焊接基础2.ppt

1、焊接基础,姚舜,焊接本质,使二个工件连接界面上的原子(或分子)彼此接近达到原子(或分子)间产生结合力的距离，即 0.30. 5 nm ,而将二个分离的物体连接在一起。 固体表面：粗糙不平（1m）、吸附膜（物理、化学）、氧化膜、油污、灰尘 基本焊接方法：熔化焊接 压力连接 钎焊,焊接方法（256）,熔化焊接（接头界面熔化融合凝固） 压力连接（接头界面压力下达到0.3-0.5nm距离产生引力，连接在一起） 钎焊（低熔点钎料熔化、毛细填缝、凝固,熔化焊,压力焊,钎焊,焊接学科基础,焊接方法与技术（新能源、新技术、新材料、新装备焊接领域的应用研究） 焊接冶金（研究材料焊接热过程；材料焊接工艺性；材料冶

2、金焊接性；焊接接头微观组织、相变） 焊接力学（焊接结构设计、焊接应力变形计算、焊接接头力学性能、焊接结构寿命评估）,焊接研究,材料焊接（钢铁、合金钢、有色金属、稀有金属焊接，异种材料焊接；生物材料连接；电子信息材料，纳米材料连接；金属间化合物、工程陶瓷连接；复合材料、超导材料连接；） 焊接结构（超大型、超厚结构焊接，高温高压结构焊接，低温、腐蚀、磨损、疲劳载荷结构焊接，电子电路、微机械精密连接，核辐射、空间、深海特殊环境下结构焊接，焊接结构设计，结构焊接制造）； 焊接技术与设备（新能源、新技术、新材料、新装备焊接应用研究，焊接装备数字化，焊接过程自动化智能化，焊接生产信息化）； 焊接质量管理（

3、低成本制造、高可靠、长寿命服役）； 焊接结构服役与再制造,焊接在现代制造业中的应用,50 钢材通过焊接制造工业结构。 建筑、桥梁、船舶、海洋工程、压力容器、发电设备、汽车、地铁、轨道车辆、航空航天飞行器、工程机械、石油化工机械、冶金矿山机械、电子电路、精密机械、仪器仪表、家用电器 工业不断增长的需求、现代科学技术成果 促进焊接技术的不断发展； 同时焊接技术推动工业进步， 没有焊接就不能称之为现代工业。,汽车制造,热壁加氢反应器,* 热电站锅炉汽包,600MW热电站锅炉，其汽包长30m，壁厚203mm，重250吨，如左图。锅炉焊缝300KM，4万个管接头,压力容器,600MW压力容器,容器内壁电

4、渣带极堆焊,航空航天,最大的空间环境模拟装置，大型不锈钢整体焊接结构，主舱是一个直径18M，高22M 的真空容，辅舱直径12M,航天运载火箭,Airplane,Airplane manufacturing,航天飞行器,船舶及海洋工程,海上采油平台,建筑钢结构,（东方明珠、鸟巢、水立方）其中： 金茂大厦焊接钢结构框架，88层，高421M是我国最高的摩天大楼。 北京国家大剧院，其椭球形穹顶长轴212.2m, 短轴43.64m,高46.28m，焊接钢结构的总重量达6,475吨，成为世界最大的穹顶。,桥梁,芜湖长江大桥，采用矮塔斜拉结构，全长10km，主跨312m，是我国目前跨度最大的公/铁两用桥.5

5、0mm厚的14MnNbq钢整体焊接箱型主桁。 “世界第一拱桥”上海卢浦大桥，全长3,900m，跨度550 m，为世界跨度最大的全焊钢结构拱桥，板材厚度30-100mm，重3.4万吨。,管道焊接,隧道掘进机（盾构）,水轮机叶轮焊接,三峡电站水轮机叶轮直径10.7M，高5.4M，重达440吨，为世界最大、最重的不锈钢焊接叶轮，如左图。叶轮由上冠、下环和13个15个叶片焊接而成，每个叶轮焊接消耗12吨焊丝。,计算机、电子线路板,液力变矩器,钎焊,航空航天器件,压力焊,焊缝缺陷,Overlap & Undercut Porosity Gases released during melting of t

6、he weld area but trapped during solidification Chemical reactions Contaminants,焊接熔池中的气体,工件和焊接线材表面物理吸附、 化学吸附 气体在材料中的溶解 工件表面污染（油漆、有机粘附）铁锈 电弧、熔池保护不良 冶金反应,气体溶解度,气体溶解度与温度的关系（1atm）,焊接保护,气体保护 （GMAW GTAW MIG MAG TIG PAW EGW ） 气氛炉钎焊、感应钎焊、螺柱焊、激光焊、 气渣保护（SMAW） 渣保护（ SAW ESW） 盐浴焊（氯化物、氟化物、松香 ） 汽相焊 （氟碳类化合物 ） 金属浴（波峰

