焊接基础知识

焊接基础知识,二一四年 三月,目 录,第一章：焊接基本理论及分类 一：焊接分类 二：常用熔焊方法及原理 三：焊缝接头形式和焊接位置 四：熔焊接头的工作应力及静载强度 第二章：焊接材料 一: 焊条 二: 焊丝 三: 焊接气体、焊剂,第一章：焊接过程基本理论及分类 一：焊接分类 常见的连接方法： 机械连接： 可拆卸连接/不可拆卸连接 物理化学方法： 粘接 冶金方式： 焊接,焊接优点： （1）节省材料，减轻质量，生产成本低； （2）简化复杂零件和大型零件的加工工艺， 缩短加工周期； （3）适应性好；可实现特殊结构的生产及 不同材料间的连接成型； （4）整体性好，具有良好的气密性、水密性； （5）降低劳动强度，改善劳动条件。 焊接不足： 结构无可拆卸性。 焊接时局部加热，焊接接头的组织和性能与母材相比 发生变化，产生焊接残余应力和焊接变形。 焊接缺陷的隐蔽性，易导致焊接结构的意外破坏。,汽车自动焊接生产线,造船自动化焊接,飞机总成焊接,美国SR-71“黑鸟”高空高速侦察机 世界上飞行速度最快，飞行高度最高的载人飞行器，曾经创造25959米的飞行高度记录，3.32倍音速的飞行速度记录（1976年）。 机体的90%均由钛合金一体成型（少量焊接）而成，是美国六七十年代科技水平的集大成之作。,前苏联米格-25“狐蝠”高空高速战斗机 世界上飞行速度最快的战斗机，可达3.2倍音速，是目前世界上唯一可以拦截SR-71的战斗机，曾经创造37650米的飞行高度记录（1977年）。 由于前苏联钛合金材料加工不过关，机体全由不锈钢焊接而成，焊缝长度达到3000米，同样达到了可与SR-71一较高下的水平。,用低端的材料，低端的工艺，达到与高端材料，高端工艺等同的效果，这就是焊接的魅力所在！,焊接的定义：（GB/T 3375-94） 焊接是通过加热或加压，或两者兼用，并且用或不用填充材料，使工件达到原子（冶金）结合的一种加工方法。 焊接方法分类： 按照焊接过程中金属所处的状态不同，可以把焊接方法分为熔化焊、压力焊、钎焊三类。 1、熔焊，是在焊接过程中将焊接接头加热至熔化状态，不加压力完成的焊接方法。常用的手工电弧焊、氩弧焊、气焊、CO2气体保护焊、埋弧焊、激光焊以及电子束焊、电渣焊等都属于这种焊接方法。,2、压力焊，焊接过程中必须要施加压力，可能加热也可能不加热才能完成的焊接。其加热的主要目的是为使金属软化，靠施加压力使金属塑变,让原子接近到相互稳固吸引的距离，这一点与熔焊时的加热有本质的不同。包括电阻焊、摩擦焊、超声波焊、冷压焊、爆炸焊、扩散焊等都属于这种焊接方法。 3、钎焊：将熔点比母材低的钎料（焊料）加热至融化，但加热温度低于母材的熔点，用融化的钎料（焊料）填充焊缝、润湿母材并与母材相互扩散形成一体的焊接方法。 钎焊分两类： 硬钎焊（450）和软钎焊（450）。,二：常用熔焊方法及原理 1、焊接电弧的产生 电弧并不是一般的燃烧现象，实质上，电弧是在一定条 件下电荷通过两电极间气体的导电过程，或者说是一种气体 放电现象。利用这种气体放电过程，电能转换为热能、机械 能和光能。焊接时主要利用热能和机械能来达到焊接金属的 目的。,引弧过程示意图,（1）接触短路引弧法 这种引弧方法包括两个过程：首先是将焊条或焊丝与焊件接触短路，利用短路产生高温；其次，是在短路以后讯速地将焊条或焊丝拉开，这时在焊条或焊丝端部与焊件表面之间立即产生一个电压，而产生焊接电弧。在熔化极电弧焊中，手工电弧焊、埋弧自动焊和熔化极气体保护焊都采用接触短路引弧法。 （2）高频高压引弧法 这种方法用于钨极氩弧焊中，在钨极和焊件之间留有2-5mm的间隙，然后加2000-3000V的空载电压，利用高电压直接将空气击穿，引燃电弧。由于高压电对人身有危险，通常将其频率提高到150-260KHz，利用高频电强烈的集肤效应来引弧，对人身不会造成危害。,2、焊接电弧的偏吹 在焊接过程中，因气流的干扰、磁场的作用或焊条偏心的影响，会出现电弧中心偏离电极轴线的现象。这就是所谓的电弧偏吹。电弧偏吹不仅是焊接发生困难，甚至息弧。对焊接质量也将带来较大影响。产生偏吹的主要原因如下： 1）焊条偏心度过大 2）电弧周围气流的干扰 3）磁偏吹 使用直流焊机焊接时，因受到焊接回路产生的电磁力的作用而产生的电弧偏吹，称为电弧的磁偏吹。 造成磁偏吹的主要原因如下： 1）接地线位置不当引起的偏吹 2）铁磁物质引起的偏吹 3）焊条和焊件位置不对称引起的磁偏吹,减少或防止电弧偏吹的方法 （1）焊接时，在条件允许的情况下尽量使用交流电源焊接。 （2）露天操作时，如有大风则必须用挡板遮挡，对电弧进行保护。在管子焊接时，必须将管口堵住，防止气流对电弧的干扰。 （3）在焊缝两端各加一小块附加钢板（引弧板和引出板），是电弧两侧磁力线分布均匀并减少热对流的影响，以克服电弧的偏吹。 （4）采用短弧焊接 （5）在操作时适当调整焊条角度，是焊条偏吹的方向转向熔池，这种方法在实际工作中应用的较广泛。 （6）适当改变焊件接地线部位，尽可能使电弧周围磁力线分布均匀，如在焊件两端均接地线。 （7）尽量采用小电流焊接对克服磁偏吹也有一定作用。,2、焊接电弧的极性及其应用 1）焊接电弧的极性 当采用直流弧焊电源时，焊接电弧极性有正接和反接两种。 正接直流电弧焊时，焊件接电源输出端的正极，电极（焊枪）接电源输出端负极的接线法，称为直流正接法。 反接直流电弧焊时，焊件接电源输出端的负极，电极（焊枪）接电源输出端正极的接线法，称为直流反接法。 注：直流电弧的极性是以焊件为基准的，焊件接正极为正接，焊件接负极为反接。,焊件极性的选择原则： 1）焊条电弧焊使用碱性低氢焊条时，一律采用反接。若采用正接，则电弧燃烧不稳定电弧声音很暴燥，发出强烈的嘶嘶声飞溅很大，并且极容易产生气孔。使用酸性焊条时，极性对电弧的稳定燃烧影响不大。 同样道理，埋弧焊若使用直流电源施焊时，一般也采用反接。 2）钨极氩弧焊焊接钢、黄铜时，一律采用正接。因为阴极的发热量远小于阳极，所以用直流正接电源时，钨极接负极，发热量小，不易过热，钨极寿命长，同样直径的钨极可以采用较大的焊接电流。同时正接时，焊件为阳极发热量大，因此熔深大，生产率高。,熔焊的本质及特点： 熔化焊的本质是小熔池熔炼与铸造，是金属熔化 与结晶的过程。 熔池存在时间短，温度高；冶金过程进行不充分， 氧化严重；热影响区大。 冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶。,结晶过程特点 ：冷却速度快，过热，运动状态下结晶，非均质形核 偏析 一次结晶 二次结晶 结晶从熔池底部许多半个晶粒开始垂直底部向中心生长，呈树状枝晶,2、常用的熔焊方法 1）焊条电弧焊 用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法，称为手工焊条电弧焊，简称手工电弧焊（电焊）。 2）埋弧焊 电弧在焊剂层下燃烧，利用电气和机械装置控制送丝和移动电弧的焊接方法，称为埋弧焊。 3）气体保护焊 是用外加气体作为电弧介质，并保护电弧、金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属的电弧焊方法。