，主要用于重要的低碳钢结构及低合金钢结构，也被用于焊接高硫钢和涂漆钢 c. E4316、E5016型焊条 低氢钾型，电弧稳定，主要用于重要的低碳钢结构与低合金钢结构。,低合金钢焊条型号,如E5018A1，后缀字母为熔敷金属的化学成分分类代号,不锈钢焊条型号,E30815，字母E表示焊条，“E”后面数字表示熔敷金属化学成分分类代号， 短划“-”后面的两位数字表示焊条药皮类型、焊接位置及焊接电流种类,二、埋弧焊用焊丝和焊剂,焊丝牌号与优质碳素钢钢号的表示方法类似，前面加上“H”。强度钢用焊丝牌号如H08、H08A、H10Mn2。 若牌号最后带有A字，表示为S、P含量较少的优质焊丝。,国产焊剂依据化学成分分类，在牌号前面加HJ，如HJ431。 第一位数字表示氧化锰的平均含量，如“”表示含MnO30； 第二位数字表示二氧化硅、氟化钙的平均含量，如“”表示高硅低氟型（SiO230% , CaF210%）； 末位数字表示同类焊剂的不同序号。,（GB5293-85）规定焊剂型号： HJ401H08A的焊剂，用H08A焊丝按本标准，抗拉强度为412550MPa，屈服强度不小于330MPa，伸长率不小于22，在0时冲击值不小于34.3J/cm2 。,三、焊条、焊丝及焊剂的选用,焊缝机械性能与基体金属一致； 其次，在化学成分方面接近基体 还应根据焊接位置及板厚确定药皮类型。,焊接缺陷与焊接质量检验,一、焊接缺陷 1、焊接变形 应力超过屈服极限产生焊接变形；超过强度极限会出现裂缝。,2、焊缝的外部缺陷,（1）焊缝增强过高 坡口的角度开得太小或焊接电流过小 应力集中，为提高疲劳寿命，要求将焊缝的增强高铲平。,（2）焊缝过凹,焊缝工作截面减小使接头处强度降低。 （3）焊缝咬边,在工件上沿焊缝边缘形成凹陷。 减少工作截面，并造成严重应力集中。,（4）焊瘤,对静载强度无影响 引起应力集中，使动载强度降低。 （5）烧穿,部分熔化金属从焊缝反面漏出，甚至烧穿成洞，使接头强度下降。,3、焊缝内部缺陷,（1）未焊透 应力集中严重，降低强度，开裂根源。 （2）夹渣 减少工作截面，造成应力集中，降低焊缝强度和冲击韧性。 （3）气孔 减少有效工作截面，降低机械强度。 （4）裂纹 热裂纹和冷裂纹,热裂纹是由液态到固态结晶中产生 焊缝中存在低熔点物质（FeS），受到较大的焊接应