金屬的焊接性及焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、第二十一講 金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,主講：曹光明,金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,一、常用金屬材料的焊接性,1、焊接性概念,2、碳當量,4、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接性,3、碳鋼的焊接性,二、焊接應(yīng)力與變形,三、焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計,1、焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇,2、焊接方法的選擇,3、焊接接頭設(shè)計,3、焊接變形及預(yù)防措施,2、焊接應(yīng)力及減小措施,5、鑄鐵的焊補,4、焊縫的設(shè)計,四、常見的焊接缺陷（了解）,1、產(chǎn)生原因與變形形式,,,,一、常用金屬材料

2、的焊接性,1、焊接性概念,金屬材料在一定的焊接工藝條件下，,獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。,金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,焊接性內(nèi)容：,（1）工藝焊接性，,指焊接接頭產(chǎn)生工藝缺陷的敏感性，,（2）使用焊接性，,指焊接接頭在使用中的可靠性，,2、焊接性的評定,評定方法：,各種焊接試驗。,——評定碳鋼和普低鋼的焊接性。,,,,碳當量經(jīng)驗公式：,式中元素符號為鋼中該元素含量的質(zhì)量百分數(shù)，其值取成分范圍的上限。,金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,,當

3、 ＜0.4%時，,塑性良好，,淬硬和冷裂傾向小，,焊接性好，,,當 =0.4~0.6%時，,塑性下降，,淬硬及冷裂傾向明顯，,焊接性較差。,焊前適當預(yù)熱，焊后緩慢冷卻。,當 ＞0.6%時，,塑性較差。,淬硬和冷裂傾向嚴重，,焊接性很差，,焊前需要高溫預(yù)熱，,焊接時要采取減少焊接應(yīng)力和防止裂紋的工藝措施，,焊后需要進行適當熱處理等。,一般焊件不會產(chǎn)生裂紋。,,,,3、碳鋼的焊接性,金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,,（1）低

4、碳鋼的焊接：,C＜0.25%，,塑性好，無淬硬傾向，焊接性好，,無需任何工藝措施，適于各種方法。,（2）中碳鋼的焊接：,C=0.25-0.6%，,淬火鋼，焊接性由良好→差。,焊縫及熱影響區(qū)易產(chǎn)生氣孔、裂紋。,工藝措施：,①焊前預(yù)熱（150~250 ℃ ），,焊后緩冷并去應(yīng)力回火。,②焊件開坡口，,且采用細焊條、小電流、多層焊。,③選用塑、韌性好的低氫型焊條，,提高焊縫塑性，防止裂紋。,（3）高碳鋼的焊接：,含碳量高，導(dǎo)熱性差，淬硬傾向大

5、，,一般不用于制造焊接結(jié)構(gòu)，,僅對損壞的機件進行焊補。,焊補時也要采取與中碳鋼類似的工藝措施，以避免產(chǎn)生裂紋。,,,,4、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接性,金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,普低鋼的焊接性與低碳鋼類似，,但σb↑→焊接性↓,低強度普低鋼：,σs＜400MPa，,CE ＜0.4%，,焊接性良好，,無需工藝措施。,如：16Mn、9Mn2。,高強度普低鋼：,σs＞400MPa，,CE ＜0.4-0.5%，,焊接性較差，冷裂傾向大。,如： 15M

6、nVN、18MnMoNb、14MnMoV。,焊前預(yù)熱（150~250 ℃ ），,焊后緩冷；,選用低氫型焊條；,焊件開坡口，,且采用細焊條、小電流、多層焊。,,,,5、鑄鐵的焊補,金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,（1）鑄鐵焊補的特點,①接頭易產(chǎn)生白口、硬化組織；,②接頭易產(chǎn)生裂紋；,③焊縫區(qū)易產(chǎn)生氣孔、夾渣。,④熔池易流失，一般用于平焊補。,（2）鑄鐵焊補方法,①熱焊法：,焊前將焊件整體或局部預(yù)熱至600~700℃并施焊，焊后緩冷。,用于形狀

7、復(fù)雜，焊后需要機械加工的重要件。,如汽缸體、汽缸蓋、機床導(dǎo)軌等。,,,,5、鑄鐵的焊補,金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,②冷焊法：,焊前不預(yù)熱或低溫預(yù)熱（?400 ℃）的焊補方法。,用于易變形件焊補。,冷焊法主要依靠焊條來調(diào)整焊縫的化學(xué)成分，,增強焊縫的石墨化能力，,以防止或減少白口和裂紋的產(chǎn)生：,①鋼芯鑄鐵焊條：,適用于非加工表面的焊補。,②石墨化鑄鐵焊條：,適用于較大灰口鑄鐵件的焊補。,焊縫性能與母材基本相同，具有良好的加工性,③銅基鑄