在生产中常用的外加气体有氩气、氦气、二氧化碳气、氩加二氧化碳和氧的混合气体，氩和二氧化碳的混合气体等，分为熔化极和非熔化极两种。,手工电弧焊具有设备简单，操作灵活，成本低等优点，且焊接性好，对焊接接头的装配尺寸无特殊要求，可在各种条件下进行各种位置的焊接，适于多种钢材和有色金属等是工程中应用最广的焊接方法 手工电弧焊时有强烈弧光和烟尘污染，焊接质量不够稳定，焊缝短而不连续，焊缝宽度不均，劳动条件差，劳动强度大，生产率低，对工人技术水平要求较高。,埋弧焊的特点是在电弧热的作用下，焊丝、焊剂和焊件被熔化形成的一层由熔渣和气体组成的保护膜，对焊接区起到隔离空气、绝热和屏蔽光辐射的作用。这种焊接方法，生产率高，焊缝质量好，无弧光辐射和火花飞溅，在室内和室外都可焊接各种钢结构。 由于埋弧焊熔深大、生产率高、机械操作的程度高，因而适于焊接中厚板结构的长焊缝。在造船、锅炉与压力容器、桥梁、超重机械、核电站结构、海洋结构、武器等制造部门有着广泛的应用，是当今焊接生产中最普遍使用的焊接方法之一。,埋弧自动焊接过程（焊缝剖面图）,埋弧焊的特点 优点： 1、焊接质量高且稳定； 2、熔深大，节省焊接材料； 3、无弧光，无金属飞溅，焊接烟雾少； 4、自动化操作，生产效率高。 5、在有风的环境中，埋弧焊的保护效果胜过其它焊接方法 缺点： 1、设备昂贵，工艺复杂，主要适用于水平位置、长的直线 焊缝和圆筒形工件的纵、环焊缝的批量生产。 2、不适合焊接薄板 3、难以用来焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金 4、不能直接观察电弧和坡口的对中，容易焊偏,氩弧焊是采用氩气作为保护气体的一种气体保护焊方法。在氩弧焊应用中，根据所采用的电极类型可分为非熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊两大类。非熔化极氩弧焊又称为钨极氩弧焊，是一种常用的气体保护焊方法。 钨极氩弧焊又称钨极惰性气体保护焊（TIG焊），它是使用纯钨或活化钨电极，以惰性气体氩气作为保护气的气体保护焊方法。钨电极只起导电作用不熔化，通电后在钨极和工件间产生电弧。在焊接过程中可以填丝也可以不填丝。钨极氩弧焊又可分为手工焊和自动焊两种，以手工钨极氩弧焊应用较为广泛。,钨极氩弧焊的优点是：由于焊缝被保护得好，故焊缝金属纯度高、性能好；焊接时加热集中，所以焊件变形小；电弧稳定性好，在小电流（10A）时电弧也能稳定燃烧。焊接过程很容易实现机械化和自动化。 缺点是：氩气较贵，焊前对焊件的清理要求很严格。同时由于钨极的载流能力有限，焊缝熔深浅，只适合于焊接薄板（ 6mm）和超薄板。为了防止钨极的非正常烧损，避免焊缝产生夹钨的缺陷，不能采用常用的短路引弧法，必须采用特殊的非接触引弧方式。 氩弧焊主要被用来焊接不锈钢与其它合金钢。同时还可以焊接铝合金、镁合金、钛合金及薄壁制件。,氩弧焊的特点及应用 可焊接各种钢材、有色金属和合金，焊接质量优良。 可全位置自动焊接。 焊接热影响区小，焊件不易变形 电弧稳定，焊缝致密，成型美观。 氩气贵，设备复杂，焊接成本高。 氩弧焊主要用于易氧化的有色金属和合金钢的焊接,如铝、 镁、钛及其合金、耐热钢、不锈钢等。适用于单面焊双面成 形，如打底焊和管子焊接；钨极氩弧焊还适用于薄板焊接。,三、接头形式和焊接位置,1、焊缝的接头形式 焊接中，由于焊件的厚度、结构及使用条件的不同，其接头型式及坡口形式也不同。焊接接头型式有：对接接头、T形接头、角接接头及搭接接头。 (一)对接接头 两件表面构成大于或等于135，小于或等于180夹角的接头，叫做对接接头。在各种焊接结构中它是采用最多的一种接头型式。如图所示。,(二)角接接头,两焊件端面间构成大于30、小于135夹角的接头，叫做角接接头，见下图。这种接头受力状况不太好，常用于不重要的结构中。,(三)T形接头 一焊件的端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头，叫做T形接头，见下图。,（四）搭接接头 两焊件部分重叠构成的接头叫搭接接头，见下图。,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。,（五）焊缝坡口,除以上最基本的四种焊缝接头和五种坡口形式外，根据GB/T 3375-94的要求，还由此延伸出40种焊缝接头形式（含坡口）如下,2.焊缝的组成,熔焊热源的高温集中熔化焊缝区金属，并向工件金属传导热量，必然引起焊缝及附近区域金属的组织和性能发生变化。 焊缝区在焊接接头横截面上测量的焊缝金属的区域。 熔合区熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区。 热影响区-受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热作用发生组织或性能变化的区域。,焊缝区：结晶从熔池壁向中心推进，形成柱状的铸态组织。与基体金属性能接近，但熔池中心易出现杂质、疏松等。 熔合区(不完全熔化区)：未熔化的过热组织和部分熔化的结晶铸态组织。虽然此区只有0.1mm-0.4mm，但它是焊接接头的危险区域之一。 过热区（粗晶粒区）：高温影响，晶粒粗大。塑性和韧性下降，显著影响焊件接头性能。 正火区（重结晶区）：最高加热温度比Ac3稍高，晶粒重结晶细化，获得正火组织。机械性能改善。 部分相变区：最高加热温度比Ac1Ac3稍高，珠光体和部分铁素体重结晶细化。晶粒大小不均，机械性能稍差。,3、焊接接头符号,焊缝代号的定义：把在图样上用技术制图方法表示的焊缝基本形式和尺寸采用一些符号来表示的方法。 焊缝代号可以表示出： 所焊焊缝的位置； 焊缝横截面形状（坡口形状）及坡口尺寸； 焊缝表面形状特征； 焊缝某些特征或其他要求。,1）焊缝符号的组成,焊缝符号一般由基本符号和指引线组成，必要时可以加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸及数据。 基本符号 表示焊缝端面（坡口）形状的符号。, 辅助符号,表示焊缝表面形状特征的符号，如下表所示。 当不需要确切说明焊缝的表面形状时，可以不用辅助符号。, 补充符号,为了补充说明焊缝某些特征而采用的符号，如下表, 焊缝尺寸符号,用来代表焊缝的尺寸要求，下表所示为常用的焊缝尺寸符号。 当需要注明尺寸要求时才标注。,焊缝尺寸符号及数据的标注位置。, 指引线,由箭头线和基准线组成； 箭头指向焊缝处； 基准线由两条互相平等的细实线和虚线组成，如图所示； 当需要说明焊接方法时，可以在基准线末端增加尾部符号；,箭头线对于焊缝的位置一般没有特殊的要求。当箭头线直接指向焊缝时，可以指向焊缝的正面或反面。基准线的虚线也可以画在基准线实线的上方，如下图所示,标注对称焊缝和双面焊缝时，基准线中的虚线可省略， 如下图所示。,注：在不致引起误解的情况下，当箭头线指向焊缝， 而另一侧又无焊缝要求时，允许省略基准线的虚线。, 焊接方法表示代号,（7）识别焊缝代号的基本方法,1）根据箭头的指引方向了解焊缝在焊件上的位置。 