7、焊、浸沾钎焊） 真空炉 （扩散焊、钎焊、液相钎焊）,焊缝缺陷,Underfill, Crack & Incomplete fusion Slag Inclusions Oxides, fluxes and electrode-coating materials that are trapped in the weld zone,焊缝缺陷,焊缝缺陷,焊接缺陷产生的原因及预防措施 1)未焊透 坡口没计不当、钝边过大、电流过小、速度太快 2) 夹渣 熔渣未及时清除，运条不当，脱渣性能差 3)气孔 焊缝坡口区域水、油、油漆、药皮水分、铁锈和电弧保护不良引起。应焊前烘干、清理、降低焊速、短弧 4) 裂纹

8、：危害最大的焊接缺陷 冷裂纹：氢致裂纹 延迟裂纹(碳当量、焊缝H含量、接头拘束应力 ) 烘干焊条、预热、层间保温、焊后热处理 热裂纹：S、P含量。控制S、P含量、填满弧坑、合理的焊接工艺,焊缝变形,Residual Stress Distortion, warping, and buckling of the welded parts Stress-corrosion cracking If portion of welded structure is removed from sawing or machining Reduced fatigue life of the welded str

9、ucture,焊接变形,1 . 收缩变形 2 . 角变形 3 . 弯曲变形 4 . 扭曲变形 5 . 波浪形变形,焊接变形与残余应力,焊接应力和变形产生的原因 构件的热胀冷缩过程受到抑制，不能恢复到 初始状态（形状尺寸）。,焊接变形与应力,焊接应力和变形产生的原因 : 构件的热胀冷缩过程受到抑制，不能恢复到初始状态（形状尺寸）,a 自由加热冷却 b 单端固定加热冷却 c 二端固定加热冷却,焊接变形与残余应力,残余变形和应力的影响因素 a 材料的热物理性能及金属微观组织特征 b 焊接热输入大小。热输入越大收缩就越大。 c 焊缝的对称性。焊缝位置对称分布，弯曲、扭曲及角变形就越小 d结构条件及焊缝

10、的焊接次序。结构刚性越小焊接次序不对称变形就越大。同样条件下先焊的焊缝比后焊的焊缝所产生的残余变形大。 e焊接时夹紧状态,焊接变形与残余应力,焊接应力对焊接结构的影响 塑性良好的结构材料焊接应力将不会对结构的静载强度有任何影响，在承载过程中焊接应力会逐渐降低； 低温下工作的构件及常温下工作但韧性差的脆性材料焊接应力会随工件件载荷增加造成工件坏损； 在动载清况下，残余拉应力会加速疲劳裂纹的形成及扩展 腐蚀介质状态工作的结构，残余拉应力也会加速应力腐蚀裂纹的扩展； 对薄板受压件，残余压应力与工作应力叠加会导致其失稳。焊后工件加工，加工过程中焊接应力的重新平衡可能导致工件尺寸精度误差,焊接变形与残余

11、应力,焊接应力的消除 a 整体高温回火。属材料在高温生蠕变现象，使应力松弛 b 局部高温回火。降低应力峰值 c 机械拉伸法。加载，使焊缝塑变形伸展，降低内应力 d 温差拉伸法。低温局部加热焊缝两侧，焊缝区产生拉伸塑性变形，消除应力 e 振动法。构件发生共振来降低内应力or使应力重新分布,焊接变形与残余应力,焊接残余变形的控制 合理的结构及接头没计。减少焊缝数量，对称布置焊缝，选择x、双U 形坡口等； 合理的焊接工艺设计。刚性支承，夹具固定，反变形， 正确选择焊接次序等； 焊接变形矫正。机械法：锤击、压、拉等机械作用力产生塑胜变形；火焰矫正：用火焰加热，利用加热和冷却引起的变形来抵消焊接变形,焊

12、接变形控制,1 2 3 4,1 4 3 2,反变形法,焊接变形控制,4）采用焊前刚性固定法,5）采用合理的焊接规范（小电流、快速焊接）,6）焊接变形的矫正,防止冷裂纹所需的预热温度,预热温度与材料的化学成分（碳当量）、板厚尺寸有关。碳当量计算：,裂纹敏感性指数,预热温度计算,低合金耐热钢焊接预热,中合金耐热钢焊接预热,焊接质量,焊接质量与影响因素 焊接质量：表观质量、内在质量 表观质量：a焊缝形状、尺寸、表面缺陷 b有效截面（气孔、夹杂、未熔合、根部未焊透、裂纹） 内在质量：a力学性能 室温下 拉伸强度、Hv、FATT、冲击功Akv、弯曲、COD Kec b低温性能 拉温强度 冲击功Akv、零塑性转变温度NDT/ c高温性能 高温瞬时拉伸