8、鐵焊條：,主要用于一般鑄鐵件的焊補。,抗裂性好，可進行機械加工。,④鎳基鑄鐵焊條：,主要用于重要件加工表面的焊補。,良好的抗裂性與加工性,⑤高釩鑄鐵焊條：,主要用于一般鑄鐵件的焊補。,可進行機械加工、塑性和抗裂較好。,,,,二、焊接應(yīng)力與變形,金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,1、焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因與形式：,焊件在焊接過程中受到不均勻加熱和冷卻。,（1）原因：,,,,金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,（2）焊接變形的基本形式,,,,,,,,金

9、屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,2、焊接應(yīng)力變形預(yù)防措施,,,,,（1）焊前預(yù)熱：,目的是減小焊件上各部分溫差，,從而減小焊接應(yīng)力和變形，,預(yù)熱溫度一般為400℃以下。,（2）選擇合理的焊接順序：,①盡量使焊縫能自由收縮，,這樣產(chǎn)生的殘余應(yīng)力較小。,②采用分散對稱焊工藝，,長焊縫盡可能采用分段退焊或跳焊法,,,,金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,2、焊接應(yīng)力變形預(yù)防措施,,,,,（3）加熱減應(yīng)區(qū)法：,加熱減應(yīng)區(qū)法 a）焊接時 b）冷卻時,（4）反變

10、形法：,（5）剛性固定法：,（6）設(shè)計時盡量減少焊縫的數(shù)量、長度和截面積，厚件兩面坡口；焊縫盡量對稱分布，避免密集和交叉。,,,,金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,3、焊接應(yīng)力變形的消除,,,,,（1）錘擊焊縫：,焊后用圓頭小錘對紅熱狀態(tài)下的焊縫進行錘擊，,可以延展焊縫，從而使焊接應(yīng)力得到一定的釋放。,（2）焊后熱處理：,焊后對焊件進行去應(yīng)力退火,（3）焊接變形的矯正：,① 機械矯正,② 火焰矯正,,,,金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,三、焊接結(jié)

11、構(gòu)工藝設(shè)計,,,,,1、焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇,幾條原則：,（1）優(yōu)先選用低碳鋼和低強度低合金鋼。,（2）對于重要件應(yīng)有先選用鎮(zhèn)靜鋼。,（3）盡量選用同一牌號的材料。,（4）盡量選用型材。,以降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量，減少焊縫數(shù)量，簡化焊接工藝，增加結(jié)構(gòu)件的剛性和強度。,（5）等厚度材料。,否則考慮過渡結(jié)構(gòu)。,2、焊接方法的選擇,應(yīng)依據(jù)下列原則：,（1）焊接接頭使用性能及質(zhì)量要符合結(jié)構(gòu)技術(shù)要求。,（2）提高生產(chǎn)率，降低成本。,（3）焊接現(xiàn)場設(shè)備條件及工

12、藝可能性。,,,,金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,三、焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計,,,,,3、焊接接頭設(shè)計,（1）對接接頭,—接頭上應(yīng)力分布比較均勻，焊接質(zhì)量容易保證，優(yōu)先選用。,但對焊前準備和裝配質(zhì)量要求相對較高。,（2）搭接接頭,—便于組裝，常用于對裝配要求簡單的結(jié)構(gòu)，,應(yīng)力分布不均，,降低了接頭強度，,且結(jié)構(gòu)重量大，不經(jīng)濟，一般不用。,（3）角接接頭、T形接頭,—受力情況比較復(fù)雜，,當焊件需要直角連接時采用。,,,,金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,

13、三、焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計,,,,,4、焊縫的設(shè)計,（1）便于施焊,,,,金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,三、焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計,,,,,4、焊縫的設(shè)計,（1）便于施焊,（2）焊縫應(yīng)避免密集交叉,（3）焊縫盡量對稱,（4）應(yīng)避開應(yīng)力集中處和最大應(yīng)力處,,,,金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,三、焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計,,,,,4、焊縫的設(shè)計,（1）便于施焊,（2）焊縫應(yīng)避免密集交叉,（3）焊縫盡量對稱,（4）應(yīng)避開應(yīng)力集中處和最大應(yīng)力處,（5）應(yīng)避開機械加工表