2）看图样上焊件的结构形式（即组焊焊件的相对位置） 识别出接头形式。,3）通过基本符号可以识别焊缝形式（即坡口形式）， 基本符号上下标有坡口角度及对装间隙 4）通过基准线的尾部标注可以了解： 采用的焊接方法，对质量的要求，无损检验的要求。,如下图所示的焊缝代号，请说出其含义：,3、焊缝的位置 按焊缝的空间位置不同可分为： )平焊：水平面的焊接。 )立焊：垂直平面，垂直方向上的焊接。 )横焊：垂直平面，水平方向上的焊接。 )仰焊：倒悬平面，水平方向上的焊接。,1)平焊：手工平焊影像明显可见的均匀分布的焊条运行波纹，成形较规正，其波纹图形如同水的波纹一样 。,2）立焊：手工立焊影像明显可见鱼鳞状三角波纹，有时呈三角沟槽，成形较规正。,横焊：手工横焊影像明显可见焊道与焊道之间的沟槽，横焊时，焊条不上下摆动，故无运条的波纹。,3、焊缝的形状尺寸 焊缝的形状用一系列几何尺寸来表示，不同形式的焊缝，其形状参数也不一样。 1）焊缝宽度 焊缝表面与母材的交界处叫焊趾。焊缝表面两焊趾之间的距离叫焊缝宽度，如下图,图：焊缝宽度,2）余高 超出母材表面焊趾连线上面的那部分焊缝金属的最大高度叫余高，见下图。在静载下它有一定的加强作用，所以它又叫加强高。但在动载或交变载荷下，它非但不起加强作用，反而因焊趾处应力集中易于促使脆断。所以余高不能低于母材但也不能过高。,3）熔深 在焊接接头横载面上，母材或前道焊缝熔化的深度叫熔深，见下图。,熔深 (a)对接接头熔深 (b)搭接接头熔深 (c)T形接头熔深,4）焊缝厚度 在焊缝横截面中，从焊缝正面到焊缝背面的距离，叫焊缝厚度，见下图。 焊缝计算厚度是设计焊缝时使用的焊缝厚度。对接焊缝焊透尺寸等于焊件的厚度；角焊缝时等于在角焊缝横截内画出的最大直角等腰三角形中，从直角的顶点到斜边的垂线长度，习惯上也称喉厚，见下图。,焊缝厚度及焊脚 (a)凸形角焊缝 (b)凹形角焊缝,四、熔焊接头的应力及静载强度,1、应力集中的概念 2、电弧焊接头的工作应力分布 3、工作焊缝和联系焊缝 4、焊接接头强度计算的假设 5、电弧焊接头的静载强度计算,1、应力集中的概念 在物体受到外力作用发生变形的同时，在内部会出现一种抵抗变形的力，这种力叫内力。 在单位截面积上的内力叫应力。 焊接构件由焊接而产生的内应力称为焊接应力。 按作用时间可分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。 物体在受到外力的作用时，会出现形状、尺寸的变化，这就称为物体的变形。 焊接变形是焊件由焊接而产生的变形。 焊后焊件残留的变形称为焊接残余变形。,焊接接头是焊接结构的重要组成部分。通过对大量焊接结构失效事故的分析表明，接头部位往往是结构破坏的起点。造成这种情况的原因是多方面的，归纳起来主要有两点：焊接接头本身的力学性能不均匀；接头部位所受工作应力分布不均匀。 因此，研究焊接接头的性能特征和应力分布规律，对提高焊接结构的使用可靠性具有十分重要的意义,一般焊接结构制造所用材料的厚度相对于长和宽都很小，在板厚小于20mm的薄板和中厚板制造的焊接结构中，厚度方向上的焊接应力很小，残余应力基本上是双轴的，即为平面应力状态。只有在大型结构厚截面焊缝中，在厚度方向上才有较大的残余应力。 应力通常表示方法： 将沿焊缝方向上的残余应力称为纵向应力，以x表示； 将垂直于焊缝方向上的残余应力称为横向应力，以y表示； 对厚度方向上的残余应力以z表示。