第二十一講金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主講 曹光明 金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一 常用金屬材料的焊接性 1 焊接性概念 2 碳當(dāng)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(jì) 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(jì) 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(bǔ) 4 焊縫的設(shè)計(jì) 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(jì) 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(píng)定 評(píng)定方法 各種焊接試驗(yàn) 評(píng)定碳鋼和普低鋼的焊接性 碳當(dāng)量經(jīng)驗(yàn)公式 式中元素符號(hào)為鋼中該元素含量的質(zhì)量百分?jǐn)?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(jì) 當(dāng) 0 4 時(shí) 塑性良好 淬硬和冷裂傾向小 焊接性好 當(dāng) 0 4 0 6 時(shí) 塑性下降 淬硬及冷裂傾向明顯 焊接性較差 焊前適當(dāng)預(yù)熱 焊后緩慢冷卻 當(dāng) 0 6 時(shí) 塑性較差 淬硬和冷裂傾向嚴(yán)重 焊接性很差 焊前需要高溫預(yù)熱 焊接時(shí)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(jìn)行適當(dāng)熱處理等 一般焊件不會(huì)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(jì) 1 低碳鋼的焊接 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 焊前預(yù)熱 150 250 焊后緩冷并去應(yīng)力回火 焊件開坡口 且采用細(xì)焊條 小電流 多層焊 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 一般不用于制造焊接結(jié)構(gòu) 僅對(duì)損壞的機(jī)件進(jìn)行焊補(bǔ) 焊補(bǔ)時(shí)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(jì) 普低鋼的焊接性與低碳鋼類似 但 b 焊接性 低強(qiáng)度普低鋼 s 400MPa CE 0 4 焊接性良好 無需工藝措施 如 16Mn 9Mn2 高強(qiáng)度普低鋼 s 400MPa CE 0 4 0 5 焊接性較差 冷裂傾向大 如 15MnVN 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(xì)焊條 小電流 多層焊 5 鑄鐵的焊補(bǔ) 金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 鑄鐵焊補(bǔ)的特點(diǎn) 接頭易產(chǎn)生白口 硬化組織 接頭易產(chǎn)生裂紋 焊縫區(qū)易產(chǎn)生氣孔 夾渣 熔池易流失 一般用于平焊補(bǔ) 2 鑄鐵焊補(bǔ)方法 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 用于形狀復(fù)雜 焊后需要機(jī)械加工的重要件 如汽缸體 汽缸蓋 機(jī)床導(dǎo)軌等 5 鑄鐵的焊補(bǔ) 金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 冷焊法 焊前不預(yù)熱或低溫預(yù)熱 400 的焊補(bǔ)方法 用于易變形件焊補(bǔ) 冷焊法主要依靠焊條來調(diào)整焊縫的化學(xué)成分 增強(qiáng)焊縫的石墨化能力 以防止或減少白口和裂紋的產(chǎn)生 鋼芯鑄鐵焊條 適用于非加工表面的焊補(bǔ) 石墨化鑄鐵焊條 適用于較大灰口鑄鐵件的焊補(bǔ) 焊縫性能與母材基本相同 具有良好的加工性 銅基鑄鐵焊條 主要用于一般鑄鐵件的焊補(bǔ) 抗裂性好 可進(jìn)行機(jī)械加工 鎳基鑄鐵焊條 主要用于重要件加工表面的焊補(bǔ) 良好的抗裂性與加工性 高釩鑄鐵焊條 主要用于一般鑄鐵件的焊補(bǔ) 可進(jìn)行機(jī)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(jì) 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(jì) 2 焊接變形的基本形式 金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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 盡量使焊縫能自由收縮 這樣產(chǎn)生的殘余應(yīng)力較小 采用分散對(duì)稱焊工藝 長(zhǎng)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(jì) 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(shí)b 冷卻時(shí) 4 反變形法 5 剛性固定法 6 設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少焊縫的數(shù)量 長(zhǎng)度和截面積 厚件兩面坡口 焊縫盡量對(duì)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(jì) 3 焊接應(yīng)力變形的消除 1 錘擊焊縫 焊后用圓頭小錘對(duì)紅熱狀態(tài)下的焊縫進(jìn)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(duì)焊件進(jìn)行去應(yīng)力退火 3 焊接變形的矯正 機(jī)械矯正 火焰矯正 金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 三 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì) 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(qiáng)度低合金鋼 2 對(duì)于重要件應(yīng)有先選用鎮(zhèn)靜鋼 3 盡量選用同一牌號(hào)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(jiǎn)化焊接工藝 增加結(jié)構(gòu)件的剛性和強(qiáng)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(chǎng)設(shè)備條件及工藝可能性 金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 三 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì) 3 焊接接頭設(shè)計(jì) 1 對(duì)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(duì)焊前準(zhǔn)備和裝配質(zhì)量要求相對(duì)較高 2 搭接接頭 便于組裝 常用于對(duì)裝配要求簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu) 應(yīng)力分布不均 降低了接頭強(qiáng)度 且結(jié)構(gòu)重量大 不經(jīng)濟(jì) 一般不用 3 角接接頭 T形接頭 受力情況比較復(fù)雜 當(dāng)焊件需要直角連接時(shí)采用 金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 三 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì) 4 焊縫的設(shè)計(jì) 1 便于施焊 金屬的焊接性與焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 三 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì) 4 焊縫的設(shè)計(jì) 1 便于施焊 2 焊縫應(yīng)避免密集交叉 3 焊縫盡量對(duì)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(jì) 三 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì) 4 焊縫的設(shè)計(jì) 1