,1）纵向残余应力的分布x,平板对接时焊缝上纵向应力沿焊缝长度方向上的分布,不同尺寸、不同截面上纵向残余应力x的分布,2横向残余应力的分布 （1）纵向收缩的影响-y,由纵向收缩所引起的横向应力的分布,焊缝较长时，中心部分拉应力y有所下降,不同长度焊缝上的横向应力的比较,（2）横向收缩的影响-y,不同焊接方向对横向应力分布的影响,横向应力沿板宽方向的分布,由于焊接的形状和焊缝布置的特点，焊接接头工作应力的分布是不均匀的，其最大应力比平均应力值高，这种情况称应力集中。 应力集中，是指接头局部区域的最大应力值较平均应力值高的现象。常以应力集中系数KT表示。,在焊接接头中产生应力集中的原因是： 焊接工艺缺陷、冶金缺陷、夹渣、气孔、咬边、未焊透 均会引起应力集中、其中咬边、未焊透较为严重。 不合理的焊缝外形。不同焊缝形状会引起不同程度的应 力集中。 接头型式：不同接头型式引起应力集中不同。 制造过程中的缺陷。 焊接残余应力。,2、电弧焊接头的工作应力分布,1）对接接头 由于余高造成了构件表面不平滑，在焊缝与母材金属的过渡处引起应力集中。焊趾处KT为1.6，焊根处KT为1.5。 KT的大小与余高h和焊缝向母材金属过渡的半径r有关。减小r和增大h，均使KT增加。当余高h为零时， KT =1，应力集中消失。 如果余高太大，虽然使焊缝截面增厚，但却使应力集中程度增加，因此生产中应适当控制余高。 注：余高不得超过国家有关标准规定的03mm范围。,由余高带来的应力集中，对动载结构的疲劳强度是十分不利的，所以此时要求它越小越好。 国家标准规定：在承受动载荷情况下，焊接接头的焊缝余高应趋于零。 因此，对重要的动载结构，可采用削平余高或增大过渡圆弧的措施来降低应力集中，以提高接头的疲劳强度。,余高对应力集中的影响,余高与过渡半径与KT的关系,2）T形接头、十字接头,十字接头有熔透和未熔透两种 未熔透的十字接头，在焊趾和焊根处有较大的 应力集中系数，其中以焊根处为最大。 熔透的十字接头有较小的应力集中系数,3）联合角焊缝搭接接头中的工作应力分布,4）接触焊接头的工作应力分布和工作性能,综合上述，各种焊接接头都有不同程度的应力集中。实践证明，并不是在所有情况下应力集中都将影响强度。当材料具有足够的塑性时，结构在静载破坏之前就有显著的塑性变形，应力集中对其强度无影响。 这说明接头在塑性变形的过程中能发生应力均匀化，只要接头材料具有足够的塑性，应力集中对静载强度就没有影响，但如果接头材料塑性不足，应力集中问题则将在使用过程中凸现出来，成为焊缝实效的原因之一。,3、工作焊缝和联系焊缝,工作焊缝:焊缝与被连接的元件是串联的,它承担着传递全部载荷的作用,焊缝一旦断裂,结构就会立即失效. 联系焊缝:焊缝与被连接的元件是并联的,它仅传递很小的载荷,主要起元件之间相互联系的作用,焊缝一旦断裂,结构不会立即失效. 在结构设计时无需计算联系焊缝的强度,只需计算工作焊缝的强度.,工作焊缝和联系焊缝,4、焊接接头强度计算的假设,在静载条件下为了计算方便常作如下假设: 残余应力对接头强度没有影响. 焊趾处和余高处的应力集中对接头强度无影响. 接头的工作应力是均布的,以平均应力计算. 正面角焊缝与侧面角焊缝的强度没有差别. 焊脚尺寸的大小对角焊缝的强度没有影响. 角焊缝都是在切应力的作用下破坏,按切应力计算其强度.,5、电弧焊接头的静载强度计算,电弧焊接头静载强度计算的一般表达式为: 或 式中，为平均工作应力; 为焊缝的许用应力.,1）对接接头的静载强度计算,对接接头进行强度计算时： 不考虑焊缝余高 焊缝长度取实际长度 计算厚度取两板中较薄者 如果焊缝的许用应力与基本金属的相等, 则不必进行强度计算,对接接头受力情况,F为拉力，Fs为切力 M1为平面内弯矩 M2为垂直平面的弯矩,(1)受拉或受压对接接头,受拉时,受压时,式中 F接头所受的拉力或压力（N）； L焊缝长度（mm）； 1接头中较薄板的厚度（mm）； t、p接头受拉或受压时焊缝中所承受的工作应力（MPa）； t焊缝受拉或受弯时的许用应力（MPa）； p焊缝受压时的许用应力（MPa）；,（2）焊缝的许用应力 前已述及强度设计用的许用应力通常由工程主管部门根据安全和经济原则，根据材料性质，载荷、环境、加工质量、计算和检测精确度和构件的重要性等综合后确定。 下表列出一般机器焊接结构中焊缝的许用应力。我国钢制压力容器行业中采用的焊缝许用应力分别列于下表中。,例题,例1 两块板厚为5mm、宽为500mm的钢板对接，两端受28400N的拉力，材料为Q235A钢，t142MPa，试校核其焊缝强度。 解: 已知F=28400N，L=500mm， =5mm，t142MPa， 代入计算公式中，得,所以该对接接头焊缝强度满足要求，结构工作时是安全的。,(3)受剪切对接接头,式中 Q接头所受的切力（N）； L焊缝长度（mm）； 1接头中较薄板的厚度（mm）； 接头焊缝中所承受的切应力（MPa）； 焊缝许用切应力（MPa）；,例题,例2 两块板厚为10mm的钢板对接，焊缝受29300N的切力，材料为Q235A钢，试设计焊缝的长度（钢板宽度）。 解 由计算公式可得 由已知条件知Q=29300N，=10mm；由表中查得98MPa，代入上式得,取L=32mm, 即当焊缝长度为32mm时,强度满足要求,正面搭接受拉或压,侧面搭接受拉或压,联合搭接受拉或压,例3 将100mm 100mm 10mm的角钢用角焊缝搭接在一块钢板上，见下图，焊缝宽度10mm。受拉伸时要求与角钢等强度，试计算接头的焊缝总长应该是多少？,例题,解：从材料手册查得角钢断面面积A=19.2cm2； 许用拉应力 t160MPa160N/mm2， 许用切应力 =100MPa100N/mm2 角钢的允许载荷F=At =19200mm160 N/mm2=307200N。 假定接头上各段焊缝中切应力都达到焊缝许用切应力值，即 。由于K10mm，用焊条电弧焊，则所需的焊缝总长为,第二章 焊接材料,一、焊条,电焊条就是在金属丝表面涂上适当厚度药皮的手弧焊用的熔化电极。由焊芯和药皮组成。 1）焊芯：其作用一是传导电流，产生焊接电流；二是焊芯本身熔化形成焊缝中的填充金属。通常所说的焊条规格，实际上是指焊芯直径，如4，单位是mm 2）药皮：焊条药皮又可称为涂料，把它涂到焊芯上面主要是为了便于焊接操作，以及保证熔敷金属具有一定的成分和性能。,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 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。,（1）保证电弧的集中、稳定，使熔滴金属容易过渡。 （2）在电弧周围造成一种还原性或中性的气氛，以防止空 气中的氧或氮等进入熔敷金属。 （3）生成的熔渣均匀地覆盖在焊缝金属表面，减缓了焊缝 金属的冷却速度，并获得良好的焊缝外形。 （4）保证溶渣具有合适的熔点、粘度、密度等，使焊条能 进行全位置焊接或容易进行特殊的作业 （5）药皮在电弧的高温作用下，发生一系列化学反应， 除去氧化物及S、P等有害杂质，还可加入适当的合金 元素，以保证熔敷金属具有所要求的力学性能或其他 特殊的性能（如耐蚀、耐热、耐磨等）,综上所述，药皮的主要作用有：,焊芯中各合金元素对焊接的影响 1)碳(C) 碳是钢中的主要合金元素，当含碳量增加时，钢的强度、硬度明显提高，而塑性降低。在焊接过程中，碳起到一定的脱氧作用，在电弧高温作用下与氧发生化合作用，生成一氧化碳和二氧化碳气体，将电弧区和熔池周围空气排除，防止空气中的氧、氮有害气体对熔池产生的不良影响，减少焊缝金属中氧和氮的含量。若含碳量过高，还原作用剧烈，会引起较大的飞溅和气孔。考虑到碳对钢的淬硬性及其对裂纹敏感性增加的影响，低碳钢焊芯的含碳量一般0.1。 2)锰(Mn)锰在钢中是一种较好的合金剂，随着锰含量的增加，其强度和韧性会有所提高。在焊接过程中，锰也是一种较好的脱氧剂，能减少焊缝中氧的含量。锰与硫化合形成硫化锰浮于熔渣中，从而减少焊缝热裂纹倾向。因此一般碳素结构钢焊芯的含锰量为0. 300. 55，焊接某些特殊用途的钢丝，其含锰量高达1.702.0。,3)硅(Si) 硅也是一种较好的合金剂，在钢中加入适量的硅能提高钢的屈服强度、弹性及抗酸性能；若含量过高，则降低塑性和韧性。在焊接过程中，硅也具有较好的脱氧能力，与氧形成二氧化硅，但它会提高渣的粘度，易促进非金属夹杂物生成。 4)铬(Cr）铬能够提高钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。对于低碳钢来说，铬便是一种偶然的杂质。铬的主要冶金特征是易于急剧氧化，形成难熔的氧化物三氧化二铬(Cr203)，从而增加了焊缝金属夹杂物的可能性。三氧化二铬过渡到熔渣后，能使熔渣粘度提高，流动性降低。 5)镍(Ni) 镍对钢的韧性有比较显著的效果，一般低温冲击值要求较高时，适当掺入一些镍。 6)硫（S）硫是一种有害杂质，随着硫含量的增加，将增大焊缝的热裂纹倾向，因此焊芯中硫的含量不得大于0. 04。在焊接重要结构时，硫含量不得大于0. 03。 7)磷 (P) 磷是一种有害杂质，随着含量的增加，将增大焊缝的冷裂纹倾向。,焊条的分类 (1)焊条按熔渣的化学性质分为两大类 酸性焊条 溶渣呈酸性(熔渣碱度1.5) ，药皮主要成分为CaCO3、CaF2、CaSiO3和MgCO3等碱性氧化物，如J507。 优点：抗裂性能好，特别是冲击韧度较高。承压类特种设备制造中广泛使用碱性焊条 缺点：对锈、油、水分较敏感，容易产生气孔缺陷，电弧稳定性差，脱渣性不好，发尘量大。,（2）按照焊条药皮的主要化学成分来分类，可以将电焊条分为：氧化钛型焊条、氧化钛钙型焊条、钛铁矿型焊条、氧化铁型焊条、纤维素型焊条（分为高纤维素钠型（采用直流反接）、高纤维素钾型两类 ）、低氢型焊条（分为低氢钠型、低氢钾型和铁粉低氢型等 ）、石墨型焊条及盐基型焊条。 （3）按性能分类的焊条，都是根据其特殊使用性能而制造的专用焊条，如超低氢焊条、低尘低毒焊条、立向下焊条、躺焊焊条、打底层焊条、高效铁粉焊条、防潮焊条、水下焊条、重力焊条等。,2、电焊条的型号和牌号,（1）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。如：E4315表示焊条；熔敷金属抗拉强度大于43kgf/mm2（420MPa);焊条适用于全位置焊接；该焊条药皮类型为低氢钠型，采用直流反接电源。 （2）焊条牌号是对焊条产品的具体命名，由焊条厂制定，如：J422。焊条厂自定或行业统一牌号，都必须在注明该产品是“符合国标”、“相当国标”,以便用户对照标准去选用。每种焊条产品只有一个牌号，但多种牌号的焊条可以同时对应于一种型号。J422符合国标型号E4303。,（3）常用碳钢焊条国内外对照,（4）常用不锈钢焊条国内外对照,3、焊丝的分类,(1)按焊接方法